第三章拟动力试验
- 格式:ppt
- 大小:331.00 KB
- 文档页数:48
结构抗震试验方法概述严健林业大学研究生院摘要:地震的多发性和破坏性,使得结构抗震试验研究越来越受到人类的广泛关注。
目前人类已经发明了很多结构抗震试验研究的方法,本文详细介绍了目前结构抗震试验常用的四种方法,分别是(1)拟静力试验方法;(2)多维拟静力试验方法;(3)地震模拟振动台试验方法;(4)拟动力试验方法,并对其各自特点及存在的问题进行了概述。
关键词:抗震试验;拟静力试验;振动台试验;拟动力试验;概述The Summary of the Dynamic Testing Method of Structures AbstractMore and more people pay more attention to the seismic research of structures which due to the multiple and devastating earthquake. Some dynamic test means were developed by human in the recent years. In this paper, four kinds of commonly used structure seismic test methods were describe, including The Pseudo Static experiment method, Dimensional Quasi-Static test methods, seismic simulation shaking table experiment method, Pseudo-dynamic test method.Key wordsdynamic testing; the pseudo-static experiment; shaking table experiment; pseudo-dynamic test;aseismatic design methods; summary0 前言地震是危害人类生命财产安全最严重的突发式自然灾害之一。
填空题1 结构试验可分为:生产鉴定性试验和科学研究性试验。
2 结构试验的特点:科学性、特殊性、创新性。
3 试件设计包括:试件形状、试件尺寸和试件数量。
4 试件形状设计主要注意的两个问题:与实际受力相一致的应力状态、边界条件的模拟,使其能反映该部分结构构件的实际工作状态。
5 试件尺寸受到尺寸效应、构造要求、实验设备和经费条件等因素的制约。
6 试验加载程序分为预加载、标准荷载、破坏荷载三个阶段。
7 荷载分级的目的:一方面是控制加荷速度,另一方面是便于观察结构变形。
分级加载的目的:保证变形稳定,为测度数据提供必要的时间。
8 确定相似条件,方程式分析法用于物理现象的规律已知,并可以用明确的数学物理方程表示的情况。
量纲分析法则用于物理现象的规律未知,不能用明确的数学物理方程表示的情况。
9 弹簧加载适用情况:常用于结构的持久荷载试验。
10 选择测量仪器主要考虑:量程、刻度值、灵敏度、精确度、滞后。
11 结构动力试验包括:动荷载特性的测定、结构自振特性的测定、结构在动荷载作用下的反映的测定。
12 试件加载的就为形式:正位试验、卧位试验、反位试验和原位试验。
正位实验:一般的结构试验均采用正位实验。
卧位试验:对于自重较大的梁、柱,跨度大、矢高的屋架及桁架等重型构件,当不便于吊装运输和进行测量时,可在现场就地采用卧位试验。
反位试验:对于混凝土构件进行抗裂或裂缝宽度试验时,为了便于观察裂缝和读取裂缝宽度值。
原位试验:对已建结构进行现场试验时均采用原位试验(检查既有构件)。
13 回弹法测试混凝土强度时需要进行:弹击角修正、混凝土浇筑面修正、泵送混凝土修正。
简答题一、土木工程结构试验包括:结构试验设计、试验准备、试验实施和实验分析。
二、试验设计主要考虑问题:试件设计、试验荷载设计、试验观测设计、试验误差控制措施、试验控制措施。
三、预加载作用:1使试讲各部分接触良好,进入正常工作状态;2检查全部试验装置是否可靠;3检查全部仪器仪表是否工作正常;4检查全体试验人员的工作情况,使他们熟悉自己的工作和职责以保证试验工作顺利进行。
浅谈结构拟动力试验作者:张萍来源:《城市建设理论研究》2013年第14期摘要: 拟动力试验方法是进行结构抗震试验十分有力且适用面广的方法。
本文介绍了拟动力试验的基本原理与实现过程,对国内外拟动力试验的研究现状进行了评述,最后对该抗震试验方法的发展进行了展望。
关键词: 抗震试验;拟动力试验;远程协同试验中图分类号: TU973+.31 文献标识码: A 文章编号:前言我国是世界上多地震国家之一,历史上曾发生多次强烈地震。
中国这7%的国土上承受了全球33%的大陆强震,是世界上大陆强震最多的国家[1]。
