新型钢滚轴及混合隔震结构地震模拟振动台试验研究

针对一种新型钢滚轴隔震支座进行研究,分别设计制作了一组钢滚轴隔震支座和一组摩擦摆隔震支座,并完成了某两层钢框架的固结、纯滚轴隔震、滚轴+MR被动阻尼器混合隔震和摩擦摆隔震模型的振动台试验。研究了各模型在地震加速度峰值为0.10 g、0.20 g的3条地震波作用下的结构响应,试验结果表明:新型钢滚轴隔震支座的隔震效果优于摩擦摆隔震支座,纯滚轴隔震模型和滚轴+MR被动阻尼器的混合隔震模型均可降低结构加速度反应56.1%～80.8%,且合理的优化混合阻尼隔震体系的阻尼值可使隔震效果更佳。同时,采用MR阻尼器的混合隔震模型较纯滚轴隔震模型可降低隔震层位移反应58.7%～87.4%,且随着阻尼值的增大其控制效果更好。因此,将新型钢滚轴隔震支座与阻尼装置配套使用的方法有效可行,在充分发挥滚轴隔震支座隔震效果的同时避免了结构隔震层位移过大的问题。     

冗余驱动液驱振动台台阵系统内力分析及其抑制方法研究

冗余驱动振动台台阵系统误差不仅会造成单个振动台内力,也会使振动台之间产生台阵内力,这会减小系统的净出力,甚至损坏试件。首先应用冗余驱动并联机构动力学原理,分析冗余驱动振动台台阵系统内力的形成机理;建立台阵系统的内力耦合模型,推导系统的机械安装误差、位移测量误差和伺服阀零偏三种主要误差因素与振动台内力和台阵内力的数学关系式,进而定量地分析上述误差对系统内力的影响机理。然后结合动力学关系得到振动台的内力合成矩阵和自由度广义力合成矩阵,并根据系统内力的形成机理和影响机理,分别设计了比例-积分控制器对振动台内力和台阵内力进行抑制。最后,利用Sim Mechanics软件建立冗余振动台台阵系统动力学模型,结合Simulink软件建立其控制系统模型并进行联合仿真验证。仿真结果表明:该方法对台阵系统内力影响机理分析正确和提出的内力抑制方法能够有效地消除系统内力。     

粘滞阻尼减震结构振动台试验与动力可靠度分析

开展了随机地震动作用下黏滞阻尼减震结构振动台试验,并采用概率密度演化方法和等价极值事件原理,对有控和无控试验模型的动力可靠度分别进行了分析。结构控制振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入。试验结果表明:采用黏滞阻尼器作为减振装置,能够显著降低模型结构层间位移反应的均值和标准差,与此同时,楼层剪力的均方根值一般也较无控时明显减小;随机地震动作用下,模型结构动力响应的变异性显著,并且不同试验地震动样本输入时,黏滞阻尼器取得的减振效果不同。试验模型动力可靠度分析结果表明,有控模型结构各楼层可靠度以及体系可靠度均较无控时显著提高,抗震可靠性明显增强。     

沈阳地铁车辆段上盖双子楼隔震性能的振动台试验研究

模拟地震振动台试验是研究地震作用下结构性能的重要试验手段,相比拟静力、拟动力试验各具优势和特色。为了验证沈阳地铁车辆段上盖双子楼结构的隔震性能,根据相似理论设计结构模型,开展了模拟地震振动台试验研究。试验表明:小比例振动台模型存在尺寸效应,但宏观破坏现象足可反映结构薄弱部位和破坏机制;结构模型在双向地震作用下主要以双子楼平动为主,扭转振动不明显;随着隔震上部结构损伤积累,在7.5度地震作用下模型结构发生显著损坏,隔震支座发生不可恢复变形,顶部机顶房柱端开裂;试验验证了隔震后的建筑可满足规范设防要求。     

