[讨论]探讨拟动力试验的研究进展
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:50 编辑探讨拟动力试验的研究进展
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Posted by: everyeasy
Posted on: 2004-05-20 19:22
探讨一下拟动力试验的研究进展!
为什么这个版面几乎没有拟动力试验的相关内容呀?拟动力试验也是抗震试验的一种，在国外很火的，那在国内的现状如何呀?在国内大家都在大谈模拟振动台，似乎有点迷信振动台了，认为它做出的试验数据是“铁的”，而似乎很少有人提及拟动力试验的呀?国内有哪些结构在从事拟动力试验方面的研究和试验操作呀?
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Posted by: archie
Posted on: 2004-05-21 19:36
拟动力试验很多的呀。现在据我所知，钢筋混凝土柱、框架，异型柱、碳纤维加固的钢筋混凝土柱，型钢混凝土柱、钢管混凝土柱、各种节点都作过很多这方面的试验，相反振动台由于条件的限制，并不是所有的单位都做得了的，所以用拟动力试验得到滞回曲线、骨架曲线，恢复力模型等其他结构参数也是研究结构抗震的一个重要方面。
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Posted by: yxkevin
Posted on: 2004-05-21 19:55
实验系统及加载设备
拟动力试验系统应符合下列要求：
1、实验系统应由试件、试验台、反力墙、加载设备、计算机、数据采集仪器仪表组成。
2、实验系统应能实现力和位移反馈的伺服控制。
3、加载设备在一段地震加速度时程曲线的实验周期内稳定可靠，能无故障地连续工作。
4、拟动力试验采用的计算机(包括软件)应满足实时控制与数据采集、数据处理、图形输出等功能要求。
5、试件控制参量、结构量测参量应通过标准接口A/D,D/A，实现控制与数据采集
6、水平加载分配装置宜采用垂直方向滚动弹性支座
7、伺服作动器两端应用球铰法兰连接件，分别和反力墙，试件连接。
8、框架或杆件结构试件的水平集中荷载应通过拉杆传力装置作用在节点上，其总承载力应大于最大加载力的二倍。
9、作用在结构模型试件上的水平集中荷载应通过分配梁--拉杆装置均布在楼层板或梁上;拉杆装置总承载力应大于最大加载力的二倍;各拉杆拉力的不均匀差不应大于5%，拉杆若需穿过结构模型试体结构开间或墙板时，其孔洞位置和孔径不应影响试体的受力状态。
10、分配梁应为简支铰接结构;集中荷载的分配级数不应大于3级。与试件接触的卧式拉杆梁应具有刚度。
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Posted by: yxkevin
Posted on: 2004-05-21 20:07
伪动力试验，计算机加载器联机试验地震发生和传播的随机性，周期性加载的加载历程是假定的，与实际地震的非周期反应有很大差别，理想的试验加载是按某一确定的地震反应来制订相应的加载制度
用电子计算机将地震地面运动加速度转换成作用在结构或构件上的位移和与此位移相应的加振力。随地面运动加速度时程曲线的变化，作用在结构上的位移和加振力也变化，得到实际地震作用下结构连续反应全过程，得到结构恢复力特性曲线。
1969年日本伯野元彦博士最初提出联机试验，将模拟计算机与试验联线成一个系统。
1971年日本冈田恒男教授应用于结构抗震试验。
1981年日美合作完成一座七层钢筋混凝土框架房屋足尺结构拟动力试验。
1983年中国建筑科学研究院结构所完成1/6底层大空间12层剪力墙结构拟动力试验。
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Posted by: yxkevin
Posted on: 2004-05-21 20:13
可见,拟动力试验方法结合了拟静力试验和振动台试验两者的优点。当然它也有自身特定的限制,主要有:(1)结构的刚度不能太大;(2)试验系统误差(特别是控制误差)需要被严格限制;(3)不适用于分布质量很大的结构(包括混凝土水坝);(4)如果结构的响应对粘滞阻尼特性非常敏感,而且很难准确地识别,拟动力试验方法就不适用;(5)无法对用应变速率敏感的材料制成的试件进行试验。
70年代中期,开发了结构的拟动力试验技术,这种试验技术把电液伺服试验装置与计算机控制系统结合起来,利用加载试验给出结构恢复力的实际数据,利用计算机数据分析技术给出加载试验的逐步控制数据,从而为原型结构的模拟地震试验开辟了一条新途径。与拟静力试验相比,拟动力试验的试验周期缩短,并且由于采用地震动时程作为加载制度,因此,试验结果能够良好地指示结构的地震反应过程,值得指出的是,尽管对于单层或双层框架结构可以采用更接近实际的位移控制制度,但对于大型结构,更实用的是将多自由度体系改变为等效单自由度体系进行联机试验。即对加载力沿高度的分布作出某种假定(例如倒三角形分布),而仅对高度上某一点的加载器按位移控制,并通过计算机联机控制实现,其余各点的加载则按上述力分布假定按荷载控制加载器。80年代后,日美合作进行的七层钢筋混凝土原型结构拟动力试验,就是采用这种等效技术。拟动力试验技术中的控制难点在于计算误差的扩散。
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Posted by: yxkevin
Posted on: 2004-05-24 00:20
参考书目：
施老师上课的讲义(PPT).
朱伯龙.结构抗震试验.北京：地震出版社.1989.
李暄、刘季、田石柱.结构拟动力试验力控制实现技术(D). 哈尔滨:哈尔滨建筑大学.1996.
王瑞、徐锦峰、王禹达.约束砌体的拟动力试验技术(D).江苏省建筑科学研究院.1997.
李新平、唐建国. 配筋砌体结构抗震能力的试验研究(D). 华南建设学院.1997.