例如1976年的唐山地震、2008年的汶川地震,波及范围之广、遭受损失之大、人员伤亡之多在世界上也是少有的。
这些地震给人民生命财产和国民经济造成了十分严重的损失。
因此,提高建筑物的抗震能力,保障人民生命财产安全是广大工程技术人员的当务之急。
由于地震机制和结构抗震性能的复杂性,人们仅以理论分析的手段尚不能完全把握结构在地震作用下的性能、反应过程和破坏机理,需要通过结构抗震试验,才能准确地把握结构的抗震性能特别是对大型复杂结构、超出抗震设计规范规定的结构和新型结构体系,必须进行抗震试验。
目前,拟静力试验、振动台试验和拟动力试验[2]是三种主要的结构抗震试验方法。
拟动力试验方法吸收了前2种试验方法的优点,也吸收了结构理论分析和计算的优点,可进行大比例模型或足尺结构抗震试验,可慢速再现结构在地震作用下的弹性-弹塑性-倒塌全过程反应,自开发成功以来,在抗震试验方面得到了广泛应用。
本文首先简单介绍了拟动力试验的研究进展,阐述了拟动力试验的基本原理、试验过程并给出了不同的拟动力试验分类及拟动力试验限制,对该方法在国内的实际应用及有关研究成果进行了评述。
一、拟动力试验的研究进展为了能够真实地模拟地震对结构的作用,日本学者M.Hakuno等人[3]最早于1969年由提出将计算机与做动器联机求解动力方程,这种方法后来被称为拟动力试验。
1.在结构分析工作中,可使用哪些方法和手段来解决问题。
P1答:一方面可以应用传统和现代的设计理论、现代的计算技术和计算方法;另一方面也可以应用试验和检测的手段,通过结构试验、实验应力分析的方法来解决问题。
2.建筑结构试验的任务是什么?P2答:就是在结构物或试验对象上,以仪器设备为工具,利用各种实验技术为手段,在荷载或其他因素作用下,通过测试与结构工作性能有关的各种参数,从强度、刚度、抗裂性以及结构的破坏形态等各个方面来判断结构的实际工作性能,估计结构的承载能力,确定结构对使用要求的符合程度,并用以检验和发展结构的计算理论。
3.生产性结构试验一般常用于解决哪些问题?P2答:1、综合鉴定重要工程和建筑物的设计和施工质量;2、鉴定预制构件的产品质量;3、已建结构可靠性检验,推断和估计结构的剩余寿命;4、工程改建或加固,通过试验判断具体结构的实际承载能力;5、处理受灾结构和工程质量事故,通过试验鉴定提供技术依据。
4.简述科研性试验的目的。
P3答:目的是验证结构设计计算的各种假定;通过制定各种设计规范,发展新的设计理论,改进设计计算方法;为发展和推广新结构、新材料及新工艺提供理论依据与实践经验。
5.什么是相似模型试验?P4答:按照相似理论进行模型设计、制作与试验。
用适当的比例尺和相似材料制成与原型几何相似的试验对象,在模型上施加相似力系,使模型受力后重演原型结构的实际工作状态,最后按相似条件由模型试验的结果推算实际结构的工作。
6.结构试验按试验对象的尺寸如何分类?P4答:1、原型试验;2、模型试验(相似模型试验、缩尺模型试验、足尺模型试验)简述静力试验的最大优点。
P5答:加载设备相对来说比较简单,荷载可以逐步施加,还可以停下来仔细观测结构变形的发展,获得最明确和清晰的破坏概念。
7.结构动力试验主要分为哪几类?P5答:1、结构动力特性试验;2、结构动力反应试验;3、结构疲劳试验。
8.结构试验按试验荷载的性质不同可以分为几类?答:1、结构静力试验;2、结构动力试验;3、结构抗震试验。
拟动力试验拟动力试验的原理是:根据数值化的典型地震加速度记录时程曲线,取某一时刻的地震加速度值和试验中前一时刻加载后实测的结构恢复力,用逐步积分振动方程的动力反应分析方法计算出该时刻结构试体的地震反应位移,并对结构试体施加此位移,实现该时刻结构试体的地震反应;实测此时的结构恢复力,按地震过程取下一时刻的地震加速度值,进行该时刻结构试体地震反应位移计算,再将位移施加到结构试体上。
如此逐时刻反复实现计算位移-施加位移-实测结构恢复力-再计算位移……的循环过程,即模拟了结构试体在地震中的实际动态反应过程。
对动力方程中的M ,C ,p 三个量,拟动力试验都可以较好的反应。
M容易准确测量,而且在试验中一般保持不变; K虽然在试验中不断变化,但由于直接从试件测得,也可以准确反应试件的真实情况; P一般依据事先选定的地震波加速度时程确定,也很明确。
拟动力试验中的一个难点就是阻尼矩阵 C的问题。
阻尼的实质是:在基于状态的动力平衡方程中为表征能量耗散而引入的一个数学概念。
在拟动力试验中,并不是由于试验测定,而是事先人为假定的,而且假定整个试验过程中保持不变。
实际上矩阵由人为假定的振型阻尼比转化为数值积分采用的比例阻尼矩阵,就带有很大的主观性和近似性。
在试验过程中,矩阵是不断变化的,进入塑性阶段后,阻尼的机理也会发生改变,这显然与矩阵保持不变的假定矛盾。
在实际试验中也发现输入的阻尼对试验结果有很大影响。
有关研究阻尼对拟动力试验影响的文献非常少。
由于阻尼的复杂性,目前的拟动力试验仍是采用传统的人为假定振型比例阻尼的办法。
