大剛度試件擬動力試驗方法.pdf

1、擬動力試驗是評價和研究結構抗震性能的重要手段。隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展,現(xiàn)代工程結構越來越趨向于大型化和復雜化。傳統(tǒng)的縮尺模型試驗已經(jīng)難以滿足科學研究與工程實際的需要,大比例尺甚至足尺模型試驗日益受到重視,因而試件的剛度也往往比較大。在擬動力試驗中,電液伺服作動器常采用位移控制工作模式。但是由于作動器自身的位移控制分辨率有限,在進行大剛度試件的位移控制加載時,將難以完成小位移命令的控制加載,得到的擬動力試驗結果不可靠。因此,開展大剛度試件的

2、擬動力試驗方法研究是十分必要的,這對豐富和完善傳統(tǒng)結構抗震試驗方法具有重要意義。
　　本文以大剛度試件為研究對象,針對大剛度試件的擬動力試驗方法開展研究,主要研究工作及成果如下:
　　(1)為了能清晰地界定大剛度試件的范疇,從試驗角度出發(fā)提出了大剛度試件的判別公式,為試驗方案的合理制定提供依據(jù)。設計制作了一個單層單開間的足尺磚混結構模型用以模擬一個單層十個開間的原型結構。首先對該模型所用的材料進行了力學性能試驗,然后進行了該

3、試驗模型在大震激勵下的擬動力試驗,用來揭示該類型結構的抗震性能。試驗結果表明該類型結構具有很好的抗震性能,要超出我國抗震規(guī)范中“大震不倒”的設防目標。最后對該模型在小震激勵下的擬動力試驗進行數(shù)值模擬,結果表明采用位移控制加載的試驗方法將難以完成此大剛度模型在小震激勵下的擬動力試驗。
　　(2)進行了小位移命令的控制加載試驗,進一步闡述了位移控制加載方法存在的問題。為此,提出了位移與力混合控制的擬動力試驗方法,該方法引入了外置的高精

4、度位移傳感器來彌補作動器自身位移控制分辨率不足的缺點。首先分析了該方法中的比例-積分位移控制器的穩(wěn)定條件和穩(wěn)態(tài)誤差,然后介紹了位移控制器參數(shù)的實用設計方法,最后從數(shù)值模擬和試驗驗證的角度闡述了該方法的可行性和有效性。研究表明,該方法可以很好地解決大剛度試件位移控制加載存在的問題。
　　(3)由于大剛度試件的反力通常會較大,電液伺服作動器更適合采用力控制加載模式。鑒于此,提出了基于力控制加載的等效力控制方法。等效力控制方法是一種基于

5、隱式積分方法的采用力反饋控制代替數(shù)值迭代的擬動力試驗方法。首先分析了采用比例-積分等效力控制器時等效力控制回路的穩(wěn)定條件和穩(wěn)態(tài)誤差,然后從數(shù)值模擬和真實試驗驗證了該方法的可行性和有效性。結果表明,對于大剛度試件該方法要優(yōu)于基于位移控制的等效力控制方法。
　　(4)為了融合力控制模式和位移控制模式的優(yōu)點,并在擬動力試驗中實現(xiàn)兩種模式的自動切換,提出了基于位移正反饋的力與位移切換控制方法。首先從理論角度分析了切換控制過程,然后從數(shù)值模