唐兴荣.拟动力试验中几种数值积分方法的精度和稳定性分析(D).苏州城建环保学院城建系.1997.
阿肯江、邬瑞锋、奚肖凤、解明雨、蔡贤辉、张前国、李庆刚. 高层组合墙体抗侧承载力弹塑性分析及简化公式(D). 大连理工大和辽宁省建筑设计研究院.1998.
吴波、李惠、林立岩、单明. 东北某政府大楼采用摩擦阻尼器进行抗震加固的研究(D). 哈尔滨建筑大学和辽宁省建筑设计研究院.1998.
梁兴文、王庆霖、梁羽风.底部框架抗震墙砖房1/2比例模型拟动力试验研究(D).西安建筑科技大学.1999.
马乐为、吴敏哲. 12层异形柱小型混凝土空心砌块组合结构拟动力试验研究(D). 西安建筑科技大学.2002.
郭子雄、童岳生、钱国芳. RC低矮抗震墙的变形性能及恢复力模型研究(D). 同济大学工程结构研究所和西安建筑科技大学.1998.
孙香红、朱军强、王社良. 大型工业厂房纵向框架—剪力墙结构的拟动力试验研究(D).西安建筑科技大学和西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室.2002.
吴涛、白国良、刘伯权. 大型火力发电厂钢筋混凝土框架异型节点性能试验研究(D).深圳大学，西安建筑科技大学和长安大学.2004.
唐兴荣、何若全、蒋永生、丁大均、孙宝俊.带预应力混凝土桁架转换层结构模型的拟动力试验研究(D).苏州科技学院和东南大学.2003.
唐岱新、朱本全、王凤来、安成虎、张前国、李庆刚、薛宏伟. 底层大开间框剪组合墙结构1/3比例模型房屋子结构拟动力试验研究(D). 哈尔滨工业大学和辽宁省建筑设计研究院.2001.
王凤来、唐岱新、朱本全、张前国、李庆刚、薛宏伟. 底层大开间框剪组合墙结构框支墙梁试验研究(D). 哈尔滨工业大学和辽宁省建筑设计研究院.2001.
戴国亮、蒋永生、梁书亭、傅传国. 迭层空腹桁架转换层结构拟动力地震反应试验研究(D).东南大学.2001.
张兴虎、刘匀、刘煦. 多点加载联机试验控制方法(D). 西安建筑科技大学.1997.
潘旦光、楼梦麟、范立础. 多点输入下大跨度结构地震反应分析研究现状(D).同济大学.2001.
李志成、黄小平、钱七虎.防护结构拟动力试验方法及其数值分析方法研究(D).南京工程兵工程学院.1994.
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Posted by: yxkevin
Posted on: 2004-05-24 00:21
张同亿、吴敏哲、于庆荣、姜维山. 复合墙异型柱组合结构抗震性能试验研究(D). 西安建筑科技大学和天津大学.2000.
殷杰、梁书亭、蒋永生、王龙. 钢管混凝土转换柱设计及试验研究(D). 东南大学.2003.
李天、易宇、邓秀泰、李杰. 钢筋混凝土框—桁架结构体系的抗震性能试验研究(D). 郑州工业大学.1996.
汪梦甫、周锡元.高层建筑结构抗震弹塑性方法及抗震性能研究报告(D).湖南大学和北京工业大学.2003.
李顺国、王学国. 工程抗震试验技术现状(D).武汉理工大学.2003.
王瑞、翟厚勤、王禹达. 结构拟动力试验技术的试验研究(D).江苏省建筑科学研究院.2001.
张家华、吕志涛、朱筱俊. 关于转换层结构时程分析的计算建议(D).东南大学土木工程学院.1997.
李佳升、颜东煌、陈常松、王志辉. 湖南岳阳洞庭湖大桥模型试验实施介绍(D). 长沙交通学院结构中心.1999.
杨治林、肖钢冶. 基于位移的抗震设计与层间位移限值的不确定性(D).西安科技学院.2002.
庄一舟. 计算机控制工程结构试验系统的实现(D). 浙江大学土木系.1998.
李暄、刘季、田石柱. 结构拟动力试验力控制实现技术(D).哈尔滨建筑大学.1997.
宗周红、林东欣、房贞政、邱法维. 两层钢管混凝土组合框架结构抗震性能试验研究(D). 福州大学土木建筑工程学院.2002.
林东欣、宗周红、房贞政. 两层钢管混凝土组合框架结构拟动力地震反应试验研究(D). 福州大学土木建筑工程学院.2000.
彭天波、胡世德、李建中. 两种位移控制模式下的下冲误差传播(D). 同济大学.2002.
刘恒喜、徐晓天、周小真.六层大开间轻型格构板模型房屋抗震试验研究(D).青岛海洋大学工程学院.2001.
李应斌、朱军强. 某厂房纵向框架-剪力墙模型试验研究及滞回耗能规律探讨(D). 西安建筑科技大学.2002.
朱筱俊、蒋永生.内插钢管混凝土柱抗震性能的试验研究(D).东南大学.2002.
杜芳.拟动力试验中设备误差修正的人工神经网络方法(D).同济大学.1998.
李新平、唐建国. 配筋砌体结构抗震能力的试验研究(D). 华南建设学院.1997.
田石柱、赵桐、赵雪峰. 位移保护下力-控制拟动力试验方法的原理(D). 哈尔滨工业大学土木工程学院.2002.
唐兴荣、蒋永生、丁大钧. 预应力混凝土桁架转换层结构的试验研究和设计建议(D). 苏州城建环保学院.2001.
马乐为、吴敏哲. 异型柱砼空心砌块组合结构12层房屋动力特性试验研究(D). 西安建筑科技大学土木工程学院.2002.
