[发明专利]摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法

说明书

本发明涉及一种摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法，包括：1)构建理想摩擦型减隔震支座数值模型；2)引入重力失真与摩擦空间变异性进行修正；3)实现不同缩尺比的摩擦型减隔震支座振动台试验的数值模拟；4)获得所需的实际地震波数据；5)利用逐步积分法计算每条地震波作用下摩擦型减隔震支座的响应；6)实现模型数值计算数据的存储与绘图；7)分析摩擦空间分布形式、剪力键、粘滞阻尼、弹簧刚度和弹簧初始力等因素对于缩尺模型响应的误差影响；8)基于分析结果阐明误差来源并提出有效解决方案。本发明提供了一种能有效解决振动台缩尺试验中试验与数值模拟的“非一致性”难题的摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法。

技术领域

本发明属于数值分析与计算机模拟技术领域，涉及一种摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法。

背景技术

发生在城市地域附近的地震活动会对人类社会产生剧烈的影响，严重威胁人类生命安全，并破坏基础设施，严重影响人类社会经济生活。为降低地震对于交通运输的影响，许多减隔震装置被广泛运用于桥梁结构。近年来有关减隔震装置的研究主要集中在摩擦的运用，这类减隔震装置相较于传统的减隔震装置能得到更好的隔震效果。其中摩擦摆系统(FPS)由于其良好的地震频率敏感性以及降低地震作用下残余位移的能力，已经在工程实践中被广泛使用。已有研究发现FPS能有效降低地震作用下结构的绝对加速度响应，降幅达到50-90％，但仍存在地震期间的较大相对位移和地震之后的永久位移，因此考虑将弹簧以及粘滞阻尼器组合进FPS，形成新的隔震装置，来解决位移过大的问题。并且针对在中国广泛建设的大跨度铁路桥梁，由于列车所具有的巨大制动力，仅靠摩擦力是很难抵抗的，需要在原有的支座基础上增加剪力键(抗剪螺栓)来进行抵抗，因此需要进一步研究包含剪力键的弹簧-粘滞阻尼-摩擦隔振系统的组合隔振效果。

利用振动台模拟地震作用来研究上述摩擦型减隔震支座的隔震能力是目前常用的现代技术。同时，伴随计算机技术的不断发展，利用程序语言对上述摩擦型减隔震支座进行数值模拟与分析，通过大量数据计算来确定该类装置理论上的隔震能力，既能有效的与振动台试验结果相对照，更能避免进行过多振动台试验所带来的人力物力上的资源浪费。但是由于振动台空间尺寸以及承载能力有限，振动台模拟通常只适用于缩尺试验，而在缩尺试验中机械制作、重力加速度等各种因素将影响被测试系统的缩尺过程，使得缩尺试验得到的结果无法保证准确性，造成上述摩擦型减隔震支座实际振动台缩尺试验结果与理想情况下该结构缩尺试验数值模拟结果间的“不一致性”难题。

因此在对上述摩擦型减隔震支座进行振动台缩尺试验前有必要对其进行考虑了机械制作、重力加速度等各种因素影响的实际振动台缩尺试验数值模拟分析，研究有效的数值计算方法，以确定该结构振动台缩尺试验误差产生的原因以及各类因素对于误差的作用规律，由此指导该结构振动台缩尺试验的设计，解决缩尺试验中试验与数值模拟的“非一致性”难题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种能有效解决解决缩尺试验中试验与数值模拟的“非一致性”难题的摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法，其特征在于：所述摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法包括以下步骤：

1)基于通用程序语言，选定竖向预应力弹簧的刚度与弹性力、粘滞阻尼、摩擦力、剪力键的刚度与剪断力对目前工程上常用的各种摩擦型减隔震支座进行数值模拟，构建理想摩擦型减隔震支座数值模型；

2)基于已构建的理想摩擦型减隔震支座数值模型，引入重力失真与摩擦空间变异性两者因素进行修正，以实现摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验的实际数值模拟；

3)针对不同振动台缩尺试验具有的不同空间缩尺比，依据缩尺理论，按照每个物理参量的缩尺比调整相应物理量的取值，实现对于不同缩尺比的摩擦型支座振动台试验的数值模拟；