拟动力试验
钢框架结构拟动力模型试验与原型对比的研究
钢框架结构拟动力模型试验与原型对比的研究一、绪论A. 研究背景和意义B. 国内外研究现状及存在的问题C. 研究目的和内容二、钢框架结构拟动力模型试验A. 模型设计和制作B. 试验装置和测试仪器C. 拟动力荷载设计和试验方案D. 试验结果分析和评价三、钢框架结构原型建造与结构分析A. 原型建造和实测数据采集B. 结构参数分析和确定C. 结构静载荷试验和分析D. 结构动力响应预测和模拟四、模型试验与原型对比分析A. 对比分析基础和方法B. 对比结果分析和评价C. 试验与模拟误差及其原因分析D. 结构抗震性能评估五、结论与展望A. 研究结论总结B. 研究意义和发展建议一、绪论A. 研究背景和意义随着经济的发展和城市化进程的加速，高层建筑和大型工业厂房的建设不断增加。
这些大型建筑结构往往面临着严峻的自然灾害和人为因素带来的挑战。
其中，地震作为一种具有破坏性的自然灾害，会对建筑物结构造成巨大的破坏，甚至可能导致生命财产损失。
因此，建筑物抗震设计和抗震性能评估成为当前结构工程研究的重点之一。
随着计算机科学和数值模拟技术的不断发展，越来越多的结构工程研究开始借助于数值模拟来进行室内试验和场外试验，以及静态和动态试验等。
然而，由于模拟的精度和真实环境存在较大差距，因此模拟结果的可靠性和适用性仍然需要通过与实际结构的试验数据进行对比验证。
本研究将调查比较钢结构物在振动时受自然力的情况，并使用钢框架结构拟动力模型试验与原型进行了对比分析，目的是在保证模型可靠性的前提下，分析模型使用中的优缺点以及可以改进的地方，从而更好地评估大型建筑结构的抗震性能，实现更好的结构工程研究。
B. 国内外研究现状及存在的问题近年来，国内外学者和工程师在结构工程领域进行抗震研究，提出了众多的理论和实践经验。
其中，许多研究关注结构振动动态特性，以及结构在地震荷载下的响应特性。
在实验方法方面，许多学者使用真实原型进行试验，在更真实的情况下进行抗震能力评估。
自考建筑结构试验历年名词解释汇总
1.预埋拔出法：在浇筑混凝土前，于混凝土表层以下一定距离预先埋入一金属锚固件，待混凝土硬化以后，通过拔出仪对锚固件施加拔力，使混凝土沿着一个与轴线成2α角度的圆锥面破袭而被拔出，根据专用的测强曲线，由拔出力推定混凝土的抗压强度，称为预埋拔出法。
2控制测点：结构物的最大挠度和最大应力等数据，通常是设计和试验工作者最感兴趣的数据，因此在这些最大值出现的部位上必须布置测量点位，称之为控制测点。
3.几何相似：结构模型和原型满足几何相似，模型和原型结构之间所有对应部分尺寸成比例。
4.测量仪器的量程：仪器可以测量的最大范围。
5.测量仪器的线性度：仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度。
可用校准曲线与拟合直线的最大偏差作为评定指标，并用最大偏差与满量程输出的百分比来表示。
6.延性系数：结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达屈服点以后模型还没有明显变形的能力，即为延性。
在抗震设计中，延性是一个重要的指标，通常用延性系数来表示。
7.荷载相似：荷载或力相似要求模型和原型在对应部位所受的荷载大小成比例8.电阻应变计的灵敏系数：单位应变引起的应变计相对于电阻值的变化9.测量仪器的最小分度值：仪器的指示部分或显示部分的最小测量值，即指每一最小刻度所表示的被测量的数值10.测量仪器的频率响应：动测仪输出信号的幅值和相位随输入信号的频率而变化的特性。
常用幅频特性和相频特性曲线来表示，分别说明仪器输出信号与输入信号间的幅值比和相位角偏差与输入信号频率的关系。
11．结构静力试验的数据处理：结构静力试验后（有时在试验中）对采集到的数据进行整理、换算、统计分析和归纳演绎，以得到代表结构性能的公式、图像、表格、数学模型和数值，这就是数据处理。
12．加载制度：试验加载制度指的是试验进行期间荷载的大小和方向与时间的关系。
它包括加载速度的快慢、加载时间间歇的长短、分级荷载的大小和加载卸载循环的次数。
13．质量相似：在结构的动力问题中，要求结构的质量分布相似，即模型与原型结构对应部分的质量成比例。
拟动力试验和实时拟动力试验
实时子结构拟动力试验
产生背景 常规拟动力和子结构拟动力试验为准静态加载过程，仅是慢速再现地震破会全过 程，无法考虑加载速率对试件的影响和试验加载的实时性。 结构控制技术的发展，橡胶隔震器、粘滞阻尼器等一些新的元件的运用使结构具 有明显的速度依赖特征。 试验子结构 （复杂非线性部分）
n
F
x、
和恢复力
n
Байду номын сангаас和恢复力
连续对结构进行试验加载，直到输入地震加速度时程指定的时刻
F
2
