地震模拟振动台九子台阵系统的安装与调试

Dynamical Systems and Control 动力系统与控制, 2016, 5(1), 11-17

Published Online January 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/3514000700.html,/journal/dsc

https://www.wendangku.net/doc/3514000700.html,/10.12677/dsc.2016.51002

The Installation and Debugging of Nine

Sub-Array System of Shaking Table

Juke Wang, Chunhua Gao, Shuoyu Zhang

Beijing Laboratory of Earthquake Engineering and Structural Retrofit, Beijing University of Technology, Beijing

Received: Dec. 20th, 2015; accepted: Jan. 10th, 2016; published: Jan. 14th, 2016

Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

https://www.wendangku.net/doc/3514000700.html,/licenses/by/4.0/

Abstract

Facing the damage caused by the frequent occurrence of earthquakes, this study pointed out that shaking table experiment is the research and development direction of structural seismic test, and briefly summarized the developmental history and status quo. In recent years, as array system of-fered important experiment methods to the anti-seismic experimental research and theoretical research of such slim-lined constructions as large-space structure, pipeline, multiple span bridge, etc., this study made a conclusion of the system composition, functional characteristics, installa-tion method and debugging procedures of nine sub-array system based on the nine sub-array sys-tem of BJUT, and further explained the characteristics and contents of array system control. It’s of some referential value for the technological development of shaking table array experiment.

Keywords

Shaking Table Array, Function Debugging, System Control

地震模拟振动台九子台阵系统的安装与调试

王巨科，高春华，张硕玉

北京工业大学，工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京

收稿日期：2015年12月20日；录用日期：2016年1月10日；发布日期：2016年1月14日

王巨科等

摘要

面对到地震频发的危害，指出了地震模拟振动台试验是结构抗震试验的研究和发展方向。简要概括了地震模拟振动台的发展历史和现状。基于近年来振动台台阵系统已成为大型空间结构、管道、多跨桥梁等细长结构的抗震试验研究与理论研究重要的试验手段,以北京工业大学九子台阵系统为例，对九子台阵系统的系统组成、功能特点、安装方法、调试进行总结，并进一步说明台阵系统控制的特点和值得研究的内容。希望对地震模拟振动台台阵试验技术的发展有一定的参考价值。

关键词

振动台台阵，功能调试，系统控制

1. 引言

近年来，地震在世界范围内频频发生，给人类带来了巨大灾难。合理的结构抗震设计方法可以提高建筑结构的抗震能力避免倒塌。抗震理论分析和试验研究是结构抗震理论研究的两个重要方面。鉴于地震机制和结构抗震性能的复杂性与多样性。理论分析的方法往往不能准确的建立数学模型，来反映结构破坏的机理与过程。因此，通过结构抗震试验才能进一步丰富和完善结构抗震理论。目前结构抗震试验通常分为3类：拟静力、拟动力和振动台试验。振动台试验是结构抗震研究最直接也是较为方便的实验方法，被广泛应用于研究结构的动力特性、地震响应等方面。

2. 振动台的发展与现状

2.1. 地震模拟振动台的发展

早在20世纪60年代中期开始，日本就开始了振动台的建造，至今已建成50余台。包括目前世界上规模最大的振动台是日本防灾科学研究所建成的三向六自由度的振动台E-Dfense，其台面尺寸为15 m ×

20 m，已完成多个足尺试验[1]。美国加州大学圣地亚哥分校在NEES的支持下建立了世界上最大的室外

单向振动台，其台面尺寸为7.6 m × 12.2 m，且试验高度无限制[2]。

2.2. 多振动台台阵的发展

美国纽约州立大学于2003年建成了地震模拟振动台二台阵系统；同年美国内华达大学建成了三台阵系统，这两个台阵系统均被列入美国的“NEES”计划[3]。重庆交通科研设计院于2004年建成了3 m × 6 m二台阵系统。2006年北京工业大学建成了(1 m × 1 m)九子台阵系统，如图1所示。目前国内许多科研院所及高校均建成了地震模拟振动台阵系统，如福州大学一大(4 m × 4 m)两小(2.51 m × 2.51 m) 3台阵系统、同济大学(4 m × 6 m) 4台阵系统、中南大学(4 m × 4 m) 4台阵系统等，并完成了多项台阵试验[4]-[6]。