罗奇峰、石春香、曹炳政、杨树龙、熊华、李仕栋.中国近4年结构抗震进展介绍(D). 同济大学结构工程与防灾研究所.2003.
李佳升、颜东煌、田仲初. 三塔斜拉桥整体模型试验的实施(D). 长沙交通学院.1999.
JGJ101-96,建筑抗震实验方法规程.
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:51 编辑
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Posted by: yxkevin
Posted on: 2004-05-24 23:16
日本和美国在20世纪80~90年代进行的拟动力试验：(1)1981年日美合作完成一座七层钢筋混凝土框架房屋足尺结构拟动力试验。(2)1983年Takanashi等人所做的一层一跨框架加快速拟动力试验;(3)1977年Okada等人所做的固端或简支柱钢筋混凝土结构拟动力试验;(4)1982年Teshigawara等人所做的2层单跨耦合剪力墙框架拟动力试验等;(5)1997年美国的Buonopane
做了双跨两层钢筋混凝土框架拟动力试验。
我国大约从20世纪80年代初才开始主要有中国建筑科学研究院、清华大学、哈尔滨建筑大学、西安建筑科技大学等单位。中国建筑科学研究院关于拟动力试验的研究有：(1)1982年，在电液伺服结构试验机上实现的结构拟动力试验;(2)1983年中国建筑科学研究院结构所完成1/6底层大空间12层剪力墙结构拟动力试验。(3)1985年，用计算机—试验机联机系统进行结构拟动力试验的方法;(4)1990年，建筑结构双向拟动力试验程序的控制;(5)1990年，框架柱双向地震反应的研究;(6)1990年，高层大开间预应力板墙结构模型试验研究。清华大学在20世纪80年代末至九十年代初完成的拟动力试验包括：(1)2层钢结构框架的单自由度拟动力试验;(2)双跨2层钢结构框架的双自由度弹塑性拟动力试验;(3)双跨2层带斜撑钢结构框架的双自由度弹塑性拟动力试验;(4)单跨2层双自由度钢筋混凝土框架结构拟动力试验;(5)偏心支撑钢框架的拟动力试验;(6)双自由度带填充墙钢筋混凝土框架的拟动力试验。原哈尔滨建筑大学从西德引进拟动力试验设备，建成了国内最大的拟动力试验装置，针对大刚度钢筋混凝土和砌体结构进行的拟动力试验：(1)底层3层钢筋混凝土框剪背靠土上8层气体房屋拟动力试验;(2)底部大开间框剪组合墙房屋抗震性能和子结构拟动力试验。
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Posted by: yxkevin
Posted on: 2004-05-25 13:41
浙江大学的庄一周博士介绍HP计算机工作站开发应用于国产电液伺服结构试验机,构成可靠性强、控制精度高的工程结构试验系统.通过开发应用软件与该试验系统相结合,可实现自动闭环加载、自动数据采集储存、实时处理输出.该系统适用于各种不同结构模型以及构件的静力、疲劳和拟动力试验.在结构试验中计算机控制的建筑结构试验系统,精度高、过渡时间快,而且节约大量的人力物力,完成人工无法比拟的数据处理工作,它不但为结构的抗震性能试验研究提供了必要的试验手段,并且为从试验资料中发现更多结构性能规律创造了条件,在一定程度上提高了试验结果的可靠性,提高了结构试验测试水平.数据处理过程中,还可以引入许多专家知识组成专家系统进行分析判断,减小人为误差.本系统由于用国产结构试验机与进口计算机系统配套,自行开发应用软件,不仅节约了大量资金,而且便于进一步开发和完善.由于HP320计算机工作站和HP3054A数据采集控制系统的高性能,本试验系统的功能还可以大力开发.下面是程序框图：
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Posted by: yxkevin
Posted on: 2004-05-25 13:45
东南大学殷杰等人结合南京招商局国际金融中心工程和南京体仁大厦工程,对设置内插钢管的CFST转换柱和普通CFST转换柱进行了拟动力试验,通过试验结果的对比分析,研究内插钢管式转换柱的抗震性能和耗能能力;同时还对两种CFST转换柱进行了非线性静力分析,以验证试验结果,并讨论设置内插钢管转换柱的合理构造形式。根据试验结果及有限元分析,可以得出如下结论:1)具有内插钢管的转换柱与普通转换柱,在输入地震波峰值小于0.2g时,二者的水平位移基本相等。当峰值大于0.2g时,普通转换柱的塑性位移发展很快,而设置内插钢管的转换柱的塑性位移的发展可得到有效控制。2)采用内插钢管的办法可有效改善转换柱的变形能力,减小结构的塑性位移,增加结构的耗能能力,有助于提高建筑物的整体抗震性能。针对实际工程,提出如下设计建议:1)钢管与钢筋混凝土的交接处宜设置在楼板标高以上不低于1m的位置,如能事先确定反弯点的位置,转换交接处最好设置在柱反弯点处。2)不应在转换柱中截断内插钢管,宜沿转换柱全长设置并伸入相邻楼板,其含钢率特征值宜控制在0.16～0.22之间。3)转换柱上方钢筋混凝土柱内的箍筋应按构造要求加密。
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Posted by: everyeasy
Posted on: 2004-05-26 22:29
我的“抛砖引玉”引来了这么多玉，谢谢yxkevin 顶了这么多和你的无私奉献。不知你对国外的pseduo dynamic test 有没有研究，我想国外在拟动力方面发展得应该比国内更先进一些，而且他们有钱，做的试验研究应该会多一些嘛。你提供的都是国内的文献嘛，那位仁兄能否提供以下国外的研究进展情况和建议一些文献呀?还有yxkevin,你有第45本文献---建筑抗震实验方法规程这本书吗，我去书店逛了一趟都没找到。
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Posted by: yxkevin
Posted on: 2004-05-28 00:04
everyeasy你好，兄台说话太客气了，让人感到有点羞愧，:I正好最近老师布置得读书报告是有关拟动力试验方面的，所以到处收集这方面的资料，希望可以对拟动力试验的进展有点了解，建筑抗震试验方法规程(JGJ101-96)在 中华钢结构论坛 [$raquo] B5. 试验、检测与鉴定中的“风声边界”的 发帖人 哪有“建筑抗震试验方法规程(JGJ101-96)” 中管理员concrete先生已经友情提供了，你可以去看看，你的提议开阔了我的思路，由于英语不太好，对英语文献看得比较少，所以暂时还没有对拟提议的有所了解，希望查查看，有消息在交流，你是在工作吗?不知道，你实际工作中是否常用到拟动力试验技术?