2016春季，桥梁抗震试验
n
拟动力试验试验原理
由于联机加载过程中用逐步积分求解运动方程的时间间隔取值一般 为0.005~0.01秒，而整个联机试验每一加载步长大致要持续几秒， 加载过程完全可以看成是静态的，为此可以忽略方程式中与速度有 关的阻尼力，运动方程可以简化为：
给定加速度记录，由计算机 作非线性动力分析，计算得 到位移反应曲线，将位移反 应曲线作为输入，控制加载。 这种方案要去事先假定结构 的恢复力模型，问题这种恢 复力模型是否符合实际？
2016春季，桥梁抗震试验
简介
方案2：
将计算机及计算技术直接应 用与控制实验加载，不需要 事先假定结构的恢复力模型， 恢复力可以直接从作用于试 件的加载器测得，由计算机 完成非线性地震反应微分方 程的求解。 《建筑抗震试验方法规程》定义
1
n
结构施加与位移x
相应的荷载。 1
4.由电液伺服加载器上的荷载及位移传感器，直接量测结构的恢复力F 和加活
n
塞的行程位移反应值
1
x
n
F
. 5
n
再生混凝土框架拟动力试验研究分析
１．４ ９１ｍｍ， 最大 水平 荷 载 为 １ ５８ Ｎ。卸载 时 变 ６ ．ｋ
形 能够恢 复 ， 框架 基本 处 于弹性 工作 状 态 。
当地 震 波加 速度 幅值 到 达 ６ ４ ａ工 况 时 ， ×３ｇ ｌ 框架 一 、 二层 的位 移增 幅 的速度 突然 变大 ， 框架 二 层顶 部 正 向加载最 大 位 移达 ２． ０ ６９ ｍｍ， 向加 载 反
第 １ 卷 第３ ９ 期
２１ ０ １年 ６月
安 徽 建 筑 工 业 学 院 学报 （ 然科学 自 版）
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｈ ｉｎｔ ｕｅ ｆ ｒｈｔｃｕｅ＆ Ｉｄ ｓｒ ｏ ｒａ ｏ ｕ Ｉｓ ｔｔ ｏ ｃ ｉ ｔｒ Ａｎ ｉ Ａ ｅ ｎ ｕｔｙ
Ｖ ｏ． ９Ｎｏ ３ １１ ．
框架抗震实验 ， 研究在拟动力作用下， 再生混凝土
框架 的受力特点、 变形性 能和耗能能力等抗震性
能指 标 。 Ｊ
目前国内外对于再生混凝土的力学性能和单 独构件 的研究相对较多 ， 整体结构性 能的研究还
收稿 １期 ：０ １０ —０ ３ ２ １ —３３
作者简介： 健 （９ ５ ， ， 陈 １ ８ 一） 男 硕士 ， 主要研究方 向为结构动力分析及 工程结构抗震 。
框架 受力 特点 、 变形性能和耗能能力等抗震性能 。试验表 明 ， 再生 混凝土框架 在小震作用下 具有足够 的强度 和刚度 ， 加载至层间位移角达 １２ ０时 ， 架处 于弹性工作状 态 ， ／１ 框 可满足 中震弹性 的要求 。加载至层间位移角 达 １ １ ０时 ， ／２ 框架呈现塑性性能 ， 卸载后 变形能够基 本恢 复 ， 研究表 明再生混凝土框架具有 良好 的抗震性能 。
Ｃ Ｎ ｉｎ Ｃ ＨＥ Ｊａ ， ＨＥ Ｌ—ｕ ， Ｌ Ｕ ｉｇｋ ｎ ， Ｚ Ｎ ｉ ａ ｈ Ｉ Ｂｎ －ａ ｇ ＨＯＵ Ａｎ
建筑结构试验名词解释
建筑结构试验一、名词解释1、结构动力特性试验：指结构受动力荷载鼓励时，在结构自由振动或强迫振动情况下量测结构自身所固有的动力性能的试验。
一八 10 082、结构动力反响试验：指结构在动力荷载作用下，量测结构或特定部位动力性能参数和动态反响的试验。
3、结构劳累试验：指结构构件在等幅稳定、屡次重复荷载的作用下，为测试结构劳累性能而进行的动力试验。
二七八4、地震模拟振动台试验：指在地震模拟振动台上进行的结构抗震动力试验。
5、短期荷载试验：指结构试验时限与试验条件、试验时间或其它各种因素和基于及时解决问题的需要，经常对实际承受长期荷载作用的结构构件，在试验时将荷载从零开始到最后结构破坏或某个阶段进行卸载，整个试验的过程和时间总和仅在一个较短时间段内完成的结构试验。
一八6、长期荷载试验：指结构在长期荷载作用下研究结构变形随时间变化规律的试验。
七7、现场试验：指在生产或施工现场进行的实际结构的试验。
8、相似模型试验：按照相似理论进行模型设计、制作与试验。
十9、缩尺模型：原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表物。
07 09原型相似：对象是实际结构〔实物〕或者是实际的结构构件模型相似：是仿照〔真实结构〕并按肯定比例关系复制而成的试验代表物，它具有实际结构的全部或局部特征，但大局部结构模型是尺寸比原型小得多的缩尺结构。
结构抗震试验：是在地震或模拟地震荷载作用下研究结构构件抗震性能和抗震能力的特意试验。
拟动力试验：是利用计算机和电液伺服加载器联机系统进行结构抗震试验的一种试验方法。
地震模拟震动台试验：是指在地震模拟振动台上进行的结构抗震动力试验。