此外，还有较多高校及研究所正在筹备建设振动台台阵系统。

随着大型空间结构、管道、多跨桥梁的不断出现，仅通过增大振动台的规模来满足试验要求存在着许多弊端：如投资巨大，维护成本高；无法实现多维多点地震动输入等。而地震模拟振动台阵系统也存在机械耦合与控制耦合、多台之间要求同步一致、受试件非线性与控制系统非线性影响明显等特点，其调试难度较大[2]。多振动台台阵系统的控制与相关实验技术是结构动力试验技术的重要研究方向之一。

目前中国地震模拟振动台台阵建造进入快速发展期，而对地震模拟振动台台阵系统的了解和认识比

王巨科等

Figure 1. Nine sub-array system of BJUT

图1. 北京工业大学九子台阵系统

较有限。因此本文针对北京工业大学九子台台阵系统的系统组成、功能特点进行详细介绍，并提供作者参与振动台安装和调试期间的一些经验，进一步说明台阵系统控制的特点和值得研究的内容。希望能够对地震模拟振动台台阵建设提供重要的参考和借鉴。

3. 九子台地震模拟振动台台阵系统

九子台地震模拟振动台台阵系统由9个1 m × 1 m的单台组成，每个子台由刚性台面、支承导向装置、激振系统和底座组成。可将任意子台进行积木式组合，对桥梁、管道、输电线路等细长结构和网壳等柔性结构进行多维多点的地震波输入试验，也可将若干子台组成一个大台进行大尺寸模型试验。目前台阵系统可由16套激振器和所需的连杆进行组合来实现多种形式、不同位置布局的地震模拟振动台台阵试验。该系统最多可进行35 m × 16 m尺度的大型结构试验[2]。其性能指标如表1所示。

4. 九子台台阵系统安装与调试

4.1. 液压源、机械系统的安装

九子台台阵系统液压源安装在油源泵房内。油路分配器安装在激振器附近，用于连接输油管和激振器伺服阀。台面机械系统由台面、激振器、支承、导向双头铰接连杆、碰撞件等组成[7]。九子台台面采用焊接格构式结构，具有质量轻、弯曲频率高等特点。在安装台面系统前需要检查各个部件的尺寸是否与设计尺寸一致。在安装台面时，要保证台面的水平度和相互位置。

4.2. 控制系统调试

4.2.1. 振动台控制软件

振动台九子台控制软件分为上位机软件、下位机软件两部分。上位机TWR控制软件的主要功能为系统识别、时频域迭代等。下位机伺服控制系统TEST软件主要功能为控制参数设定、传感器灵敏度设定、控制方式选择等；在试验的过程中，可以随时调整控制参数，以方便调试和实时控制。

4.2.2. 振动台控制参数调试

首先在油源关闭情况下完成加速度传感器的校准和测试，然后开启油源，在油源压力小于5 MPa的情况下，进行位移传感器的校准。完成传感器校准后油源压力升至工作压力，进行控制参数调整。调试流程如图2所示，调试步骤如下：

王巨科等

Table 1. The technical parameters of nine sub-array system

表1. 九子台台阵系统的性能指标

项目指标项目指标

台面尺寸 1 m × 1 m 台面重量 1 Ton

最大荷载10 Ton 最大位移±10 cm

最大速度60 cm/s 最大加速度2.0 g (满荷) 0.9 g (空荷)

频率范围0.1~50 Hz 控制方式加速度控制

工作方式水平单向波形正弦波、随机波、地震波

Figure 2. Debugging process

图2. 调试流程

1) 加速度传感器校准与位移传感器校准

a) 开启UPS电源。

b) 开启TEST控制软件，预热十分钟左右。

c) 九子台台阵系统采用的是从零频开始的力平衡式(MBA-4型)加速度传感器，可将传感器90?翻转，相当于1 g，检查控制系统中的加速度显示值是否满足要求，通过调整传感器灵敏度设定值和零点完成加速度传感器校准。

d) 将位移反馈增益调至较小值，开启油源，低压状态下(5 MPa即可)进行位移控制，通过量取台面实际运动位移与软件限制值的差异修改位移传感器灵敏度设定值，反复测试位移测量值满足精度要求。

