工程结构抗震混合试验方法标准.docx

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1、工程结构抗震混合试验方法标准1范围本文件规定了工程结构抗震混合试验方法的术语和定义、总体要求、模型设计、拟动力混合试验、实时混合试验、振动台混合试验、数据处理和试验报告等。本文件适用于建筑物、构筑物、桥梁等基础设施和设备的抗震混合试验。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T21116液压振动台GB/T13309机械振动台技术条件GB/T13310电动振动台JGJZT1012015建筑抗震试验规程3术语和定义下列术语和定义适用于

2、本文件。3. 1抗震混合试验seismichybridtest将数值动力分析和物理试验加载结合起来模拟工程结构、非结构构件或设备地震响应的试验。3.2子结构substructure整体工程结构的一部分，属性包括几何尺寸、材料、荷载和边界条件等，分为数值子结构和试验子结构。3.3数值子结构numericalsubstructure整体工程结构中通过数值方法进行求解的部分。3.4试验子结构experimentalsubstructure整体工程结构中通过物理试验进行测试的部分。3.5协调器coordinator组织各个子结构协同加载或分析以实现整体工程结构动力响应的平台。3.6时间积分方法time

3、integrationalgorithm对动力系统在时间域上进行离散，并按照定差分规则进行求解的数值方法。3.7拟动力混合试验pseudo-dynamichybridtest忽略试体的率效应而采用拟静力加载方式进行的混合试验。3.8实时混合试验real-timehybridtest考虑试体的率效应而采用作动器进行真实速率加载的混合试验。3.9振动台混合试验shakingtablehybridtest考虑试体的率效应而采用地震模拟振动台进行动力加载的混合试验。3.10边界条件boundarycondition子结构与地面之间，以及子结构之间在加载或分析过程中需要保持平衡和协调的条件。3.11时滞

4、timedelay采用不同方式计算或加载的子结构之间在时间尺度上的差异，包括延时和滞后。3.12时滞补偿delaycompensation为保证实时或振动台混合试验子结构之间同步而采取的减小时滞及其影响的处理方式。3.13荷载控制loadingcontrol以控制荷载量进行的加载方式。来源:JGJ/T1012015,2.1.93.14变形控制deformationcontrol以控制变形量进行的加载方式。来源:JGJT1012015,2.1,103.15等效力equivalentforce将离散的结构运动方程等效为未知状态量的非线性方程，方程中与未知状态量无关的所有项的统称。3.16稳定性st

5、ability混合试验系统在试验过程中误差有界、系统响应不发散的能力。3.17目标量target由计算得到的需要通过加载装置在试体上复现的输入值。3.18响应量response试体加载后通过测量系统测得的反馈值。3.19相似律lawsofsimilitude试体真实模拟实际结构所必须遵循的准则，包括空间、时间、强度、变形等。3. 20模型在线更新modelonlineupdate混合试验进行时，根据试体实测数据对数值子结构的力学参数进行修正，以减小数值子结构系统性偏差的方法。4总体要求4. 1一般要求4.1.1 工程结构抗震混合试验的对象是可用动力方程描述的结构、非结构或设备。4.1.2 子结

6、构的划分应综合考虑试验设备条件并满足试验目的，各子结构间的边界应满足变形协调和力平衡条件，宜按下列原则确定：a）选取工程结构行为复杂、难以准确模拟的部分作为试验子结构进行物理试验，选取易于模拟的部分作为数值子结构进行数值模拟；b）对于有明确反弯点的构件，在反弯点处划分子结构；c）无明确反驾点的构件，在远离塑性区2倍3倍塑性区特征尺寸的位置划分子结构。4.1.3 抗震混合试验应选择具有代表性的地震动时程。4.1.4 抗震混合试验所采用的时间积分方法及步长应满足方法的稳定性和精确性要求。4.1.5 抗震混合试验所采用的仪器设备，应按规定进行计量校准，且在有效期内。4.1.6 抗震混合试验除符合本标

7、准外，尚应符合国家和行业其他有关标准的规定。4.2抗震混合试验的分类4 .2.1抗震混合试验分为拟动力混合试验、实时混合试验和振动台混合试验。5 .2.2拟动力混合试验应符合下列规定：a）采用闭环自动控制的加载装置进行加载；b）采用试体的实测变形或荷载作为反馈值求解动力方程。4. 2.3实时混合试验、振动台混合试验应符合下列规定：a）数值子结构求解满足实时性要求；b）采用高速数据传输方式进行数据交换；c）实时混合试验的试验子结构采用动态作动器加载；d）振动台混合试验的试验子结构采用地震模拟振动台加载；e）采用时滞补偿技术以满足稳定性要求。4.3抗震混合试验系统基本构成4.3.1抗震混合试验系统

8、包括数值子结构、试验子结构和协调器，并应符合下列规定：a）协调器用于保证子结构之间的协调和平衡；b）协调器与子结构之间应有明确的模型参数协调界面和数据交互模式，协调器为子结构提供目标量，同时接收子结构的响应量；c）数值子结构求解平台应具有自动化的逐步输入和输出接口；d）试验子结构包括试体、加载与控制装置、测量装置，以及提供支撑的反力装置和保护装置。4.3.2数值子结构、试验子结构和协调器之间宜采用点对点的数据通讯方式。4.3.3协调器应按照足尺结构进行动力方程求解，缩尺模型的输入和反馈应按照相似律进行调整后反馈给协调器。4. 3.4实时混合试验和振动台混合试验宜按附录A规定的相似律确定相似关系

