[发明专利]基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法

说明书

本发明公开了基于土‑结构‑消能减震装置相互作用的子结构试验方法，包括以下步骤：选取地震动，建立土‑结构分析子结构模型，获得质量、刚度、阻尼矩阵；获取分析子结构的初始加速度向量和不同时刻的相对位移和速度；获得消能减震装置与结构界面处的绝对位移；测得消能减震装置与振动台界面处界面力；获得分析子结构对应时刻的加速度向量。本发明通过建立土‑结构相互作用的分析子结构模型，结合实际的振动台与消能减震装置相互作用试验，建立了考虑土‑结构‑消能减震装置三者之间相互作用的试验方法，从而能够更真实、更准确的反映地震作用下实际的土‑结构‑消能减震装置体系的相互作用，为建筑结构的抗震研究提供新思路。

技术领域

本发明涉及结构工程抗震技术领域，尤其涉及基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法。

背景技术

现有的建筑结构抗震设计大多基于刚性地基假定，并未考虑土体对上部结构的影响，大量的研究表明土体的动力特性会影响建筑结构的抗震性能。而对于添加了消能减震装置的建筑结构，在地震作用下，土体对建筑结构的动力作用顺次传递到了消能减震装置中，消能减震装置的动力反应又反作用于建筑结构，然后又反馈到土体当中，因此，三者是相互影响相互作用的整体，其中，直接承受地震作用的土体对建筑结构和消能减震装置的影响，在建筑结构的抗震性能研究中具有重要地位。而现有的消能减震装置体系因为忽略土-结构相互作用的影响势必会给被动消能设计引入一定的误差，会影响被动消能装置的效果，甚至影响结构设计的安全性、可靠性。

现有考虑土-结构相互作用的消能减震装置体系均采用传统的整体结构振动台试验方法。具体地，将结构的缩尺模型放在振动台上进行加载试验，这种试验方法存在以下问题：首先，由于采用较大的几何缩尺模型，无法真实反映原型结构的力学性能；其次，由于人为设置的模型边界条件而产生的不符合实际情况的波反射和散射，对试验结果产生较大影响；再次，采用整体结构振动台试验时，结构参数的调整变得异常困难，即如果要调整结构参数，就需要制作很多结构模型，这样会给试验带来巨大阻力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法，通过建立土-结构相互作用的分析子结构模型，结合实际的振动台与消能减震装置相互作用试验，建立了一种考虑土-结构-消能减震装置三者之间相互作用的试验方法，从而能够更真实、更准确的反映地震作用下实际的土-结构-消能减震装置体系的相互作用，为建筑结构的抗震研究提供新思路。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法，包括以下步骤：

步骤1，选取地震动；将消能减震装置置于振动台上，在振动台与消能减震装置之间设置力传感器；

根据目标子结构的结构类型和结构参数，建立目标子结构的分析子结构模型，获得分析子结构的质量矩阵M、刚度矩阵K和阻尼矩阵C。

步骤2，施加地震动至分析子结构，获取初始地震动外力向量F₀；设定分析子结构的初始相对位移向量X₀、初始速度向量从而获取分析子结构的初始加速度向量并采用双显式积分法，得到分析子结构第i+1时刻的速度向量和相对位移向量X_i+1：

其中，i＝1，2…n，n∈N⁺，α₁和α₂为模型参数矩阵，α₁＝(M+γΔtC+βΔt²K)^-1M，α₂表示γ和β为常数，表示数值特性参数；(.)^-1表示矩阵的逆；Δt是时间积分步长。