2) 三参量控制参数整定

a) 将油源压力调升至工作压力，打开TWR控制软件，采用白噪声信号进行单方向单自由度的激励，通过观测系统传递函数特性修改三参量控制参数设定值，单方向有多个作动器时应同时进行整定。

b) 通过TWR控制软件辨识系统特性，建立控制系统模型，系统模型满足相关度要求后既可以进行预实验和正式试验。

5. 工程调试

以独塔自锚式悬索桥试验为工程背景，采用8个地震模拟振动台组成台阵进行试验，试验现场如图3所示。

5.1. 基于专家经验自整定策略

地震模拟振动台控制系统的控制参数较多，其参数整定手动费时费力，尤其对于多振动台台阵系统，其手动整定难度很大。基于上述问题，根据专家系统调试的经验提出了一种振动台控制参数自整定策略，自整定流程如图4所示[8]。

王巨科 等

Figure 3. Commissioning test site 图3. 试验调试现场

Figure 4. Auto-tuning algorithm flow diagram

图4. 自整定算法流程图

5.2. 自整定对比验证

依据上述整定策略编制的自整定程序输入信号采用白噪声序列来调节控制参数；手动整定则采用LMS TWR 控制软件来实现，得到的整定参数值的参数值如表2所示。

由表2可以看出，自整定值与理论值存在一定的差异，由图5可以看出系统频响曲线在在0.5~50 Hz 范围内较为平坦，基本保持在±3 dB 范围内，说明利用基于专家经验的控制参数自整定算法可以得到较好的控制参数。

6. 九子台台阵系统的应用

九子台台阵系统自投入运行以来，完成了国家体育馆双向张弦梁结构屋盖、奥运羽毛球馆新型弦支穹顶在内的30余大型试验[9]，取得了较理想的试验效果。为我国结构抗震的相关领域做出了贡献。九子台台阵系统的主要台阵试验如表3所示。

王巨科 等

Table 2. Control parameters of TVC 表2. 三参量控制器控制参数值

增益 位移前馈

速度前馈 加速度前馈 位移反馈 速度反馈 加速度反馈

手动 0.131 0.105 0.069 0.131? 0.065

0.01 自动

0.131 0.11

0.072

0.131? 0.06

0.01

Table 3. The typical tests of nine sub-array system 表3. 典型九子台台阵试验

结构形式 名称

模型比例 模型

台数 大跨度空间结构

国家体育馆双向张弦梁结构屋盖

1:10

11.4 m × 14.4 m (整体模型)

9

奥运羽毛球馆新型弦支穹顶

1:10 R = 9.3 m (整体模型) 8 大跨度多跨桥梁

伊通河大桥

1:16

3.2 m + 9.8 m + 3.2 m (跨径组合)

3

有机玻璃曲线桥

1:40 1.7 m + 3 m + 3 × 1.7 m (跨径组合)

6

连续钢构桥 1:10 4 × 4 m (跨径组合) 5 输电塔-线体系 输电塔-线体系模型

1:10 2 × 16 m (跨径组合) 3 隧道体系

沉管隧道

1:60

7.3 m × 3.2 m (整体模型)

4

Figure 5. The contrast curve of self-tuning and manual setting 图5. 自整定与手动整定结果对比曲线

7. 结论与展望

在地震模拟振动台尤其是多振动台台阵系统控制技术的发展现状的基础上，结合北京工业大学地震模拟振动台九子台台阵系统的开发和应用，总结了振动台台阵系统组成、安装调试过程，控制特点和试验应用等内容，得到如下结论：地震模拟振动台台阵系统具有较好的灵活性来完成大型空间结构、细长结构和多跨结构的振动试验，具有广泛的应用前景和发展空间；九子台台阵系统是国内自主研发的大型振动台台阵系统，虽然目前存在一定的尚需改进之处，但其已经在科学研究中发挥了强大的试验平台支撑作用，值得进一步推广和应用。

Frequency (Hz)

10?1 100 101 102

Bode Diagram

手动整定参数自整定参数

M a g n i t u d e (d B )

50?5?10?15?20180

900?90?180?270

P h a s e (d e g )

王巨科等

参考文献(References)

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chanical Engineers. Part I: Journal of Systems and Control Engineering, 221, 171-181.

