地震模拟振动台试验12次课45

大型地震模拟振动台多采用电液伺服作动器作为驱 动单元，振动台试验中，运动部件的最大加速度取 决于电液伺服作动器的最大推力和运动部件的质量。 这里，运动部件就是指振动台台面和试验结构模型。 因此，振动台试验中，试验结构模型的平面尺寸受 振动台平面尺寸限制，试验结构模型的重量也要受 到振动台最大负载能力的限制。
(3) 频率范围、最大位移、速度和加速度
已有的地震记录的最高频率一般不超过10Hz，考虑试验 结构模型的特点，地震模拟振动台的频率范围大多为0—50Hz， 有的振动台的最高频率响应可以达到80～120Hz，主要用于 较小比例的结构模型的振动台试验。振动台最大位移一般为 ±100mm。采用电液伺服系统的振动台，其动态特性由电液 伺服作动器所决定。电液伺服系统的流量和压力决定了作动 器的最大速度，振动圆频率越高，振动位移幅值就越小。振 动台的最大加速度可以达到20m／s2(2g，g为重力加速度)。
内华达州立大学 雷诺分校—振动 台阵
University of Nevada，Reno
台面尺寸： 4.3米×4.5米 台面承重：50吨
重庆交通源自文库研设计院 两台台阵
台面尺寸A：3米×6米 台面尺寸B：3米×6米 A台面承重：35吨 B台面承重：35吨
University of California San Diego University at Buffalo, The State University of New York 美国NEES计划： Network for Earthquake Engineering Simulation http://www.nees.org
台面尺寸：20米×15米 台面承重：1200吨 三方向六自由度
Dr. Masayoshi Nakashima (中岛正爱 教授)
中国建筑科学研究院 (国内最大）
台面尺寸：6.1米×6.1米 台面承重：60吨 三方向六自由度
近年来，振动台阵列开始投入使用。3个振动 台组成一个振动台阵列进行桥梁结构的地震模拟振 动台试验。3个振动台可以在一个方向上同步运动， 也可以根据桥梁实际场地的差异，分别输入不同的 地震波进行试验。这种振动台阵列可以进行较大尺 寸的结构模型试验。
地震模拟振动台的主要技术参数如下：
(1) 台面尺寸和台面最大负载
台面尺寸决定了进行试验的结构模型平面尺寸。在静载试验 或拟静载试验(低周反复荷载试验)中，常常忽略结构受力单 元的空间联系，取试验结构模型为平面结构模型，例如，平 面框架结构。平面外的稳定问题通过试验装置解决。但在地 震模拟振动台试验中，即使是单向地震模拟试验，结构模型 也应为空间模型。台面尺寸越大，结构模型的尺寸就可以越 大，试验结构的性能也就越接近真实结构的性能。目前。世 界上最大的振动台台面尺寸为20m×15m(日本)。
(2) 台面运动自由度
理论上，地震模拟振动台可以有6个自由度，也就是说，基于 现代工业技术制造的地震模拟振动台可以使振动台再现全部 地震地面运动。但在工程实践中，地震记录很少有地面运动 的旋转分量。这与强震观测有关。我们知道，强震观测仪记 录的地震运动为仪器安装位置的直线运动，这个直线运动应 该包含了旋转分量。但如果要通过强震观测仪确定地震引起 的地面旋转运动，就必须知道转动中心。由于地震运动的复 杂性，目前可用的地震记录大多为观测点的地面直线运动(观 测点的速度和加速度)。相应的，在工程结构抗震设计、分析 和试验中，一般也不考虑地面运动的旋转分量。
六自由度地震模拟振动台：由振动台台面、电液伺 服作动器、控制系统和数据采集系统组成。多个电 液伺服作动器可使振动台台面实现任意方向上的移 动和绕任意轴的转动。试验时，将地震地面运动的 有关数据输入到计算机，作为振动台台面的运动数 据，计算机将输入的地震运动数据转换为台面的运 动数据，再对电液伺服作动器发出控制指令，电液 伺服作动器推动振动台台面实现地震地面运动模拟。
试验时，振动台台面产生 要求的地面运动，其运动规律 与结构遭遇地震时的运动规律 相同。安装在振动台上的模型 结构受到台面运动的加速度作 用，产生惯性力，从而再现地 震对结构的作用。
振动台运动维数（振动方向）
地震引起的地面运动非常复杂，一般情况下， 地震地面运动由6个自由度的运动分量组合而成，即 2个水平方向、l个垂直方向的直线运动和绕3个坐标 轴方向的旋转运动。最简单的地震模拟振动台为水 平单向振动台，它只有一个方向的运动。最复杂的 振动台包含所有6个自由度的运动。
§2.8 结构抗震试验方法
地震模拟振动台在抗震研究中的作用。
➢研究结构的动力特性，破坏机理及震害原因。 ➢验证抗震计算理论和计算模型的正确性。 ➢研究动力相似理论，为模型试验提供依据。 ➢检验产品质量，提高抗震性能，为生产服务。 ➢为结构抗震静力试验，提供试验依据。
振动台是用来产生模拟地震地面运动，对结构的抗 震性能进行研究。如图为地震模拟振动台的示意图。
控制方式：目前，较先进的振动台采用三参量控制技 术，将振动台的位移、速度和加速度均作为控制目标。 当振动台的振动频率较高时，位移较小而加速度较大， 采用加速度为控制目标可以获得较高的相对控制精度。 低频振动时则正好相反，采用位移控制可以得到较高 的相对控制精度。在振动台台面安装了加速度、速度 和位移传感器，这些传感器采集的信号均反馈至控制 系统的计算机，计算机根据误差最小的原则实时选择 控制参量，使振动台准确地再现输入的地震波。
§2.8 结构抗震试验方法
地震地面运动数据来自地震观测台网的地震记录， 这些地震记录一般为地震地面运动的速度或加速度。 在结构抗震设计中，也是根据地面加速度来计算结 构受到的惯性力。因此，进行振动台试验时，输入 到计算机的地震运动大多为地面运动加速度，相应 的电液伺服作动器的控制目标也应包括加速度。
(2) 台面运动自由度
振动台仅在一个方向运动时，为水平单向振动台。如果 振动台有两个自由度，可以有两种组合，一种组合为一个自 由度为水平方向，另一自由度为竖向方向；另一种组合中， 两个自由度均为水平方向，两个水平运动方向相互垂直。三 自由度的振动台包括两个水平方向的自由度和一个竖向方向 的自由度。目前，已投入运行的地震模拟振动台虽然具有在 全部6个自由度上模拟地震地面运动的能力，但在结构抗震试 验中，一般仍以水平方向和垂直方向的振动为主。