基于电液伺服顶部激振的结构抗震试验方法研究

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建筑结构的抗震性能研究一直以来都是国内外学者重点关注的问题,而对结构进行抗震试验是了解其抗震性能最直接且有效的方法。对于立体车库、大型钢结构、框架结构以及砌体结构等已建建筑结构的抗震性能研究,通常采用结构现场原位动力试验。相对于传统的拟静力试验、模拟地震振动台试验以及拟动力试验,结构现场原位动力试验具有无需对结构进行缩尺、正确的边界条件等优势。采用电液伺服激振设备对结构进行现场原位动力试验,是较为有效的抗震性能测试手段。为此,本文结合传统的三种抗震试验方法,通过理论分析、编程开发、试验研究等对基于电液伺服顶部激振的抗震试验方法进行了相关研究,主要研究工作如下:(1)对基于正弦波激振的结构抗震试验方法进行了研究。该试验方法是将电液伺服激振器安装于结构顶层楼板上,通过此电液伺服激振器推动自由活动的质量块做指定频率和幅值的简谐运动,质量块运动产生的惯性力便作为激振力作用于结构上,使结构产生等效地震作用下的反应。基于基底剪力等效原则,推导了正弦波激振试验时所需的激振力表达式。基于质点简谐运动方程和能量等效原则,推导了激振参数的取值方法。通过正弦波激振试验方法的现场测试及参数验证,验证了激振力与质量块的质量、运动频率以及运动幅值的动态关系,保证指令输出的正确性,并为后续的进一步的研究打下了基础。(2)对基于顶部宽频带激振的结构抗震试验方法进行了研究。该试验方法是通过理论推导将地震波信号转换成结构顶部宽频带激振信号,然后将该信号输入置于结构顶部的电液伺服激振器,对结构产生激振,使得结构在该顶部激振信号的作用下产生的反应逼近地震作用下结构产生的反应。通过计算实例说明,验证了该方法在理论上的可行性。采用VB 6.0以及Matrix VB插件开发了一个标准化的应用程序,为后续将此方法运用到实际中打下了基础。(3)通过设计一个两层足尺UHPC模块组合结构,完成了拟动力试验、模态试验以及正弦波激振试验研究。通过拟动力试验,获取了结构在地震荷载作用下的位移反应、层间位移角、滞回曲线、应变反应等受力特性。结合试验结果,评价了结构的抗震性能。通过模态试验获取了结构的模态参数,为采用正弦波激振试验打下基础。基于前述提出的正弦波激振试验方法,将电液伺服激振器置于结构顶部,对结构进行了正弦波激振试验,获取了结构的动态反应,通过与拟动力试验现象及结果的对比分析,验证了该方法的可行性和有效性。
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