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[9]纪金豹. 九子台模拟地震振动台台阵系统及应用[J]. 结构工程师, 2011, 27(s1): 31-36.

地震模拟振动台及模型试验研究进展_沈德建

第22卷第6期2006年12月 结　构　工　程　师S t r u c t u r a l E n g i n e e r s V o l .22,N o .6 D e c .2006 地震模拟振动台及模型试验研究进展 沈德建 1,2 吕西林 1 (1.同济大学结构工程与防灾研究所,上海200092;2.河海大学土木工程学院,南京210098) 提　要　在介绍振动台本身发展的基础上,分析了振动台试验研究内容的扩展、振动台模型试验动态相似关系研究进展、振动台试验方法的发展和振动台试验新的测量方法,提出了振动台模型试验中值得关 注的一些问题。 关键词　振动台,模型试验,动态相似关系,试验方法 R e s e a r c hA d v a n c e s o nS i m u l a t i n g E a r t h q u a k e S h a k i n g T a b l e s a n dMo d e l T e s t S H E ND e j i a n 1,2 L UX i l i n 1 (1.R e s e a r c hI n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g a n d D i s a s t e r R e d u c t i o n ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200092,C h i n a ; 2.I n s t i t u t e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ,H o h a i U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210098,C h i n a ) A b s t r a c t T h e d e v e l o p m e n t o f s h a k i n gt a b l e i s i n d u c e df i r s t i nt h i s p a p e r .T h e e x p a n s i o n o f t h e r e s e a r c h s c o p e o f s h a k i n g t a b l e s i s a n a l y z e d .T h e d y n a m i c s i m i l i t u d e r e l a t i o n s h i p f r o md i f f e r e n t a u t h o r s i s c o m p a r e d a n d r e m a r k e d .T h e d e v e l o p m e n t o f t e s t i n g m e t h o d o n s h a k i n g t a b l e s a n d n e w m e t h o d o n a n a l y z i n g t h e r e s u l t i s a l s o p r e s e n t e d .S o m e v a l u a b l e q u e s t i o n s o n s h a k i n g t a b l e t e s t a r e i n d u c e d a n d m a y b e p a i d g r e a t a t t e n t i o nb y r e -s e a r c h e r s .K e y w o r d s s h a k i n g t a b l e ,m o d e l t e s t ,d y n a m i c s i m i l i t u d e r e l a t i o n s h i p ,t e s t i n g m e t h o d 基金项目:国家自然科学基金重点项目(50338040) 1　概　述 结构振动台模型试验是研究结构地震破坏机理和破坏模式、评价结构整体抗震能力和衡量减震、隔震效果的重要手段和方法。然而,由于振动台本身承载能力、试验时间和经费等的限制,许多时候必须做缩尺模型试验,在坝工模型和高层、超高层建筑中更是如此。 一些新型结构形式,由于其超出了设计规范的要求,往往需要通过实验对其抗震性能做合理的评估。超高层建筑和超大跨度建筑,在理论分析还不完善的情况下,试验,特别是振动台模型试验,是分析其抗震能力的一种有效手段。 线弹性的缩尺模型相似关系已得到了较好的解决,但是许多复杂结构的相似关系、非线性动态 相似关系虽然进行了一些研究,但是还未能得到 较好的解决。一些劲性钢筋混凝土结构、钢管混凝土结构和其他一些新型结构的动态相似关系的 研究还不够深入,有些甚至才刚刚起步。 振动台试验较好地体现了模型的抗震性能,可我们更关心的是由模型的试验结果推算的原型结构的抗震性能,但在这方面尚未形成非常一致的结论,还存在一定的误差,因而精度还有待于进一步的提高。本文介绍国内外振动台模型试验的研究进展。 2　研究的最新进展 2.1　振动台本身的发展 作为美国N E E S 计划的一部分,加州大学圣地亚哥分校(U C S D )于2004年安装M T S 公司制