低周反复加载静力试验：是一种以操纵结构变形或操纵施加荷载，由小到大对结构构件进行屡次低周期反复作用的结构抗震尽力试验。
短期荷载试验：是指结构试验时限与试验条件、试验时间或其他各种因素和基于及时解决问题的需要，经常对实际承受长期何在作用的结构构件，在试验时将荷载从零开始到最后机构破坏或某个阶段进行卸载，整个试验的过程和时间总和仅在一个较短时间段内〔如几天、几小时、甚至几分钟〕完成的结构试验长期荷载试验：是指结构在长期何在作用下研究结构变形随时间变化规律的试验。
汽轮发电机基础抗震性能拟动力试验研究
［ 提
要］ 本文 以 １ ２ ５ １ Ｍ Ｗ 汽 轮发 电机 基 础 为研 究 对 象 ， 设计制作 了 １ ： ８的试 验 模 型 ， 进 行 了 ７度 多 遇 地 震 与 罕 遇 地 震 作 用
下 的 拟 动力 试 验 ， 研 究 了 基 础 的 地 震 反应 特性 。试 验 结 果 表 明 ， 该 基 础 具 有 较 好 的抗 震 安 全 储 备 ， 即使 将 设 计 基 准 期 由 ５ ０年
Ｑ ｕ Ｔ ｉ ｅ － ｊ ｕ ｎ ， Ｘ ｉ ａ ｎ ｇ Ｋ ｕ ｎ ， ｎ Ｘ ｕ ｅ － ｊ ｕ ｎ 。 ， Ｓ ｈ ａ ｏ Ｘ ｉ ａ ｏ — ｙ ａ ｈ
（ １ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆ ｏ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ４ ４ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ ．Ｑ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ Ｋ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ
ｅ ａ ｒ ｔ ｈｑ ｕ ａ ｋｅ ｒ ｅｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄｉ ｅ ｄ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｉ ｎｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｕ ｎｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｓ ｐｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ａ ｂｌ ｅ ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ ｃ ａ ｐａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｄｕ ｒ ｉ ｎｇ ｔ ｈ ｅ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｑｕ ａ ｋ ｅ． Ｅｖ ｅ ｎ
１ 引 言
面尺寸 限制 ， 完成 大 比例 模 型 的破 坏性 试 验 有 一 定 困难 ， 拟 静力 试验 能实 现破坏 性试 验 ， 但 无法 输入 地 震记录， 而拟 动力 试 验 可 弥补 振 动 台 试验 和拟 静 力 试 验 的不足 ， 可完 成较 大 比例 模 型 的破 坏性试 验 ， 且 能输 入 地震记 录 。 本 文根据 相似 理论设 计 制作 了 １ ： ８ 的 汽机 基 础 模型， 用 文献 ［ ２ ］ 的方法 将 设 计基 准 期 由 ５ ０年 调 整 为６ ０年 ， 根 据抗 震设 计规 范 提 供 的参 数确 定 了峰 值加 速度 ， 用 文献 ［ ４～ ５ ］ 的方 法 生成 地 震加 速 度 时
自考建筑结构试验历年名词解释汇总
1.预埋拔出法：在浇筑混凝土前，于混凝土表层以下一定距离预先埋入一金属锚固件，待混凝土硬化以后，通过拔出仪对锚固件施加拔力，使混凝土沿着一个与轴线成2α角度的圆锥面破袭而被拔出，根据专用的测强曲线，由拔出力推定混凝土的抗压强度，称为预埋拔出法。
2控制测点：结构物的最大挠度和最大应力等数据，通常是设计和试验工作者最感兴趣的数据，因此在这些最大值出现的部位上必须布置测量点位，称之为控制测点。
3.几何相似：结构模型和原型满足几何相似，模型和原型结构之间所有对应部分尺寸成比例。
4.测量仪器的量程：仪器可以测量的最大范围。
5.测量仪器的线性度：仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度。
可用校准曲线与拟合直线的最大偏差作为评定指标，并用最大偏差与满量程输出的百分比来表示。
