[发明专利]一种空间框架子结构混合仿真试验方法及试验系统

说明书

本发明公开了一种空间框架子结构混合仿真试验方法及试验系统，本发明首先将待分析的整体结构划分为试验子结构和数值子结构，建立数值子结构模型，定义荷载工况，加载不同的地震波，并计算不同地震力的作用下某一时刻下数值子结构的位移响应以及试验子结构对应的位移响应命令，控制水平加载装置对试验子结构进行载荷加载，得到子结构对应的刚度矩阵和阻尼矩阵。本发明将空间框架等效为一个试验单元，试验单元的水平位移响应代表了试验子结构的平动自由度，试验单元的水平刚度代表了试验子结构的水平刚度。

技术领域

本发明属于土木工程结构试验领域，具体涉及一种空间框架子结构混合仿真试验方法及试验系统。

背景技术

子结构混合仿真作为一种新型结构试验技术，结合了拟静力试验和振动台试验的优势，将一个整体结构划分为多个子结构，在地震荷载作用下易进入强非线的部分作为试验子结构进行实际试验，结构剩余部分作为数值子结构在有限元软件中进行模拟，不同子结构之间通过一个试验平台进行通讯，从而完成整体结构的抗震性能模拟试验。

目前子结构混合仿真的试验对象大多是单根柱或单榀框架，随着我国经济的快速发展，越来越多的高层及超高层结构出现，在对这类结构进行试验时，显然取出整体结构中的部分空间框架作为试验子结构更为合理。但是当以空间框架作为试验子结构时，每个边界节点有6个自由度，如果要完全模拟所有自由度方向上的位移是很困难的，因此必须对子结构的边界做合理的简化。已有的针对空间框架的子结构试验，在对边界进行加载时往往使用单个作动器，这种加载方式完全忽略了子结构之间的相互作用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种空间框架子结构混合仿真试验方法及试验系统，能够更准确地对空间框架试验子结构的边界自由度进行模拟，有助于混合仿真试验方法的进一步推广。

为了达到上述目的，一种空间框架子结构混合仿真试验方法，包括以下步骤：

步骤一，将待分析的整体结构划分为试验子结构和数值子结构；

步骤二，建立数值子结构模型，定义荷载工况；

步骤三，使用一个试验梁柱单元来与空间框架试验子结构进行自由度的等效简化；

步骤四，安装试验子结构的两个水平加载装置和一个竖向加载装置；

步骤五，加载地震波，并计算试验子结构在地震力的作用下，某一时刻下数值子结构的位移响应以及试验子结构对应的位移响应命令；

步骤六，将位移响应命令发送至两个水平加载装置，两个水平加载装置保持等位移的同步加载，达到命令位移后，通过力传感器测得试验子结构的反力为两个水平加载装置反馈力之和，并计算此刻试验子结构对应的刚度矩阵和阻尼矩阵；

步骤七，改变地震力，并重复步骤五和步骤六，直到地震波加载结束，完成试验。

步骤一中，子结构的动力方程为：

式中，X_i分别为数值子结构的加速度、速度和位移,d_i分别为试验子结构的加速度、速度和位移，M_n，C_n，K_n分别为数值子结构的质量、阻尼和刚度，M_e，C_e，K_e分别为试验子结构的质量、阻尼和刚度，F_i为外部地震激励。

步骤五中，数值子结构的位移响应为加速度速度和位移X_i；

试验子结构对应的位移响应命令为加速度速度和位移d_i。

步骤二中，建立数值子结构模型采用OpenSees软件。