地震模拟振动台九子台阵系统的安装与调试

Dynamical Systems and Control 动力系统与控制, 2016, 5(1), 11-17 Published Online January 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/3514000700.html,/journal/dsc https://www.wendangku.net/doc/3514000700.html,/10.12677/dsc.2016.51002 The Installation and Debugging of Nine Sub-Array System of Shaking Table Juke Wang, Chunhua Gao, Shuoyu Zhang Beijing Laboratory of Earthquake Engineering and Structural Retrofit, Beijing University of Technology, Beijing Received: Dec. 20th, 2015; accepted: Jan. 10th, 2016; published: Jan. 14th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/3514000700.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Facing the damage caused by the frequent occurrence of earthquakes, this study pointed out that shaking table experiment is the research and development direction of structural seismic test, and briefly summarized the developmental history and status quo. In recent years, as array system of-fered important experiment methods to the anti-seismic experimental research and theoretical research of such slim-lined constructions as large-space structure, pipeline, multiple span bridge, etc., this study made a conclusion of the system composition, functional characteristics, installa-tion method and debugging procedures of nine sub-array system based on the nine sub-array sys-tem of BJUT, and further explained the characteristics and contents of array system control. It’s of some referential value for the technological development of shaking table array experiment. Keywords Shaking Table Array, Function Debugging, System Control 地震模拟振动台九子台阵系统的安装与调试 王巨科，高春华，张硕玉 北京工业大学，工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京 收稿日期：2015年12月20日；录用日期：2016年1月10日；发布日期：2016年1月14日

高层建筑抗震性能模拟地震振动台试验

一、竞赛目的 通过比赛，加强华东地区工科院校土建类专业之间的相互交流，促进学生创新能力和专业技术水平的提高，营造培养卓越工程人才的良好氛围。 本次比赛突出设计理念、结构概念、结构体系创新，采用先进设备实施加载试验，希望能从理论创新引领实际工程发展的角度，加强理论与实际的有机结合，注重对设计构思与实施结果一致性的考察。 二、竞赛题目 高层建筑抗震性能模拟地震振动台试验 三、竞赛内容 1、结构方案概念设计及方案优选； 2、结构分析与制作详图设计； 3、结构模型制作； 4、结构模型模拟地震振动台试验。 四、竞赛细则 （一）材料及制作工具 1、材料 主体材料：有机玻璃板，额定厚度：1mm、2mm，弹性模量2.6?103MPa，强度40MPa，比重1.2。 辅助材料：镀锌铁丝，规格22号，直径0.71mm，材质：Q235。 胶接材料：氯仿、502胶（辅助安装质量块用，安装质量块时在实验室现场领取）。 标识材料：红、黄、蓝、黑彩色不干胶纸各一张，规格100?40。 【注1】材料由组委会提供，不允许使用任何其他材料。

【注2】材料参数仅供参考，有机玻璃板厚度、镀锌铁丝的直径可能 有较大的误差，以实测结果为准。 2、制作工具 钩刀、美工刀、电吹风、0#水砂纸、锉刀、直尺、图板、小毛笔、滴管注射器。 （二）模型设计要求 1、底座 虚线内为模型可使用范围，Φ1=8为柱脚安装孔，Φ2=5为底板安装孔 底座平面示意图 模型需可靠连接于底座上，然后固定于地震模拟振动台台面上。底座为有机玻璃板，尺寸250×250×6mm，外围25mm范围不得有任何构件。底座内部200 200范围8个直径8mm的圆孔，可用于固定构件（上部模型如不能利用这8个孔，可采用其它任一有效方式将上部模型固定于底板上）；外围12个直径5mm的孔用于将底座固定于地震模拟振动台台面上。底座平面示意见上图，底座上不得另行钻孔。

