结构抗震混合试验方法研究

论文摘要

结构抗震混合试验技术是近年来提出的一种新的结构抗震性能试验方法,即将大型复杂工程结构中的重要部位或部件作为子结构制作模型,放置在地震模拟振动台上进行地震波输入激振试验,而整体结构的其它部件则作为分析子结构,通过与试验子结构相连的拟动力加载器进行模拟。试验时振动台应与拟动力加载器密切配合,振动台照常输入地震波,而拟动力加载器则按照结构动力学理论推导所得的动作予以实时配合,共同完成试验。结构抗震混合试验技术的关键在于分析子结构自由度的凝聚和试验子结构与分析子结构间的拼装这两项关键技术。本文首先将凝聚方法和模态综合方法引入结构抗震混合试验技术中,提出将一个大型复杂结构划分为试验子结构和分析子结构两部分,对分析子结构消去全部内部自由度,仅保留连接边界的外部自由度;然后采用连接边界处力平衡和位移协调对试验子结构与分析子结构重新进行拼装,建立了考虑分析子结构影响的试验子结构的动力方程。然后利用Midas Gen建立相关算例的数值模型进行数值模拟分析,得出试验子结构的动力反应与原型结构动力反应基本一致,从而验证了混合试验技术的可行性。在本文的理论和方法的基础上,将一个左右两塔均为双向单跨五层框架连体结构划分为试验子结构和分析子结构两部分,然后对试验子结构在连接处进行质量修正和通过拟动力加载器模拟连接边界的动力作用与刚度修正。修正后的试验子结构在试验加载工况中得到相应的动力反应与原型结构的动力反应相比较,其结果基本一致,验证了基于凝聚技术的结构抗震混合试验方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 结构抗震试验方法概述
• 1.1 概述
• 1.2 结构抗震试验方法的现状
• 1.2.1 拟静力试验
• 1.2.2 拟动力试验
• 1.2.3 模拟地震动台试验
• 1.2.4 子结构拟动力试验
• 1.2.5 结构抗震混合试验
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 结构抗震混合试验的原理与方法
• 2.1 结构抗震混合试验的提出
• 2.2 结构抗震混合试验的原理
• 2.3 结构抗震混合试验的设想
• 2.3.1 凝聚技术在结构抗震混合试验中应用的设想
• 2.3.2 模态综合技术在结构抗震混合试验中应用的设想
• 2.4 结构抗震混合试验的关键技术
• 2.4.1 分析子结构自由度的凝聚
• 2.4.2 子结构间的拼装
• 第三章 凝聚技术在结构抗震混合试验中的应用研究
• 3.1 结构抗震混合试验的理论基础
• 3.2 "物理型"凝聚方法的混合试验技术
• 3.2.1 子结构Guyan凝聚方法
• 3.2.2 子结构IRS（Improved Reduced System）凝聚方法
• 3.2.3 子结构Kuhar动力凝聚方法
• 3.3 "模态型"凝聚方法的混合试验技术
• 3.4 基于凝聚方法的混合试验数值模拟
• 3.4.1 算例说明
• 3.4.2 算例1数值模拟分析
• 3.4.3 算例2数值模拟分析
• 3.4.4 算例3数值模拟分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 模态综合技术在结构抗震混合试验中的应用研究
• 4.1 概述
• 4.2 基于固定界面法模态综合技术的混合试验技术
• 4.2.1 凝聚法解耦
• 4.2.2 强制解耦
• 4.3 基于全结构凝聚方法的混合试验技术
• 4.4 基于模态综合技术的混合试验数值模拟
• 4.4.1 算例说明
• 4.4.2 算例1数值模拟分析
• 4.4.3 算例2数值模拟分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于凝聚技术的结构抗震混合试验方法验证
• 5.1 验证试验模型设计和安装
• 5.1.1 试验模型制作
• 5.1.2 加载刚架设计
• 5.1.3 试验模型的安装
• 5.2 模型参数确定
• 5.2.1 楼层质量和层间刚度确定
• 5.2.2 边界修正项确定
• 5.2.3 拟动力加载时程确定
• 5.3 试验方案
• 5.3.1 测点布置
• 5.3.2 试验激振波形
• 5.3.3 试验步骤
• 5.4 试验结果与分析
• 5.4.1 模型实测动力特性分析
• 5.4.2 试验数据对比与分析
• 5.4.3 结论
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录一 试验模型