[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

说明书

本发明公开一种地基土非线性影响的振动台子结构试验方法，包括：采用分支模态子结构法与混合约束模态子结构相结合的方法简洁清楚推出整体体系的运动方程，将耦合项荷载移动到方程右边变换得到适用于振动台子结构试验的运动方程；该试验方法将上部结构作为试验子结构，将局部非线性地基土作为数值子结构模拟非线性地基土影响，其中试验子结构由振动台加载控制，数值子结构由仿真软件编程模拟，试验子结构与数值子结构之间每一步进行实时数据交换直到试验结束为止；本发明能够保证非线性地基土模型计算精度的前提下高效完成振动台子结构试验，真实可靠反应非线性地基土对上部结构抗震性能的影响。

技术领域

本发明涉及一种地基土非线性影响的振动台子结构试验方法，属于结构工程试验技术领域。

背景技术

传统结构设计理论通常不考虑地基土的影响将基础视作刚性的，而实际上地基柔性的存在削弱了结构体系的整体刚度，进而改变结构的动力反应，因此有必要研究考虑地基土-结构动力相互作用对结构抗震性能的影响。若地基土用土箱模拟，一方面较难模拟地基土的边界条件另一方面由于试验条件限制，无法实现大比例足尺试验，而且试验难度高，代价高昂，所以亟需一种更有效的试验方法进行非线性地基土-结构体系试验。振动台子结构试验技术发展为这种大型复杂试验提供了实现的途径，将地基土作为数值子结构，上部结构作为试验子结构，但由于该试验实时性的要求，数值子结构通常选择简化分析模型。当强烈地震作用时，地基土将进入非线性状态，简化的分析模型无法准确的代表地基土真实的反应，而复杂的有限元模型又无法完成实时子结构试验，此外振动台子结构试验公式推导过程过于繁琐，或者以简单的模型进行推导，推导方法缺乏普适性。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的上述不足，提出一种地基土非线性影响的振动台子结构试验方法；该方法是将非线性地基土-结构体系划分为结构与局部非线性地基土两部分，其中结构作为试验子结构由振动台加载控制，局部非线性地基土作为数值子结构由仿真软件模拟计算，是一种能够反应地基土非线性特性对上部结构抗震性能影响的试验方法。

本发明包括以下步骤：

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；

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。

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，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。