XJ-Z50小型地震模拟振动台

XJ-Z50小型地震模拟振动台 南京工业大学土木工程学院实验教学中心研制

XJ-Z50小型地震模拟振动台 1、概述 振动实验台有液压式、机械式和电磁式等几种，振动台在结构抗震、自振频率测量、结构振动分析中是不可缺少的设备，振动台设备的成本与台面的尺寸、性能和相应的配套设备有关，一般要几十万到上百万以上的资金才能建成。那么对于众多理工科院校和新建院校承担如此高的资金有一定的难度。我们推出的“XJ-Z50小型地震模拟振动台”是为理工科院校专门设计的，该系统具备了振动台的所有实验内容，费用相应要低得多，适合作为教学使用，使学生能通过实验来学习、认识和掌握在振动上要完成的实验方法，为将来参与实际大、中振动台建设打下基础。 该系统除用于教学外，还可用于小型仪器（如：精密电子仪器、手持设备、计算机硬盘驱动器、传感器、MEMS 传感器和其它设备等）的振动考核试验。只要配备一只标准加速度计（如B&K 公司的加速度计），就可用该系统对其它传感器的灵敏度和频响曲线进行标定，传感器标定在工程试验中是必不可少的。 2、系统组成 该系统由振动台台面系统、电磁式激振器、功率放大器、振动台控制传感器、振动台控制仪（含数据采集、程控信号源）、计算机和控制软件组成。

3、实验内容 3.1 地震模拟、人工模拟地震波再现、地震反应谱测试；3.2 白噪声激励与结构振型测试； 3.3等幅值正弦扫频控制与结构振型测试； 3.5 随机波实验模拟； 3.6 加速度传感器和速度传感器灵敏度、频响曲线标定测试(选配)； 4、技术指标和型号振动台控制机柜 4.1 振动台和功率放大器： 台面尺寸：516x360x20mm 台体材料：铝合金 台面自重：11kg 激振力：500N 频率范围：0-2000Hz 总重量：75kg 最大位移： 10mm 最大加速度：±5g

振动台试验终极版

一、前言 模拟地震振动台可以很好地再现地震过程和进行人工地震波的试验，它是在试验室中研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法，这种设备还可用于研究结构动力特性、设备抗震性能以及检验结构抗震措施等内容。另外它在原子能反应堆、海洋结构工程、水工结构、桥梁工程等方面也都发挥了重要的作用，而且其应用的领域仍在不断地扩大。模拟地震振动台试验方法是目前抗震研究中的重要手段之一。 20世纪70年代以来，为进行结构的地震模拟试验，国内外先后建立起了一些大型的模拟地震振动台。模拟地震振动台与先进的测试仪器及数据采集分析系统配合，使结构动力试验的水平得到了很大的发展与提高，并极大地促进了结构抗震研究的发展。 二、常用振动台及特点 振动台可产生交变的位移，其频率与振幅均可在一定范围内调节。振动台是传递运动的激振设备。振动台一般包括振动台台体、监控系统和辅助设备等。常见的振动台分为三类，每类特点如下： 1、机械式振动台。所使用的频率范围为1~100Hz，最大振幅±20mm，最大推力100kN，价格比较便宜，振动波形为正弦，操作程序简单。 2、电磁式振动台。使用的频率范围较宽，从直流到近10000Hz，最大振幅±50mm，最大 推力200kN，几乎能对全部功能进行高精度控制，振动波形为正弦、三角、矩形、随机，只有极低的失真和噪声，尺寸相对较大。 3、电液式振动台。使用的频率范围为直流到近2000Hz，最大振幅±500mm，最大推力 6000kN，振动波形为正弦、三角、矩形、随机，可做大冲程试验，与输出力（功率）相比，尺寸相对较小。 4、电动式振动台。是目前使用最广泛的一种振动设备。它的频率范围宽，小型振动台频率 范围为0~10kHz，大型振动台频率范围为0~2kHz，动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随机波；可得到很大的加速度。原理：是根据电磁感应原理设置的，当通电导体处的恒定磁场中将受到力的作用，半导体中通以交变电流时将产生振动。振动台的驱动线圈正式处在一个高磁感应强度的空隙中，当需要的振动信号从信号发生器或振动控制仪产生并经功率放大器放大后通到驱动线圈上，这时振动台就会产生需要的振动波形。组成部分：基本上由驱动线圈及运动部件、运动部件悬挂及导向装置、励磁及消磁单元、台体及支承装置。 三、组成及工作原理 地震模拟振动台的组成和工作原理 1.振动台台体结构 振动台台面是有一定尺寸的平板结构，其尺寸的规模由结构模型的最大尺寸来决定。台体自重和台身结构是与承载试件的重量及使用频率范围有关。一般振动台都采用钢结构，控制方便、经济而又能满足频率范围要求，模型重量和台身重量之比以不大于2为宜。振动台必须安装在质量很大的基础上，基础的重量一般为可动部分重量或激振力的10~20倍以上，这样可以改善系统的高频特性，并可以减小对周围建筑和其他设备的影响。 2.液压驱动和动力系统

