[发明专利]一种地基土非线性影响的振动台子结构试验方法

权利要求书

1.一种地基土非线性影响的振动台子结构试验方法,其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：振动台将结构受到的外荷载与耦合项荷载以加速度信号方式输入给试验子结构，其中耦合项荷载指的是公式(9)中耦合项m_sRⁱ与m_sR^b相关荷载，上部结构作为试验子结构；

步骤2：根据结构测试的振动台响应计算传递给局部非线性地基土的耦合项荷载；

步骤3：构建局部非线性地基土模型并根据所受的耦合项荷载与外荷载进行地震反应计算；

步骤4：根据局部非线性地基土的地震反应结果计算传递给结构的耦合项荷载；

步骤5：判断试验时间t≤Δt×N时，Δt表示地震动时间间隔，N表示地震动点数，返回步骤(1)继续下一个循环，直到试验结束为止，其中：

所述步骤1具体为，上部结构作为试验子结构按照整体运动方程经变换后公式(9)进行加载控制，非线性地基土模型中易于进入非线性状态的划分为非线性地基土子结构β，其余部分划分为线性地基土子结构α；分支s是刚性地基土子结构β上变形结构体系，其中m_s、c_s、k_s和f_s表示分支s中结构的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和荷载矩阵，Rⁱ、R^b表示结构对应非线性地基土子结构β内部自由度和边界自由度的产生的刚体模态，q_s分别表示结构的加速度、速度和位移，分别表示非线性地基土子结构β的内部自由度和边界自由度对应的加速度；

该式中将耦合项m_sRⁱ与m_sR^b相关荷载移动到方程的右边以荷载项的形式出现，从而考虑局部非线性地基土对结构的地震反应影响；其中：非线性地基土子结构β与刚性地基土子结构β是定义地基土子结构β在不同变形状态下称呼，当地基土子结构β存在非线性变形时称为非线性地基土子结构β，在分支s中地基土子结构β作刚体运动无非线性变形时称为刚性地基土子结构β。

2.根据权利要求1所述的一种地基土非线性影响的振动台子结构试验方法，其特征在于：所述步骤3具体为，非线性地基土经二次处理方式后的模型称为局部非线性地基土，具体处理方式如下：线性地基土子结构α采用约束模态综合法进行自由度缩减，非线性地基土子结构β保留完整计算模型，两者之间坐标综合后形成局部非线性地基土模型，在保证计算精度前提下满足振动台子结构试验实时性的要求。

3.根据权利要求2所述的一种地基土非线性影响的振动台子结构试验方法，其特征在于：

所述的局部非线性地基土作为数值子结构按照整体运动方程经变换后的公式(10)计算：

其中表示表示非线性地基土子结构β的按内部自由度和边界自由度分块后的质量矩阵，同时非线性地基土子结构β的阻尼矩阵、刚度矩阵、荷载矩阵分块表示方法与其质量矩阵表示方法类似；分别表示非线性地基土子结构β的内部自由度和边界自由度对应的速度，分别表示非线性地基土子结构β的内部自由度和边界自由度对应的位移；按照线性地基土子结构α按内部自由度与边界自由度分块经坐标变换后的质量矩阵，同时线性地基土子结构α的阻尼矩阵、刚度矩阵、荷载矩阵分块表示方法与其质量矩阵表示方法类似；表示线性地基土子结构α内部自由度加速度，表示线性地基土子结构α内部自由度模态速度，表示线性地基土子结构α内部自由度模态位移坐标；将耦合项R^iTm_s与R^bTm_s相关荷载移动到方程的右边以荷载项的形式出现，从而考虑结构对局部非线性地基土的地震反应影响。

4.根据权利要求3所述的一种地基土非线性影响的振动台子结构试验方法，其特征在于：所述的局部非线性地基土模型需将直接积分方法与Newton-Raphson迭代方法相结合的方法进行局部非线性地基土模型地震反应计算求解，并将其植入到Simulink的EmbeddedMATLAB function模块中运行，该方法为非线性数值子结构计算提供一种切实有效的途径。