6.延性系数：结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达屈服点以后模型还没有明显变形的能力，即为延性。
在抗震设计中，延性是一个重要的指标，通常用延性系数来表示。
7.荷载相似：荷载或力相似要求模型和原型在对应部位所受的荷载大小成比例8.电阻应变计的灵敏系数：单位应变引起的应变计相对于电阻值的变化9.测量仪器的最小分度值：仪器的指示部分或显示部分的最小测量值，即指每一最小刻度所表示的被测量的数值10.测量仪器的频率响应：动测仪输出信号的幅值和相位随输入信号的频率而变化的特性。
常用幅频特性和相频特性曲线来表示，分别说明仪器输出信号与输入信号间的幅值比和相位角偏差与输入信号频率的关系。
11．结构静力试验的数据处理：结构静力试验后（有时在试验中）对采集到的数据进行整理、换算、统计分析和归纳演绎，以得到代表结构性能的公式、图像、表格、数学模型和数值，这就是数据处理。
12．加载制度：试验加载制度指的是试验进行期间荷载的大小和方向与时间的关系。
它包括加载速度的快慢、加载时间间歇的长短、分级荷载的大小和加载卸载循环的次数。
13．质量相似：在结构的动力问题中，要求结构的质量分布相似，即模型与原型结构对应部分的质量成比例。
拟动力试验
02
试验设备与材料
加载设备
01
02
03
液压伺服作动器
能够提供高精度、高频率 的往复运动，模拟地震等 动力荷载。
加载控制系统
实现荷载的精确控制和调 整，以满足试验需求。
辅助加载设备
如重力加载装置、惯性质 量等，用于模拟结构自重 和惯性力。
测量设备
位移传感器
测量试件的位移响应，通 常采用高精度位移计或激 光位移计。
3
环境因素
如温度、湿度等环境因素会对材料的性能和结构 的响应产生一定的影响。
06
试验应用与展望
在工程领域的应用价值
结构性能评估
新材料研究
拟动力试验可用于评估结构的抗震、抗风 等性能，为工程设计提供重要依据。
通过拟动力试验，可以研究新材料的力学 性能及其在结构中的表现，推动材料科学 的进步。
施工质量控制
照片和视频记录
使用相机或摄像机对试验过程进行拍照或录像， 以便后续分析和研究。
04
试验结果分析
数据处理与统计
数据清洗
去除异常值、噪声数据，确保数据质量。
数据转换
对数据进行归一化、标准化等处理，以便于后续分析。
统计描述
计算数据的均值、标准差、变异系数等统计量，初步了解数据分布特 征。
结果可视化展示
趋势分析
通过对试验数据的趋势分析，探讨不 同因素对试验结果的影响程度及规律 。
假设检验
采用假设检验的方法，对试验结果的 显著性进行检验，判断试验结果是否 具有统计学意义。
结果讨论
结合试验目的和背景知识，对试验结 果进行深入讨论和分析，提出可能的 解释和改进建议。
05
试验影响因素探讨
浅谈结构拟动力试验
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。
结构拟静力与拟动力试验
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 单向反复加载制度
① 变形控制加载法 变幅加载 根据控制位 移值规律的 不同 等幅加载
主要用于研究构件的强度退化和 刚度退化规律。 这种加载制度每加载一周后，都会 增加位移的幅值，当对一个构件的 性能不太了解，作为探索性的研究 或者在确定恢复力模型的时候，多 用变幅加载来研究构件的强度、变 形和耗能的性能。
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 单向反复加载制度
♦ 单向反复加载制度有变形控制加载、荷载控制加载 以及荷载－变形双控制加载3种方法； ① 变形控制加载法 ♦目前在结构抗震恢复力特性试验中使用最为普遍和最 多的一种加载方法； ♦加载过程中以位移为控制值，以屈服位移的倍数作为 加载的控制值，这里位移的概念是广义的，它可以是 线位移，也可以是转角、曲率或应变等相应的参量。
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 单向反复加载制度
③荷载－变形双控制加载法
《混凝土结构试验方法标准》 中给出的加载方法和加载程序， 要求根据结构构件特点和试验 研究目的确定，并应符合相关 规定，见教材P79。
我国规范规定的加载制度
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 双向反复加载制度
♦为了研究地震作用对结构构件的空间组合效应，克服结构构
第六章 结构拟静力与拟动力试验
安徽工业大学建工学院
一、拟静力试验
1. 概述
拟静力试验，也称伪静力试验，低周反复荷载 试验，属于工程结构抗震试验；