振动台模型试验

01 建筑结构的整体模型模拟地震振动台试验研究，从模型的设计制作、确定试验方案、进行试验前的准备工作、到最后实施试验和对试验报告数据进行处理，整个过程历时较长、环节较多。显然，预先了解和把握振动台试验的总体过程，做到有目的、有计划、有方法，才能较顺利地完成该项工作。介绍将会按照以下顺序依此进行： 1 模型制作 2 试验方案 3 试验前的准备 4 实施试验 5 试验报告 6 试验备份 02 1 模型制作 振动台试验模型的制作，在获得足够的原型结构资料后，至少需要把握这样几个关键环节： （1）依据试验目的，选用试验材料； （2）熟读图纸，确定相似关系； （3）进行模型刚性底座的设计； （4）根据模型选用材料性能，计算模型相应的构件配筋； （5）绘制模型施工图； （6）进行模型的施工。 对上述各条的设计原则以及注意事项等，分述如下。 1.1 选用模型材料 模型试验首先应明确试验目的，然后根据原型结构特点选择模型的类型以及使用材料。比如，试验是为了验证新型结构设计方法和参数的正确性时，研究范围只局限在结构的弹性阶段，则可采用弹性模型。弹性模型的制作材料不必与原型结构材料完全相似，只需在满足结构刚度分布和质量分布相似的基础上，保证模型材料在试验过程中具有完全的弹性性质，有时用有机玻璃制作的高层或超高层模型就属于这一类。另一方面，如果试验的目的是探讨原型结构在不同水准地震作用下结构的抗震性能时，通常要采用强度模型。强度模型的准确与否取决于模型与原型材料在整个弹塑性性能方面的相似程度，微粒混凝土整体结构模型通常属于这一类。以上分析也显现了模型相似设计的重要性。 在强度模型中，对钢筋混凝土部分的模拟多由微粒混凝土、镀锌铁丝和镀锌丝网制成，其物理特性主要由微粒混凝土来决定，有时也采用细石混凝土直接模拟原型混凝土材料，水泥砂浆模型主要是用来模拟钢筋混凝土板壳等薄壁结构，石膏砂浆制作的模型，它的主要优点是固化快，但力学性能受湿度影响较大；模拟钢结构的材料可采用铜材、白铁皮，有时也直接利用钢材。总之，模型材料的选用要综合就近取材及经费等因素，同时要注意强度、弹性模量的换算等。 1.2 模型相似设计 把握大型模型振动台试验，最关键的是正确的确定模型结构与原型结构之间的相似关系。目前常用的相似关系确定方法有方程分析法和量纲分析法两种，它们之间的区别是显而易见的：当待求问题的函数方程式为已知时，各相似常数之间满足的相似条件可由方程式分析得出；量纲分析法的原理是著名的相似定理：相似物理现象的π数相等；个物理参数、个基本量纲可确定()个nkkn[$#8722]π数。当待考察问题的规律尚未完全掌握、没有明确的函数关系式时，多用到这种方法。高层建筑结构模拟地震振动台试验研究中包含诸多的物理量，各物理量之间无法写出明确的函数关系，故多采用量纲分析法。 量纲分析法从理论上来说，先要确定相似条件（π数），然后由可控相似常数，推导其余的相似常数，完成相似设计。在实际设计中，由于π数的取法有着一定的任意性，而且当参与物理过程的物理量较多时，可组成的数也很多，将线性方程组全部计算出来比较麻烦；另一方面，若要全部满足与这些π数相应的相