多维地震激励下人字形桥梁地震模拟振动台试验研究

为研究人字形桥梁在地震作用下的动力响应,以某人字形桥梁为原型,制作了一座相似比为1/20的模型桥梁,采用El-centro波对其进行了不同地震烈度的多维激励地震模拟振动台试验和有限元分析。研究结果表明：随着地震烈度的增加,模型结构自振频率降低阻尼比增大;桥墩墩顶顺桥向加速度响应基本不受竖向地震分量影响;计算桥墩墩底应变响应时进行水平双向地震激励即可满足要求;梁体跨中竖向加速度响应,主梁和分支梁间的伸缩缝宽度取值,伸缩缝处的碰撞响应等均与地震波输入维度有关。因此,对于人字形桥梁在进行抗震设计时应针对不同的设计目的对其进行选择性的多维地震激励。     

多层简单框架结构振动台模型设计

考虑振动台的性能参数和振动台试验的可操作性,运用一致相似率,进行一基础滑移隔震五层钢筋混凝土框架结构和屋面附加层的模型设计。采用双层底盘设计,制作模型配筋面积等效,添置尽量多的人工质量。分别采用人工质量模型、忽略重力模型、欠人工质量模型三种方式计算。研究结果表明：配重块的设置是合理的,欠人工质量模型的设计是适当可行的,能降低模型的重力失真效应,把加速度放大系数控制到合理的范围之内,减小噪声影响和试验误差。     

非线性能量阱刚度优化计算与振动台试验

Nonlinear energy sink (NES) was proposed and its main feature to mitigate vibrations in a broad frequency band range was explored here.Firstly,the expressions for the relation between frequency and energy under 1∶1 resonance were derived using the analytical method.According to the expressions,the frequency-energy plot was drawn.This plot intuitively revealed that when a NES is attached to a linear oscillator,its vibration frequency relative to the linear oscillator has a direct relation to the energy level of the system.Then,the formulas for the relationships among the stiffness of NES and energy,frequencies and modal shapes of linear oscillators were derived with the analytical method in the model space of a multi-DOF vibration system.The optimal solution to NES stiffness was calculated with these formulas under a certain energy level of the vibration system.Based on the optimal stiffness calculation method,the NES vibration control test was designed and the corresponding shaking table tests were conducted.To test the wide frequency vibration control features of NES,a set of springs with different stiffness were employed and dynamic properties of the controlled frame were changed through adding the mass of the frame.The test results demonstrated that NES has a good broad frequency band vibration control effect,it can work well even though its stiffness deviates from the optimal value or there are some changes in dynamic features of the controlled target.     

振动台试验新型叠层剪切模型箱的设计与性能测试

振动台模型试验是开展地震作用下土-地下结构动力相互作用研究的重要手段,而模型箱的性质将直接影响到试验结果的准确性。基于结构动力学的基本原理,设计研制了设有可调节弹簧和阻尼装置的层状剪切模型箱,并对其有效性进行了试验验证;同时,基于ANSYS软件对模型箱的动力性能开展了模拟分析。试验和分析结果表明,研制的设有可调节弹簧和阻尼装置的全仿真层状剪切模型箱具有良好的真实场地无限边界条件的模拟效果,可体现土-地下结构相互作用体系的动力反应是由速度和位移控制的特点;针对不同试验中所选择的模型土种类的不同,该模型箱可调整其自身性能,以满足试验对降低模型箱边界效应的要求。该模型箱的研制为今后其他岩土地震工程问题研究中试验箱的选择提供了新思路。     

电动振动台模型辨识方法及其应用的研究

电动振动台是振动与冲击环境试验的主设备,对其模型的辨识与估计是开展振动控制技术研究和振动试验仿真的必要环节。本文基于电动振动台的动力学和电学耦合模型,提出了一种以冲击信号作为激励的振动台模型传递函数进行系统辨识与参数估计的方法。并应用其模型参数完成了冲击波形的生成。仿真结果与试验结果一致性很好,表明本文所提出的模型辨识方法有效可行,对电动振动台试验波形的生成具有一定的实用价值     

有无填充墙板的穿斗式木结构房屋振动台试验及对比分析

通过对不设置填充墙板与设置填充墙板的穿斗式木结构房屋进行模拟地震振动台试验,研究了穿斗式木结构的抗震性能,并对比分析了两模型结构的动力特性,及其在不同峰值加速度地震作用下的加速度放大系数、位移及最大层间位移角等动力响应。研究结果表明:两模型X向加速度动力放大系数在0.63～1.2,Y向加速度动力放大系数在0.51～0.97,说明模型榫卯挤压摩擦的耗能减震效果明显。不设置填充墙板的模型结构自振频率低、位移响应较大,扭转效应明显;设置填充墙板的模型抗侧刚度明显增大,结构自振频率增大,同时在地震激励下相对位移和层间位移角减小。两模型主体结构在大震作用下均无明显损坏,且设置填充墙板的木结构房屋具有更大的承载力和抗倒塌能力。     