9、。4.4 抗震混合试验的一般流程抗震混合试验的一般流程包括：划分子结构、确定协调器和时间积分方法、确定加载控制和测量装置、进行模拟仿真、进行预试验、正式试验、试验数据分析，如图1所示，具体包括：a）子结构的划分应符合经济性、合理性和稳定性的要求；b）根据实际需求选择协调器和时间积分方法，积分步长和参数的选择应满足稳定性要求，宜选择具有数值阻尼和无条件稳定的时间积分方法；c）确定合理的输入输出和加载测量方案，控制方法可根据构件刚度选择荷载控制或者变形控制;d）试验前，宜进行抗震混合试验的数值仿真，确认抗震混合试验的精度和系统的可靠性；e）进行预试验，分析模型误差、边界误差和加载测量误差对整体响应

10、的影响；f）进行正式试验；g）分析试验数据，撰写试验报告。图1抗震混合试验一般流程4.5 试验安全措施4.5.1抗震混合试验安全措施应符合JGJ/T101-2015第8章的规定。4.5.2在进行抗震混合试验时，加载系统应设置限值保护。4.6测量系统4. 6.1拟动力混合试验的测量系统应具备下列能力：a）试体各测量值，应采用自动化测量仪器进行数据采集，数据采样频率不应低于0.5Hz：b）试体控制变量、结构量测参量应通过标准D/A接口、A/D接口，实现控制与数据采集。4. 6.2实时混合试验的测量系统应具备下列能力：a）试体各测量值，应采用自动化测量仪器进行数据采集，数据采样频率不应低于500Hz

11、；b）试体控制变量、结构量测参量应通过标准D/A接口、A/D接口，实现控制与数据采集。5. 6.3振动台混合试验的测量系统应具备下列能力：a）测量仪器应根据试体的动力特性、动力反应、振动台的性能以及所需的测试量参数来选择；b）测量仪器的频率范围，其下限应低于试验用地震记录最低主要频率分量的1/10,上限应大于最高有用频率分量值；c）测量仪器动态范围应大于60dB：d）测量信号分辨率应小于需采集的最小振动幅值的1/10；e）量测用的传感器应具有良好的机械抗冲击性能，且便于安装和拆卸；f）附着于试体上的传感器，其重量和体积不应明显影响试体的动力特性。5模型设计6. 1一般要求1.1.1 抗震混合试

12、验的模型包括数值模型和试验模型，分别用于数值子结构和试验子结构。1.1.2 数值模型和试验模型应满足抗震混合试验的目的并综合考虑效率、精度和试验安全等因素。1.1.3 实时混合试验和振动台混合试验的数值模型和试验模型，应保持加载、测量、识别、更新、模拟和数据传输的实时性，且不应影响系统的稳定性。5.2 数值模型5 .2.1数值模型应充分表征数值子结构力学特征，宜采用有限元方法进行求解，当采用向量式有限元方法时参考附录B。6 .2.2当数值模型中包含与试验模型相同力学特性的构件时，宜采用模型在线更新方法以提高数值模型的计算精度，具体步骤参见附录C且符合下列规定：a）在构件、截面或材料层次上开展本

13、构模型在线识别与更新；b）模型在线更新时间不超过单步试验耗时的1/3；c）数值模型与试验模型间有明确的参数协调和数据交互模式；d）对于非完整边界条件的试验模型，可采用在线数值模拟方法以提高模拟精度，参见附录D。5.3 试验模型5. 3.1试验模型应有合理的结构特征、构造措施和边界条件，必要时应进行局部处理，以满足试验子结构安装、加载、测试和安全等需求。6. 3.2试验模型在满足抗震混合试验目标及实验室加载能力条件下，宜采用足尺或较大比例尺模型，并符合下列规定：a）振动台混合试验的试验模型比例尺不小于1/15；b）其他类型混合试验的试验模型比例尺不小于1/4。5.3.3缩尺试验模型应满足构件、截

14、面或材料层次的力学等代关系或按照相似律进行设计，相似律参见附录A。5. 3.4试验模型应满足试验装置与加载设备的设计受力条件、刚度条件和位移约束条件。6拟动力混合试验6. 1一般要求6.1.1 率效应不明显的工程结构可采用拟动力混合试验方法。6.1.2 拟动力混合试验采用下列三种架构：a）当协调器求解动力平衡方程时，各子结构应按照静力过程进行分析或加载，如图2所示；b）当采用数值子结构代替协调器时，数值子结构应采用逐步积分的动力时程分析，如图3所示;c）当协调器仅用于协调和平衡边界时，试验子结构应避免迭代，如图4所示。图2协调器为数值子结构（试验子结构可为振动台试体）图3协调器求解动力方程数值

15、子结构A/值子结构f11I、S/fSgffi试验子结构B试验子结构D图4协调器仅用于协调子结构6.1.3 各数值子结构可采用不同数值方法求解，各试验子结构可采用不同的试验加载系统。6.1.4 各子结构可分布在不同的实验室开展模拟或试验，形成设备共享的分布式子结构混合试验，如图5所示。分布式子结构混合试验方法6.2求解算法6.2.1拟动力混合试验的动力平衡方程可参考附录E选择OS方法进行求解。6.2.2当选择显式时间积分方法时，应参考附录F检验稳定性和精确性。1.3 设备性能要求6. 3.1拟动力混合试验一般采用作动器进行加载，也可采用具有变形和荷载控制功能的千斤顶进行加载。7. 3.2加载系统传感器变形测量相对误差最大允许值为示值的1%,荷载测量相对误差最大允许值为示值的1%。8. 3.3拟动力混合试验的测量系统应符合4.6.1的规定。1.4 边界协调方法6. 4.1按照下列方法进行拟动力混合试验边界协调：a）数值子结