拟动力试验另一个问题是以集中力代替实际的分布惯性力,对这种力分布形式的简化带来的影响目前也缺乏研究。
对拟动力试验模型相似关系的研究比起振动台试验也少得多。
我国《建筑抗震试验方法规程》规定的拟动力试验模型相似要求实际是静力相似,而国内实际完成的拟动力模型试验多数是按动力相似进行的。
以上三点是拟动力试验与振动台试验相比的缺陷,也是拟动力试验今后应该重点研究和改进的地方。
外环位移控制与内环力控制拟动力试验方法谭晓晶;吴斌【摘要】对于大刚度结构试验,采用传统的位移控制加载试验难以进行,为此提出了外环位移控制、内环力控制的混合控制加载方法.在结构上设置外接高精度位移传感器测量位移反应,并设计位移控制器实现结构位移的反馈控制,同时采用一个位移与力转换系数,把位移命令转换为力命令使得加载设备采用力控制加载模式工作.为了验证该方法的有效性,首先介绍该方法的原理,然后进行数值模拟与试验验证.数值模拟和试验结果都表明,当选用合理的控制器参数时,该方法具有非常好的稳定性和精度,要优于传统拟动力试验方法,并且可以实现小位移的精确加载和测量,试验结果更准确.同时该方法中的内环采用力控制要比采用位移控制得到的试验结果更精确.研究表明,该方法可以很好地完成大刚度结构的拟动力试验.%A new pseudo-dynamic testing method was presented, adopting a mixed control strategy combining a displacement outer loop and a force inner loop for tests of structures with large stiffness. In particular, the displacement of the specimen measured by linear variable displacement transducer (LVDT) was controlled by a displacement feedback controller, and a tranferring parameter was used to transfer the displacement command to force command to make the actuator work in a force-control mode. The principle of the proposed method was introduced and then the numerical and test validation of the new method was followed to further prove its effectiveness. The numerical and test results show that the method exhibits excellent performance in terms of stability and accuracy, if proper controller parameters are adopted. The small displacement loading and itsmeasurement can be precisely achieved by using this new method, which is found to be superior to conventional pseudo-dynamic (PSD) test methods. In addition, the test results obtained by the force-controlled method in the inner control loop are more accurate than those by the displacement-controlled method. The method can be successfully used for pseudo-dynamic tests of the structures with large stiffness.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2012(031)014【总页数】6页(P16-21)【关键词】力控制;位移控制;混合控制;拟动力试验;PI控制器【作者】谭晓晶;吴斌【作者单位】哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090;哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090【正文语种】中文【中图分类】TU317拟动力试验已经成为结构抗震试验的一个重要技术手段[1-4]。