基于大型振动台试验的SSI阻尼体系判别研究

阻尼体系表征着结构体系的整体耗能特征,阻尼体系类型的判别是结构动力分析方法择取的前提,亦是保证结构抗震分析结果准确的基础.动力作用下土-结构相互作用(soil-structure interaction,SSI)阻尼体系的鉴别,传统上常简单地依材性为判据,缺乏深入实际的基础性科学研究.基于阻尼体系最基本的判定方法,藉大...     

地震模拟振动台三参量控制算法超调修正

本文针对地震模拟振动台三参量控制算法中存在超调量过大的问题,提出了离线时域修正算法：通过时域内微分方程求解得出超调量存在的原因,进而从直接消除暂态分量出发,以三角函数、傅里叶变换为工具,提出了任意输入下超调量的修正方法,仿真结果表明该方法大大降低了超调量,减小了在线计算量。同时,通过三参量在地震模拟振动台控制系统中的应用仿真得出：修正后的三参量在降低超调的同时未产生任何不利影响,能很好的应用于地震模拟振动台系统控制。     

地震模拟振动台三参量控制技术研究

对地震模拟振动台三参量控制算法进行了深入的研究,详细研究了三参量反馈及前馈环节对振动台系统特性的校正作用,并通过仿真和试验的方法进一步验证三参量控制算法对地震模拟振动台系统频响特性的改善效果：通过引入三参量速度反馈可以有效扩展系统的频宽,引入三参量加速度反馈可以有效提高系统的阻尼,三参量前馈控制能够对消系统闭环传递函数中距离虚轴较近的极点,实现系统频宽的进一步扩展。最后,通过对三参量伺服控制的地震模拟振动台进行地震波形再现试验,证明三参量控制算法能够实现较高精度的地震波形再现试验。     

高压输电塔-线体系振动台模型非等比例问题研究

高压输电塔-线体系模型进行振动台试验时,由于模型跨度大以及实验室尺寸等条件限制,输电塔-线体系中塔与线的比例因子很难保持相同,此时需要将导（地）线的比例进行修正。从数值分析的角度出发,以辽宁盖州500kV输电线路的一段输电塔-线体系为例,输电塔的比例保持不变,导（地）线的修正系数分别取为1.0、0.5和0.4的情况下进行纵向和侧向下的一致和多点地震响应时程分析。研究结果表明,导（地）线的比例进行修正后,输电塔-线体系的地震响应与原模型保持一致,因此这种修正模型的振动台试验的精度满足工程要求。     

基于前馈补偿的振动台粒子群迭代学习控制算法

针对电磁式振动台对地震波信号复现精度低及复现过程中迭代次数较多的问题,在建立准确的振动台模型的基础上,提出了基于加速度模型的前馈逆模型补偿方法,主要提高电磁式振动台低频特性.此外,针对迭代学习控制算法在振动台波形复现中收敛速度慢的问题,提出了带遗忘因子的反馈辅助PD型迭代学习算法,并用改进自适应粒子群算法,离线优化控制...     

地震模拟振动台控制系统的发展

地震模拟振动台试验多采用离线迭代控制(ICS)实现波形的高精度复现,然而,多次迭代将对易损试验体造成累积损伤,同时,非线性试验体连续变化的动力特性将导致离线迭代控制出现精度下降的问题。针对上述问题,提出了一种基于系统矩阵修正的高精度在线迭代控制方法(HRICS)。该方法利用地震动加载过程中的实测数据在线识别系统矩阵,进而选择修正策略,并采用矩阵精度评价指标评估系统矩阵识别精度,若满足精度要求,则采用基于帧或者频率点的修正策略更新系统矩阵,最终使响应信号能够高精度地复现目标波形。通过振动台模型试验验证HRICS方法的有效性,并通过数值模拟研究HRICS方法的在非线性试验体下的控制性能。试验结果表明：HRICS采用频率点修正策略能获得最佳的控制效果;HRICS方法对目标信号的再现精度明显高于ICS方法第一次迭代后的结果。