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Posted by: everyeasy
Posted on: 2004-06-05 17:49
http://202.121.241.32/维普资讯网站
http://www.sh.cnki.net/中国期刊全文数据库(Web)
上面都可以检索到这些文章,相信在学校的同学通过图书馆链接进去,就可以查询了,譬如
同济的图书馆:
http://lib.tongji.edu.cn/resources/e-resources/database.htm
上海教育网络图书馆:http://202.120.13.100/.
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Posted by: lovedy
Posted on: 2004-06-09 15:10
虽然拟动力试验有很多优点，对于钢结构，因其刚度小、位移大，以常规的位移控制拟动力试验方法可实现。但对于多自由度的钢筋混凝土和砌体结构，因其刚度大，位移反应很小，一般均在作动器位移控制误差范围之内，实验系统控制精度达不到要求，常规的位移控制拟动力试验失效，对于这种刚度大、位移小得试验模型，多采用力控制方法。而在试验模型进入恢复力特征曲线的下降段之前，两种控制方法无本质区别，但进入下降段之后，采用力控制方式进行的拟动力试验无法实现，必须发展和提出新的拟动力试验方法，才能实现对大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验。哈尔滨工业大学在2001年曾提出一种以力控制方式为基础的力—位移混合控制方法。
具体可查找田石柱在2001年写的一篇关于这方面的文章。
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探讨拟动力试验的研究进展：一.拟动力试验的简介
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Posted by: everyeasy
Posted on: 2004-06-29 22:43
谢谢大家这么热心提供了我这么多资料。这些天也一直在做相关的整理工作，陆续贴出自己的部分东西。
一.拟动力试验的简介
(一).引言：
建筑结构拟动力试验方法是地震工程研究中的一种相对较新的抗震试验方法，又称伪动力试验或者计算机-加载器联机试验，英文称为“Pseudo Dynamic Test”。自日本学者伯野元彦于1969年提出来，已经发展了30多年了。目前，结构抗震试验方法大体分为3种。地震模拟振动台试验由于台面尺寸和承载能力的限制，只能进行小比例模型的试验，且彼此配重不足，不能很好满足相似条件，特别是进入弹塑性阶段工作时，更不可能满足相似条件，导致地震作用破坏形态失真;拟静力试验只能得到构件或结构在反复荷载作用下的恢复力滞回特性，不能得到结构地震反应全过程;而拟动力试验则是加载试验技术与计算机技术相结合的当代先进的抗震试验方法，可以进行大比例模型或足尺结构抗震试验，可慢速再现结构在地震作用下的弹性一弹塑性一倒塌全过程反应，这是具有广泛发展前途的抗震试验方法。
(二).发展历史：
1. 国外发展历史：
1969年，作为多地震国家的日本开始了这种试验方法的研究，提出将计算机与试验机联线成为一个系统，进行联机试验;
20世纪70年代，日本完成了使用二个作动器进行的钢筋混凝土和钢框架结构的试验研究;
1982年Tashigawara等人所做的2层单跨相台剪力墙框架拟动力试验等;
1983年Takanashi等人做了一层一跨框架加快速拟动力试验;
1981年,日、美合作在日本进行了七层足尺结构的拟动力试验研究;
1997年，美国的Buonopane做了双跨两层钢筋混凝土框架拟动力试验;
2.国内发展简史：
我国在拟动力试验方法的研究和应用方面开展得稍晚，于80年代初开始了拟动力试验方法的研究。中国建筑科学研究院建筑结构研究所陈瑜，董世民等人从1980年开始进行拟动力试验控制方法以及试验控制程序的研究，1981年在国内进行了第一幢12层钢筋混凝土框架势力墙结构1：6比例模型拟动力试验，随后又进行了多幢高层建筑结构模型和核电站安全壳模型的拟动力试验。
(三).基本原理和试验系统的构成：
拟动力试验系统由试体、试验台、反力墙、加载设备和装置、计算机及数据采集仪器仪表组成。试验台和反力墙应具有足够大的质量、强度和刚度以及便于安装加载设备和连接其它反力装置的轨道、孔洞。加载设备宜采用闭环自动控制的机械或液压伺服系统试验机。其性能应满足一定要求(文献,,等)。
拟动力试验的原理是(文献,[ 7],)：根据数值化的典型地震加速度记录时程曲线，取某一时刻的地震加速度值和试验中前一时刻加载后实测的结构恢复力，用逐步积分振动方程的动力反应分析方法计算出该时刻结构试体的地震反应位移，并对结构试体施加此位移，实现该时刻结构试体的地震反应;实测此时的结构恢复力，按地震过程取下一时刻的地震加速度值，进行该时刻结构试体地震反应位移计算，再将位移施加到结构试体上。如此逐时刻反复实现计算位移-施加位移-实测结构恢复力-再计算位移……的循环过程，即模拟了结构试体在地震中的实际动态反应过程。
拟动力试验适用于混凝土结构、钢结构、砌体结构、组合结构的模型试体在静力试验台上，模拟实际地震动力反应的抗震性能试验。
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:51 编辑
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Posted by: Open