基本原理：
用低周往复循环加载的方法对结构构件进行静力试验， 试验中控制结构的变形值或荷载量，使结构构件在正反两个 方向反复加载和卸载，用以模拟结构在地震作用下的受力过 程。
拟动力试验
子结构拟动力试验
从地震震害分析，结构在地震作用下的 破坏往往是局部的，结构的倒塌也是由 于局部的严重破坏引起的。
经济合理的试验研究： 1. 将结构中最容易破坏的部分进行试验； 2. 基本完好的结构部分由计算机模拟
子结构拟动力试验
优点： 1. 解决了结构研究中难以把握的破坏部分
的非线性特征； 2. 解决了实验室规模、设备能力等因素对
等效单自由度体系的联机试验
多自由度体系中结构各层的横向位移xr 与归一化振型 ur 之间的关系 xr ur x
x f (t) 是随时间变化的函数，由虚功原 理得到无阻尼多自由度体系的运动方程
Mr (xr xg )dxr Frdxr 0
等效单自由度体系的联机试验
因为 所以
xr ur x xr ur x
Mai1 C I vi1 C Evi1 K I di1 ri1 fi1
I代表计算子结构，E代表试验子结构
子结构拟动力试验
子结构拟动力试验
各工况下结构自振频率
工况 0.1g 0.2g 0.4g 0.6g 0.7g 一阶 1.44 1.42 1.35 1.07 1.00 二阶 4.16 4.12 4.12 4.07 3.36 三阶 6.32 6.31 6.14 6.00 5.93
~xn ~xn
(~xn1 (~xn1
~xn~xn 1) / 2t 2~xn ~xn1) /
t 2
求解方程得
~ ~xn1 2~xn ~xn1 MF~r t 2 xgn t 2
等效单自由度体系的联机试验程序
3. 由方程求得试验施加结构顶层位移 x顶n1
4. 按倒三角形分布对结构施加外力，顶层
在拟动力试验中发现：
1. 刚度大的多自由度结构或模型试验时，将会 出现当各质点位移指标到达预计值而荷载却 与预定值有较大的出入。
拟静力与拟动力试验
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。
网络化协同结构拟动力试验方法与技术
行 了六跨 桥梁 的远程分 布子结 构快 速 混合 模拟 试 验 （ 为 Ｆｓ Ｍ Ｓ） ； 称 ａｔ Ｏ Ｔ 中国 台湾地 区 —
由台湾地震 工 程 研究 中 心建 立 了基 于 互 联 网 的地 震 工程 研 究平 台 ＩＥ Ｉｔ ｔ ａｅ Ｓ Ｅ（ｎｅ — ｓｄ ｍｅ ｂ
Ｓｍ ｌｔ ｎｆｒ ａｔｑ ａｅＥ ｇ ｅｒ ｇ ， 与美 国斯 坦 福 大学 合作 在 ２ ０ ｉ ｕａ ｏ ｒ ｕｋ ｎｉ ｅｉ ） 并 ｉ ｏＥ ｈ ｎ ｎ ０ ４年 １ ０月 进 行
了 ３层 ３跨 的钢和 钢筋混凝 土组合 结构 的远程 协 同拟 动力 试 验 ， 以及 与 台湾 大学 和 加 拿 大卡尔顿 大学合 作在 ２ ０ ０ ６年 ２月 进行 了多跨桥 梁结构 的远 程｝ 合 控制试验 ． 昆 在 国家 自然科 学基金资 助下 ， 湖南大 学 、 清华 大 学 和 哈尔滨 工 业 大学 在 ２ ０ ０ ４年 开始
验 示范 网络体 系提供 了基础平 台．
关 键 词 ： 程 协 同 试 验 ； 络 结构 实验 室 ； 验 设 备 远 程 共 享 ； 远 网 试 网络 平 台 ； 信 接 口 通
计算 机网络 的普及 和互 联 网技术 的飞速发 展使地 震工 程研究 者可 以共享远 程分 布的 实验 室来进 行结构 远程试验 ． 异地 结构 实验室 通过互联 网连 接在一 起 ， 立 网络 化试验 系 建
第 ｌ ６期 ８卷
２１ ０ ０年 １ ２月
应 用基础 与工程 科学学 报
Ｊ ＵＲＮ ＡＳ Ｃ Ｓ Ｉ ＮＣ Ｏ ＡＬ ＯＦ Ｂ Ｉ Ｃ Ｅ Ｅ ＡＮＤ Ｅ ＮＧＩ Ｅ Ｎ ＮＥ ＲＩ Ｇ
中 图分 类 号 ：Ｕ １ Ｔ ３７ 文献 标 识 码 ： Ａ
混合编程控制的多自由度结构拟动力试验方法
（ １ ． 苏州科技学院 土木工程学院 ， 江苏 苏州 ２ １ ５ ０ １ １ ； ２ ． 哈尔滨工业大学 土木工程学院 ， 黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ９ ０ ）
［ 提
要］ 为 了建 立 对 任 何 试 验 设 备 控 制 系 统 均 通 用 的 拟 动 力 试 验 系 统 ， 提 出外部命令 控制方 法 ， 并应用 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ＋ ＋和