     

结构振动台模型模态参数识别新方法研究

提出了一种结构振动台模型模态参数识别方法,利用结构模型试验过程中地震反应记录,识别结构模型模态参数。首先判断结构模型在地震动激励下发生的是非时变反应还是时变反应,当结构模型发生非时变反应时,采用整个反应记录数据识别模型参数;当结构模型发生时变反应时,则识别模型进入和退出时变反应的时刻点,将整个记录时程分为3段,采用模型退出时变反应后第三段数据识别参数。该方法可以识别试验中每一次地震动输入之后的结构模态参数,得到整个试验过程中结构模型动力特性变化情况。利用所提方法识别了一座12层钢筋混凝土框架结构模型模态参数,并将识别结果和白噪声输入下模态分析结果进行了对比,验证了方法的实用性、可靠性和准确性。结果发现:结构模型自振频率在整个试验过程中呈阶梯状下降,模型发生破坏后,频率降低,阻尼比增加,传递函数幅值随着输入地震动峰值增加而降低。     

液压驱动冗余振动台自由度控制及内力协调

振动台是一种对高层建筑、大型桥梁和基础设施等大型结构进行抗震性能试验的重要设备。为了提高振动台有效载荷,以便进行大尺寸或全尺寸结构试验,振动台通常采用液压驱动冗余并联机构。本文首先根据液压驱动冗余振动台机液作用机理,建立了冗余振动台的整体机液动力学模型,并提出一种适用于液压驱动冗余振动台的自由度控制结构。之后,针对冗余驱动内力耦合问题,采用基于雅克比矩阵伪逆的内力协调控制方法,协调控制各激振器间的出力,减少各个激振器间的内力耦合。最后,通过仿真分析,验证了本文提出的自由度控制和内力协调控制的有效性。     

基于振动台的RTDHT试验及其在双层刚架结构上的应用

开展水下地震模拟振动台试验时,振动台多向振动受到的水体动力效应十分复杂、难于补偿,因而在试验前合理考虑台体实际加载能力与精度十分重要。该文考虑水深、激励频率和运动方向等因素,开展水-振动台系统控制性能的影响研究。通过实测数据辨识水-振动台系统的数学模型,提出基于模型的前馈补偿与强化学习结合的数据驱动混合控制方法。根据DDPG算法利用位移指令的误差数据离线训练Actor-Critic网络,并将之用于实时修正基于模型的补偿指令。通过与前馈补偿方法对比,开展了不同水深、激励频率和振动台运动方向的50组水下振动台测试验证及性能评价。结果表明：随着水深与激励频率增加,控制性能下降;水深对振动台垂直向运动影响更大;与基于模型方法相比,在水深2 m垂直向运动的设备最不利条件下,该文所提控制方法的性能指标J₁和J₂分别提升了6.54%和7.52%。所提方法在考虑水-振动台系统动力非线性控制时具有优良的时滞补偿性能,且是一种宽频带补偿方法。

     

二级支护边坡重力式挡墙地震动力特性的振动台试验研究

根据顺层岩石倾角20°,30°和40°,设计了3个比尺为1∶8、重力式挡墙与格构式锚杆框架结构二级组合支护的厚覆盖层与顺层岩石边坡模型,开展了3个大型振动台模型试验,对比研究多级支护和不同顺层岩石倾角条件下重力式挡墙的地震动力响应特性。大型振动台模型试验以汶川波作为激振波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向等三种激振方式,测试了重力式挡墙加速度、动位移和动土压力响应特性。通过分析加速度动力响应特性,得到了加速度放大系数随激振方式、激振加速度峰值、墙高和顺层岩石倾角的变化规律;通过分析动位移响应特性发现,重力式挡墙主要产生水平向动位移响应和动位移模式,且主要由水平向激振所产生,其动位移响应特性、动位移模式不因激振方式、岩层倾角而变化;通过对动土压力响应特性分析,得到了不同岩层倾角、激振方式条件下的动土压力沿墙高分布形式,以及动土压力响应峰值与岩层倾角、激振方式的变化规律。试验研究结论为二级支护边坡中重力式挡墙抗震设计及其地震动力反应特性的进一步研究奠定了良好的基础。