Posted on: 2004-06-30 11:41
关于拟动力试验各位已经介绍了很多，我想补充一些关于水平加竖向地震作用下钢筋混凝土柱的拟动力试验的一些内容。
由于柱的竖向刚度远大于水平刚度，因此，在试验控制方法上要复杂得多。最主要得难点就在于怎么准确的量测及施加竖向位移。因为只要竖向位移误差稍大，相应的竖向力的误差将被成倍数的放大，使试验无法进行下去。
重庆建筑大学在这方面进行竖向和水平地震作用下双层双跨框架子结构拟动力试验，并取得了成功。其主要创新点就在于采用一种软耦合的概念，将竖向位移和水平位移准确的施加到构件上。详细内容可见2000年、2001年重庆大学的两篇硕士论文。
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拟动力试验的研究进展之一 ――试验系统及试验控制方法的开发研制
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Posted by: everyeasy
Posted on: 2004-06-30 20:12
二.拟动力试验的研究进展之一 ――试验系统及试验控制方法的开发研制
文献中介绍了哈尔滨建筑大学力学与结构实验中心在引进德国Schenck公司电液伺服结构实验系统的基础上，采用微机和A/D、D/A转换器将该系统组成数控闭环，从而使系统具有实时控制、数据采集和处理等多项功能。开发后的系统不仅使一般的结构静力、动力实验实现了微机控制，而且可以进行多自由度的拟动力实验，其应用结果表明，开发后的系统控制精度和稳定性很好，为结构工程的抗震实验研究提供了有力的实验手段。文献中作者在实验室现有设备的基础上，设计了数控系统，将数控系统与电流伺服系统联接组成一套完整的联机响应试验系统;并且针对该系统提出了试验自动控制方法并开发相应程序，通过鉴定试验证明了这套系统具有较高的控制精度和可靠性。
(一).子结构拟动力试验方法：
子结构法于50年代首先出现在航空工程领域中.其基本过程是把复杂的结构体系化成两个或多个子结构，把复杂问题的求解化为若干个简单问题的求解，最后进行综合，从而得以实现“小机器算大题”的效果。在弹性范围内，每个子结构可以根据其各自的振型合理地缩减自由度，即缩聚.缩聚体系的稳定性限制条件放宽。结构物在强烈地震作用下总是在薄弱部位率先进入屈服，从而导致整个结构的破坏.但即使在破坏阶段，结构中除薄弱部位外绝大多数部分仍处于弹性工作状态。因此仅将薄弱部位取出进行拟动力试验，而其它部分在计算机内进行数值计算，这样不仅可以达到拟动力试验方法的根本目的，由此而带来的经济效果也是显而易见的.这种仅对结构的一部分进行拟动力试验而其它部分由计算机计算的试验方法称为子结构拟动力试验.
文献介绍了在哈尔滨建筑大学力学与结构实验中心采用微机开发的拟动力实验。将力学与结构实验中心原有的大型电液伺服结构实验系统与微机进行联机，从而实现了多自由度结构的拟动力实验.文中介绍的拟动力实验的试件为某电厂40米高的筛碎配仓1：6模型，只取出结构底层的两榀，具有两个自由度，所以实验中应用了子结构方法，数值积分方法采用了PCM—Newmark法.实验结果与分析结果吻合良好，说明拟动力实验系统的开发是成功的，同时也证明以部分结构进行拟动力实验来模拟整体结构的地震反应方法是可行的。
文献针对砌体结构子结构拟动力试验中界面弯矩模拟问题进行专题研究，提出了界面弯矩的精确模拟方法，通过试验结果对比可以看出，采用不同的模拟方法对计算结果有较大的影响。文献从子结构的原理出发，推导了子结构法法用于动力分析的基本公式，对在地震作用过程中，已知结构的线性反应部分和非线性反应部分的情况，采用线性子结构与非线性子结构耦合的分析方法，这样不仅节省费用，并且概念明确，有助于将结构分析的重点放在非线性反应部分，在此基础上，借助于结构振动的主模态，提出了采用耦合法进行拟动力试验的方法，并通过一模型的拟动力试验就计算方法和模型结构的若干反应性能进行了探讨和研究。
(二).等效单质点试验方法：
所谓等效单质点是就其分析模型而言的。为建立该模型，首先将实际结构模型简化成串联多质点体系，然后将多质点体系用基本振型按一定法则简化成等效单质点体系，再对等效单质点体系进行水平向时程分析，求得位移响应，最后按基本振型可进一步反求多质点体系各集中质量的位移。而在试验时，仍按多质点分别设置作动器进行加荷。
文献为研究等效单质点试验方法的控制技术：(1)建立时程分析的数学模型;(2)制定联机控制方案;(3)研制试验控制程序;(4)将所研制的程序用于单，双作动器加载的结构试验。对拟动力及模拟地震响试验的结果进行比较分析表明，控制软件设计是合理的;文中还着重对提高控制精度的途径作了分析。
(三).刚性结构的拟动力试验方法――以力控制方式为基础的力—位移混合控制方法：
对于钢结构，因其刚度小、位移大，以常规的位移控制拟动力试验方法即可实现。但对于多自由度的钢筋混凝土和砌体结构，因其刚度大，位移反应很小，一般均在作动器位移控制误差范围之内、试验系统控制精度达不到要求，常规的位移控制拟动力试验方法失效。对于这种刚度大、位移小的试验模型，多采用力控制方法。在试验模型进入恢复力特征曲线的下降段之前，两种控制方法无本质区别，但进入下降段之后，采用力控制方式进行的拟动力试验无法实现。必须发展和提出新的拟动力试验方法，才能实现对大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验。为此，我们提出以力控制方式为基础的力—位移混合控制方法。
文献，,中作者研究了大刚度结构拟动力实验的有关技术问题，基于结构动力分析和电液伺服作动器工作原理，阐述了作动器在力控制方式下实现大刚度结构拟动力实验的可行性，提出了减小实验误差的若干处理技术。同济大学胡世德等人又研究探讨了针对“大刚度结构”或者“刚性结构”的拟动力试验方法(文献)。