模拟震动台试验的了解

地震模拟振动台试验的了解 姓名：图尔荪江学号：1083310402 摘要阐述了正确认识振动台模型试验的重要性，并指出了试验中的一些有待提高的做法，同时论述了振动台模型试验的发展动态。 关键词振动台试验;试验方法;发展动态; 自20世纪60年代开始建立地震模拟振动台系统开始，全球的模拟振动台系统已经超过100台，国内各高校以及科研单位也陆续建立了近20台振动台系统?。振动台系统已从简单的单向运动向复杂的三向六个自由度发展，试验的内容也由砌体结构模型试验、框架结构模型试验、筒体结构模型试验向桥梁结构模型试验、具有隔震和减震装置的结构模型试验、结构与地基共同工作的模型试验等新的领域发展。对目前振动台模型试验中认识上和做法上有待提高的一些问题以及振动自摸型试验发展动态谈一些看法。 1. 正确全面认识振动台模型试验 由于振动台模型试验耗资大，要求高，于是就有采用静力试验或拟动力试验来研究结构性能的做法。其实振动中的物体除了受到干扰力的作用外，还受到与加速度相关的惯性力，与速度相关的阻尼力以及与位移相关的恢复力的作用。静力试验虽然经济并对加载设备没有太大的要求，但仅限于静力试验。拟动力试验，其突出的优点是与计算机相联，恢复力模型来自实际的构件，但是试验本身还是不能反映速度相关型材料的性能，因此拟动力试验实际上还是静力试验。虽然最近几年有研究发展的快速(实时)拟动力试验(FFr)，考虑了速度的影响，但是对设备的要求非常高，并且试验的边界条件很难精确的模拟【"。因此，首先要认识到振动台模型试验才是真正的模拟了地震的动力试验。 另外，有把结构构件在拟静力、拟动力试验中的量测内容来要求振动台模型试验的做法，当不能满足时，就认为振动台试验没有用。应该说不同的试验方法都有各自的特点和适用范围，振动台模型试验主要从宏观方面研究结构地震破坏机理、破坏模式和薄弱部位，评价结构整体抗震能力并衡量减震和隔震的效果14 J。振动台模型试验是目前所有试验方法中最为直接的试验方法，在试验中能详细地了解结构在大震作用下的抗震性能，对构件的破坏机理有直观的了解。另外，振动台模型试验往往是评估新型结构、超限结构以及具有隔震、减震装置结构等抗震性能的重要手段。对于大跨桥梁、大跨建筑物及管道线还需要用振动台台阵来研究基于多点地震波输入下的抗震性能。 振动台试验是目前并可能在将来的一段时间内解决结构在地震作用下的非线性反应和倒塌机理比较有效的手段¨J。 2. 试验中有待解决的一些问题 虽然振动台模型试验有不少的优点，但是在实际的试验中还有不少问题有待提高，已经有不少的文献对此进行讨论与研究，主要是集中在模型相似、加载速率、地震波形精确复现等几个方面。 2．1欠质量失真 目前，世界上振动台最大的竖向负重是美国的ucSD振动台系统，为2 000 t，大部分振动台的负重在100 t以下。对于高层建筑来说，当模型采用与原型相同的材料时，按照相似要求，模型的质量通常都超出了振动台的负载能力，如果将模型做得很小，即模型比例太小，那失真就会很严重。因此，目前绝大部分高层建筑或大型建筑的振动台模型都是欠质量的。