用 于 数 值 模 拟 和 物 理 试 验 相 结 合 的 结 构抗 震 试 验 研 究 中 。 ［ 关键词 ］ 外部命令控制 ； 混 合 编程 控制 ； ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ引 擎 ； 拟动力试验系统 ； 多 自由度 结 构 ［ 中 图分 类号 ］ Ｔ Ｕ ３ １ ７ ． ９ ［ 文献 标 识 码 ］ Ａ
［ 文章编号 ］ １ ０ ０ ２ — ８ ４ １ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ １ ２ ０ — ０ ７
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２—８ ４ １ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ２ １
混 合编 程控 制 的 多 自由度 结构 拟动 力试 验 方法
第３ ５卷 第 １期
２ ０ １ ３年 ２月
工 程 抗 震 与 加 固 改 造
Ｖｏ １ ． ３５． Ｎｏ ．１
Ｆ ｅ ｂ． ２ ０１ ３
Ｅａ ｒ ｔ ｈｑ ｕ ａ ｋｅ Ｒｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎｄ Ｒｅ ｔ ｒ ｏ ｆ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎｇ
Ｗａ ｎ ｇ Ｄａ － ｐ ｅ ｎ ｇ ，Ｔ ｉ ａ ｎ Ｓ ｈ ｉ — ｚ ｈ ｕ （ １ ．Ｓ ｃ ｈ Ｄ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｕ ｚ ｈ ０ “Ｕ ｎ ｉ ｅ ｉ ｔ ｙ ｆｓ ｏ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ０ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｕ ｚ ｈ ｏ Ｍ ２ １ ５ ０ １ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｏ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ９ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
拟动力抗震试验方法
１ 引言 地震是一种 自然现象 ， 强烈 的地震会造成道路 、 桥梁 和建筑物的破坏 ， 并危及人类 生命和财产 安全 。我国是一 个多地震国家 ， 平均每年 至少有 ２次 ５ 以上的地 震。如 级
成差分方程的形式， 设时间步长 为Ａｔ则方程 （） ， １式在某一 时刻 的离散动 力方程 为： ） ｑ ｝ 罔 ） ］ ＋［ ＋［ ＝ （） ２ ３ 拟动力试验数值积分法
＋＝【 Ｌ—ｃ Ｉ２ ￡ － ＾＋— ） 【Ａ ＋（ ｃ一肋 一一Ａｆｒ ｆ） ． １ ． ｋ ｔ — － （， ，］ －
（） ５
ｊ ＝ 式右端 都是 已知量 ， 因此 中央差 分法 是显式方法 。 在拟动力试验 中， 首先输入实际的地震加速度时程记 录 ，由计算机计算 当前一步 的反应位移 ， 然后通过数值和 模拟信号转换 ， 由加载器强迫结构 （ 构件 ） 或 模型实现这个 位移 ， 同时量测结构对于该步位移 的实际恢 复力 （ 即加载
试验 。
拟动 力试 验中的数值积分方法可以分 为两类 ， 显式积 分法 。 隐式积分法 。显式积分法主要有 中央差 分法 ， 式 显 Ｎｅ ｍａｋ法 和修 正 Ｎ ｗｍａｋ法三种 ，目前多采用中央差 ｗ ｒ ｅ ｒ 分法 。中央差 分法采用 了如下的速度和加速度 假定 ， 即
戈＝
＝
摘 要： 在无线移动通信网络中运用直放站是低成本便利地解决网络覆盖的有效手段。 本文介绍了光纤直放站的组成、
一
３２ 起步位移 的计算 ． 但上述过程也存在一个 问题 ， 即如何进 行第一步位 移 Ｘ。 一 的计算 。要实现连续逐 步计算 ， 前提是 已知最初 的两步 位 移 。结构的初始状态条件 己知 ， 这是其中之一，因此还 存在确定 与初始位移相邻 的另一 步位 移。 根据 初始条件进 行起步位移Ｘ． ． ． 的计算 ， Ｏ ｔ 时刻 的初 ＝
外环位移控制与内环力控制拟动力试验方法
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］。
第六章--结构拟静力与拟动力试验
变幅等幅混合加载
将变幅、等幅两种加载制度结合起来运用，可以综合地研究构件的性能，其中包 括等幅加载法的强度和刚度变化，以及变幅加载时，特别是大变形增长情况下强 度和耗能能力的变化，采用这种加载制度时，等幅部分的循环次数应随研究对象 和要求的不同而异，一般可选3～6次。
肖维纳（Chauvenet）准则