注：参考文献暂时还没整理出来的。日后会给出的。望谅解。
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拟动力试验联机软件的开发及计算分析方法的研究
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Posted by: everyeasy
Posted on: 2004-07-19 10:23
拟动力试验的研究进展之二 ――联机软件的开发及计算分析方法的研究
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp](一).联机软件的开发：
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]重庆建工学院80年代从美国引进MTS电液伺服结构试验系统，配有内存为5MB的Micro Vax-II计算机，高精度、高响应的动态数据采集器和采样保持器,该系统的动态响应快、精度高、稳载性能好。为了充分利用美国MTS公司的电液伺服结构试验系统，重庆建工学院于1989年编制了拟动力试验控制程序，首次在该系统上实现的拟动力试验，在一定程度上反映了实际地震时材料应变速率的影响。当时国内有的系统拟动力试验约两小时左右(而他们所编程序约3分钟)，他们所编程序所作结构抗震试验可认为是准动力试验，同时有软件中断处理功能，可灵活控制试验过程。他们所编程序首次在国内引进的MTS电液伺服结构试验系统中成功地实现了多质点弹塑性体系单向拟动力试验，可直接得出试验测得的滞回曲线和位移、速度、加速度、恢复力等。文献中将实测恢复力代入运动方程，按中心差分法进行地震反应分析，用 分解法求解拟动力方程，一次分解、多次重复调，大大节约了计算时间，实现了快速计算、准动态方式加载，缩短了试验时间，与一般拟动力试验相比、能较真实地反映地震时结构的动力特性。程序按菜单方式设计，人机对话方式操作，试验的加载、数据采集及数据处理完全由计算机控制。通过单榀单跨两层钢框架的单向拟动力试验表明，程序操作简便、使用灵活、且计算输出指令值与实测反馈值吻合较好、可推广应用(文献)。
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]哈尔滨建筑大学试验中心从德国申克公司引进的电液伺服试验系统，计算机所带的试验软件ITFC(Iterative Transfer Function Compension)是在PDP一11型计算机上编制的适合作一般动载试验，静载试验，疲劳试验等计算机软件系统的总称。ITFC软件几个主要模块是：PUTD(驱动模块),GETD(数据采集模块)，SIMO(实验准备模块)等。ITFC软件实现各种试验控制是：通过试验准备模块，把试验要求的某一种期望值(荷载、位移、应变)，装在一个文件里(驱动文件)，然后，由PUTD模块发指令(把期望值的数字量转变成模拟量)，通过模拟控制推动作动器动作，使试件受到作用，实现所谓的荷载控制，位移控制，甚至应变控制.但是这里值得指出的是：利用ITFC软件作试验，必须预先制定一个荷载谱或位移，应变谱，长度，上升段，下降段的斜率。1993年，文献的作者在对拟动力试验及德国申克公司ITFC软件研究的基础上，自编一个Fotran程序。通过自编程序和ITFC软件的配合，达到了计算机和试验机联机的目的。
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]清华大学土木工程系从80年代开始进行拟动力实验方法的研究，在数值积分方法、实验误差分析和控制、被试结构模型化、控制软件开发等方面进行了一系列的研究工作。针对不同类型结构开发了不同的拟动力实验软件并进行了应用，这些实验软件采用了不同的数值积分方法和实验技术，适用于不同的研究，例如：中央差分法、PC—Newmark法、 alpha-方法、应用子结构技术的PC—Newmark beta法、应用子结构技术的 alpha-方法、多维多点地层输入的拟动力实验方法、设备-结构相互作用的拟动力实验等等。上述软件都经过实际实验和理论分析，但这些软件都是开发者自己使用，难以达到通用或商用软件的程度(这里商用软件的意思主要指用户仅仅作一些简单选择并输入有关实验参数，无须对软件内部了解和修改就能够应用于不同类型的结构)。
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]美国MTS公司编制了一个拟动力实验软件，只能做一维平面内的拟动力实验，存在着诸多限制，采用的是自适应变步长的 alpha-方法，目前该软件随MTS公司实验设备一同销售。为了能够推动拟动力实验方法的应用，使拟动力实验软件尽可能达到通用化的程度，在已有工作的基础上，文献 的作者基于Windows NT平台和MTS公司的Flex TestIIm平台，采用Visual C++开发了建筑结构拟动力实验软件TUT，该软件计划完成下列四种类型的结构实验。四种类型分别是：
(1).一维拟动力实验;
(2).一维拟动力实验，采用子结构技术;
(3).二维拟动力实验，采用子结构技术，不计扭转振动;
(4).二维拟动力实验，采用子结构技术，考虑扭转振动。TUT软件在结构参数输入、设备配置、实验过程的实时监测和控制等方面，都采用了表格和图形界面。同时，该软件根据输入的结构质量和刚度计算并显示结构的频率和振型，使用户在实验之前了解结构动力特征;另外，该软件具有模拟功能，正式实验之前可以由计算机对被试结构进行弹性阶段的数值模拟，以便对实验有所预测。目前该软件已经完成了类型1、类型2和类型3的开发及验证性实验.其中类型1也采用了自适应变步长的 -方法;类型2和类型3采用的是PC-Newmark法，可进行子结构实验。在参数输入、设备配置、数据采集、实验模拟、进程监控方面类型l、2和3保持了一致的风格。类型4也将采用PC-Newmark法，可以进行子结构实验。
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp](二).计算分析方法的研究：
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]拟动力试验中数值积分方法可分成两大类，显式积分方法和隐式积分方法。
显式方法主要有中央差分法、修正中央差分法、显式Newmark法和修正Newmark法。
而隐式积分方法主要有隐式Newmark- beta法、 alpha方法。
另外，采用子结构技术的拟动力试验中的数值积分方法有隐-显式方法，CDM-Newmark法，PCM-Newmark法，OS方法;
在结构数值分析中，隐式方法的计算精度明显优于显式方法，另外，显式方法都是有条件稳定的，试验时要对积分步长进行限制;而隐式方法可以是无条件稳定的，但试验时需要进行迭代控制。
文章对拟动力试验中采用的几种显式数值积分方法的精度和稳定性进行了较为系统的分析;结果表明，修正Newmark法具有较高的精度和稳定性，其数值阻尼的特性能够抑制误差的增长,是多自由度体系拟动力试验中比较理想的数值积分方法。
清华大学土木工程系邱法维在文章 中对无条件稳定的隐式 方法进行了详细的研究讨论，其中文章以三层结构模型为例进行了实验，采用了无条件稳定的隐式 方法和条件稳定的隐式预测校正Newmark法(PCM-Newmark)。实验结果表明，隐式 方法的拟动力实验在精度上明显优于显式方法;另外，在实验控制软件中采用数值迭代逼近方法，对现有的实验设备不需要附加任何特殊的要求。
[$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp][$nbsp]文章作者认为在包含众多自由度的复杂拟动力试验中采用一种条件稳定的算法，而在这种试验中限制了基于系统最高自振频率的时间长的大小，即使结构的反应由几个低频模态控制时情形也是如此，而人们不喜欢步长限制，因为它客观上增加了试验时间，而更重要的是试验步数的增加使得误差累积更为严重，另外，第一步的移增量变小，加剧了应力松驰问题。因此作者提出了一种无条件稳定隐式积分方案的新的拟动力算法，简单的试验结果表明新的拟动力方法运行良好且无条件稳定;当仅少数模态对所需反应有贡献时，该方法对多自由度试验系统具有明显的优越性;通过减少步数可以大大减少试验时间;。隐式积分方法的应用使得用力控制的刚性结构试验或在适当地方采用分析于结构的试验变动为可能。
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:52 编辑
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Posted by: maomaoxcy
Posted on: 2005-03-30 19:35
结构实验是评价结构控制装备及受控结构性能的重要手段，同时结构控制技术的兴起也对传统结构实验技术提出了新的要求。另一方面，结构实验系统本身也是一种结构控制系统，因此结构控制理论和方法也能指导结构实验技术的改进。传统的结构抗震实验可分为静力往复循环实验、伪动力实验和振动台实验。往复循环实验由于技术简单、稳定而应用最为广泛，但是其缺点在于不能考虑地震波对结构的影响。振动台实验能最真实地反映地震对结构的影响，但是由于振动台承载能力的限制，往往只能进行缩尺结构实验。对于高大结构，由于比例尺过小，振动台实验不能很好地反映结构真实的抗震性能。伪动力实验通过计算考虑惯性力和阻尼力的影响，把实时的动力实验转化为慢速加载实验，大大降低了对作动筒油速的要求，使得大比例尺甚至足尺结构实验成为可能。特别是伪动力子结构实验技术，可以对结构关键部位进行足尺实验，其他部位用计算模型代替，降低了实验费用。但是伪动力实验的缺点是不能反应速度相关型材料的性能。最近出现的结构控制装置，其中很多被动控制装置的性能都与速度有关，甚至有的还与加速度有关(如TMD、TLD等);采用反馈控制的主动、半主动控制装置，其控制力更是与时间相关，因此无法采用伪动力实验测试这些控制装置的性能或减振效果。为了解决伪动力实验所遇到的困难，有人提出快速或连续伪动力实验方法，但是这些方法仍然无法全面地反映试件的速度相关特性，因为其速度仍然低于实际速度。1992年Nakashima等人提出实时子结构实验方法(时称实时伪动力实验方法)，以准确反映速度相关型试件的性能。
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Posted by: maomaoxcy
Posted on: 2005-03-30 19:40
拟动力实验的数值积分方法研究一直是备受关注的，特别是实时子结构实验提出后，由于实验性能的速度相关性和实验加载的实时性，使得实时子结构实验在逐步积分算法实验系统误差与实验系统的控制方面比伪动力实验更加复杂，另外还会出现系统时间滞后和加载系统与试件相互作用等新问题。同时也应该注意到，结构控制中的子结构实验在边界条件方面比常规结构的伪动力子结构实验简单得多;这是因为控制装置与主体结构的连接方式为铰接(一种典型的连接方式是通过支撑与主体结构相连)，从而免去了实验中边界弯矩模拟的困难。以下根据实时子结构实验研究的关键科学问题介绍其研究进展及其应用。
(I)实时子结构实验的逐步积分算法