二、拟动力试验
4. 试验数据的整理与分析 试验误差及误差分析
被量测的物理量的真实值 与量测值之间的偏差称为 误差，误差是必然存在的
过失误差
粗心大意、操作不当或思想不集中所 造成的，是可以避免的
误差的类型 系统误差 （性质划分）
随机误差
误差分析
仪器的缺陷、外界因素的影响或观测 者感觉器官的不完善等固定原因引起 的，难以消除其全部影响，服从一定 的规律、符号相同，对量测结果有积 累影响的误差。
♦ 加载反力装置：包括竖向反力装置和水平向反力装置， 如反力 墙、反力台座、专用的水平反力架、钢结构竖向反力架等；
♦ 拟静力试验加载装置的设计应根据不同结构或试件研究的目的， 提供与实际结构受力情况尽可能一致的模拟边界条件，即尽可 能使试件满足试验的支承方式和受力条件的要求。
加载装置类型
①.以剪切变形为主的构件 试件上下对称，推拉千斤顶或作动器安装在试件的1/2高度上，
二、拟动力试验
4. 试验数据的整理与分析
人工记录或计算 机采集的试验数 据
整理换算、统计 分析、归纳演绎
原始数据
不能直接说明试验的结果 或解答试验所提出的问题
反映结构性能 的数据、公式、图表等
数据处理
如测量应变来计算出结构的应力（或内力）分布； 由结构的加速度数据积分计算出其速度、位移等
拟动力试验名词解释 -回复
拟动力试验名词解释-回复
拟动力试验是指在实验室条件下，模拟地震、风荷载等动力作用对建筑物或结构进行的一种试验。
这种试验旨在研究和评估建筑物或结构在实际动力作用下的性能和安全性。
在拟动力试验中，通常会使用专门的设备如振动台、风洞等来模拟实际的动力作用。
通过调整设备的参数，可以模拟出不同强度和频率的动力作用，以此来观察和分析建筑物或结构的响应情况。
拟动力试验是土木工程、结构工程等领域中常用的一种试验方法，对于提高建筑物和结构的安全性和可靠性具有重要的意义。
拟动力试验名词解释
拟动力试验名词解释
拟动力试验是指在模拟真实工况下对某种设备、系统或材料进行测试和评估的试验。
它可以模拟实际工作环境中的各种力、压力、温度、湿度等因素，以验证设备、系统或材料在不同工况下的性能和可靠性。
拟动力试验通常包括以下几个方面的内容：
1. 力学试验：模拟设备或系统在实际工作中所受到的各种力的作用，如静载、动载、振动等。
通过施加不同的力，评估设备或系统的结构强度、稳定性和耐久性。
2. 温度试验：模拟设备或系统在实际工作环境中所受到的不同温度条件。
通过控制温度变化，评估设备或系统在不同温度下的性能和可靠性，如热膨胀、热稳定性等。
3. 湿度试验：模拟设备或系统在实际工作环境中所受到的不同湿度条件。
通过控制湿度变化，评估设备或系统在不同湿度下的性能和可靠性，如防潮性、防锈性等。
4. 光照试验：模拟设备或系统在实际工作环境中所受到的不同光照条件。
通过控制光照强度和光谱，评估设备或系统在不同光照条件下的性能和可靠性，如耐光性、光衰减等。
5. 其他试验：根据具体的需求，还可以进行其他类型的拟动力试验，如电磁场试验、压力试验、化学试验等，以评估设备、系统或材料在不同工况下的适应性和性能表现。
拟动力试验的目的是为了确保设备、系统或材料在实际工作环境中的可靠性和稳定性，以提高其使用寿命和性能。
通过拟动力试验的结果，可以对产品进行改进和优化，从而满足用户的需求和要求。
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计算机—加载器联机系统工作原理
用电子计算机将地震地面运动加速度转 换成作用在结构或构件上的位移和与此 位移相应的加振力。
随地面运动加速度时程曲线的变化，作 用在结构上的位移和加振力也变化，得 到实际地震作用下结构连续反应全过程， 得到结构恢复力特性曲线。
拟动力试验的试验设备
电液伺服加载器+电子计算机=联机系统 电子计算机的功能： 1. 按某一时刻输入的地面运动加速度，以及上
拟动力试验发展历史
1969年日本伯野元彦博士最初提出联机试验， 将模拟计算机与试验联线成一个系统。
1971年日本冈田恒男教授应用于结构抗震试验。 1981年日美合作完成一座七层钢筋混凝土框架
房屋足尺结构拟动力试验。 1983年中国建筑科学研究院结构所完成1/6底
层大空间12层剪力墙结构拟动力试验。
2. 联机系统由专用软件系统通过数据库和 运行系统来执行操作指令，进行整个系 统的控制和运行。
拟动力试验工作流程
1. 对计算机系统输入某一确定性的地震地 面运动加速度。在加速度时程曲线中， 加速度幅值随时间t的改变而变化，为 便于用数值积分方法求解运动方程，将 加速度时程曲线按t分成许多微小时段， 假定在t时段内加速度呈直线变化。
拟动力试验
伪动力试验，计算机加载器联机试验 地震发生和传播的随机性 周期性加载的加载历程是假定的，与实
际地震的非周期反应有很大差别 理想的试验加载是按某一确定的地震反
应来制订相应的加载制度
计算机联机试验的提出
在研究工作中人们从结构试验和数值分 析两方面着手，促使试验技术和计算技 术的发展。由于各种因素的影响，由试 验结果所确定的数学分析模型的精度存 在疑问，解决方法——将计算机技术直接 应用于试验。
2. 计算 t t 时的地震位移反应，这时
结构每一层的恢复力可由框架弹性分析 得到
F F12K K1211K K1222xx12((12))
试验步骤
按线性加速度法计算得到加速度响应
x1 (1)
6 t2
x1 (1)
x2 (1)
6 t2
x 2 (1)
试验步骤
代入运动方程得
x1(1)
(m1K22
M x nFnM x gn
两个自由度结构地震反应的联机试验
试验对象：单跨双层钢筋混凝土框架， 模型比例为1/4，试件安装在抗侧力台座 上，用两台电液伺服加载器在一、二层 框架横梁中部用控制位移方法进行水平 加载。
运动方程
m1 x1 F1 m1 xg m2 x2 F2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱm2xg
试验步骤
1. t 0时，结构的 x、x 和 x均为0
由中心差分法
xn
x n 1
2xn t 2
x n 1
xn
xn1 xn1 2t
拟动力试验工作流程
代入微分方程得：
x n 1 M 2 tC 1 2 M n ( 2 x tC M ) x n 1 t2 F n M t2 x g n
拟动力试验工作流程
当结构进入非线性时，要求由试验值 F 和x 来确定刚度矩阵的各元素数值是很
一时刻试验得到的恢复力计算下一时刻的位 移反应，并据此对加载系统发出施加位移的 指令，从而测出在该位移下的力。 2. 采集试验中结构的应变、位移数据，进行演 算处理。
加载控制系统的功能
加载控制系统由电液伺服加载器及模控 系统组成。
1. 模控系统是根据该时刻由计算机传来的 位移指令，转换成电压输入，控制加载 器的伺服系统。
3. 由加载系统的计算机将位移 x n 1 转换
成电压信号，输入到电液伺服加载器，
对结构施加与位移 x n 1 相应的荷载。
拟动力试验工作流程
4. 由电液伺服加载器上的荷载及位移传感
器，直接量测结构的恢复力 载器活塞行程的位移反应值
Fn 1 x n 1
和加
拟动力试验工作流程
5. 将据实采测集的 和反F应n 分1 和析系x n 统1 数的值计连算续机，输利入用数 位述移同样x方n 法、重x复n 1运和行恢、复计力算、F加n 1载按和上测
拟动力试验工作流程
2.
由计算机按第n步的地面运动加速度
输入，求第n+1步的指令位移 x n 1
xg n
3.
n-1和当n输步x入g的n 位x移n后1，在tx和n n
时间内，由第 以及第n步
的恢复F n力 ，按运动方程
M x nC x nF n M x gn
4.
求第n+1步的位x移n 1
拟动力试验工作流程
量，求得位移 x n 2 和恢复力 Fn 2
6.
连续对结构进行试验加载，直到输
入地震加速度时程指定的时刻。
拟动力试验工作流程
由于联机加载过程中用逐步积分求解运 动方程的 t 时间间隔取值为 0.005~0.01秒，而整个联机试验每一加 载步长大致要持续几秒，这样的加载过 程完全可以看成是静态的，为此可以忽 略方程式中与速度有关的阻尼力
非周期性加载的两种方案
给定输入的加速度记录，通过计算机作非线性 动力分析，计算得到位移反应曲线，将位移反 应历程作为输入，控制加载。这种方法要求事 先假定结构的恢复力模型，这种恢复力模型是 否符合实际？
将计算机及计算技术直接应用于控制试验加载。 不需要事先假定结构的恢复力模型，恢复力可 以直接从作用于试件的加载器的荷载值测得， 由计算机完成非线性地震反应微分方程的求解。
K12
K 21
(m1
m2 K12
m1m2
6 t 2
)xg
6 t 2
K11 ) (m2
6 t 2
K22 )
x2 (1)
(m1K21
K12
K 21
(m1
m2 K11
m1m2
6 t 2
)xg
6 t 2
K11 ) (m2
6 t 2
K22 )
试验步骤
3. 由两台电液伺服加在器分别施加位移x1(1) 及 x2 (1)，并测得相应的恢复力 F1(1) 和 F2 (1)
试验步骤
4. 计算第二步 t2t 时的位移反应 x1(2) 和 x2 (2)
5.
用线性加速度法求t解tt 时刻
运动方程时，必须知道尚待测定的恢复
力F(tt)
试验步骤
ttt时刻的恢复力矩阵为： F F 1 2 ((tt tt)) K K 1 2( (1 t1 t tt) )K K 1 2( (2 t2 t tt) ) x x 1 2 ((tt tt))