由于实时子结构实验是实验加载和计算机计算的混合实验技术，因此计算部分的稳定性与精度将直接影响到实验的成败。在某种程度上可以把实时子结构实验理解为一种时间域上的逐步积分过程，它与纯粹的数值时程分析的差别仅在于：实时子结构实验的部分构件或结构(即实验子结构)的恢复力由实时实验测得，而数值时程分析所有构件的恢复力均由计算模型确定。实时子结构的积分算法由伪动力子结构算法发展而来。但是在实时子结构中，实验子结构的特性不仅与位移有关，而且与速度(如粘滞和粘弹性阻尼器等)有关,这将导致显式和隐式方法的概念发生变化。在伪动力算法中，如果第i+1步的位移可由第i步及第i步以前的解表达，则这种方法为显式方法;而实时子结构实验的显式算法则要求第i+1步的位移、速度均可由第i步及第i步以前的解表达。
在伪动力实验中，中心差分法是一种常用的显式算法。但是吴斌等人的分析表明，中心差分法对于实时子结构实验却是一种隐式的算法。为了把隐式格式转化为显式格式，文献提出用位移的向前差分确定下一步速度，并称这种方法为实时子结构中心差分法。研究结果表明，实时子结构中心差分法比标准中心差分法的稳定性低，并且稳定性随试件阻尼的增加而降低。同样，Chang提出的无条件稳定的显式伪动力算法在实时子结构实验中变成隐式算法，速度公式的向前差分修正虽然使得Chang方法变成显式实时子结构算法，但是该方法却变成有条件稳定。
隐式方法的优点在于数值稳定性和能量耗散性能较好，Shing等人对实时伪动力试验中的隐式[$#61537]法进行了研究。采用隐式方法的缺点在于需要迭代求解，这对于路径敏感性的非弹性试件而言是不太合适的。当然如果第i+1步的刚度和阻尼系数近似采用第i步的值时，隐式方法可以转化为显式方法，但是此时必须估计试件第i步的刚度和阻尼系数，而实验中刚度不容易准确测量。因此在实时子结构实验技术中发展无条件稳定的显式算法有很重要的实际意义。
针对安装控制装置的结构的实时伪动力实验,Zhang等人提出了基于状态空间方程的预测-修正数值积分方法，这种方法采用立方外插的方法预测下一步的恢复力，把经典预测-校正法由隐式变为显式格式，但是原算法的无条件稳定性也丧失。吴斌等人对实时子结构实验的OS方法进行了研究，初步理论分析的结果表明，对于软化非线性系统，实时子结构OS法是一种无条件稳定的显式算法;单自由度和多自由度的实验子结构实验也验证了OS法良好的稳定性。
在实时子结构的实验研究中已经应用的方法除OS法外，其他还有中心差分法，线性加速度法、向后欧拉法、Tustin方法和一阶保持器方法。为了保证作动筒的连续运行，Nakashima等人提出一种交错的中心差分法，即在已知2n-3～2n步位移的条件下，由2n-3和2n-1步的位移计算2n+1步的位移，由2n-2和2n步的位移计算2n+2步的位移。为了解决同样的问题，Nakashima和Masaoka采用内外插值的方法，积分方法仍采用标准的中心差分法。Darby等人采用数字控制中的一阶保持器算法，这种算法的一个缺陷是要进行指数矩阵运算。为了反映随时间剧烈变化的荷载(如地震)对结构的影响，Darby等人、Blakeborough等人在数值积分算法中采用了积分形式。
对实时子结构逐步积分算法一个十分值得研究的问题是，如何把隐式算法的数值稳定性和数值阻尼特性与显式算法的计算效率结合起来。另外，关于实验子结构OS法稳定性更严格的理论研究，以及该算法对非线性体系的计算精度也是值得研究的方向。
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Posted by: maomaoxcy
Posted on: 2005-03-30 19:43
(II)实验系统误差的分析与控制
实验信号的测量与控制误差对实验结果必然会产生影响，对于诸如伪动力实验、实时子结构实验这样的联机实验技术，这种误差将逐步累积起来，以致可能对最终的实验结果产生很大影响。累积误差的分析一般需要结合具体的数值积分方法进行。在伪动力实验中，累积误差的研究进行得比较系统和深入，但在实时子结构实验中还是一个空白。
(III)实时子结构实验的实施及控制
实时子结构实验系统的硬件主要有电液伺服作动筒、伺服控制器、位移、力传感器和计算机。Blakeborough等人的实时子结构实验加载系统采用Instron公司的电液伺服系统，实验的控制由Microstar DAP 2400a板和8800控制器形成的控制环路完成。Microstar DAP 2400a板实际上是一块DSP板，其上配有一个4M内存的Intel 80486DX2微处理器，和一组DA和AD转换器。Microstar DAP 2400a板有自己的程序语言，用以控制板上信号的输入和输出，同时它也接受C语言指令。C语言程序在PC机上编译完成，然后下载到Microstar DAP 2400a板上。Nakashima采用的控制系统的结构与Blakeborough等人的相似。计算机上的DSP板的主要任务是：(1)通过求解运动方程而产生目标位移;(2)以更小的时间间隔产生位移号，以保证作动器的平滑运行。
最近，MTS公司开发了新型的液压伺服控制系统—FlexTest GT控制系统，该系统可通过MTS 793.10软件系统由PC机进行操作，并且MTS 793.10软件提供了基本的编程功能。吴斌等人成功地利用MTS液压伺服系统进行了实时子结构实验，实验结果与数值计算结果吻合良好。
另外也可以利用振动台进行子结构实验。由于物理子结构的位移并不是由作动器直接加上去的，而是通过振动台间接加上去的，所以为了使得振动台的位移达到指定值，作动器的输出信号需要补偿。Igarashi等人等人讨论了补偿器的设计方法。
当目标位移算出之后，一般需要通过一个反馈控制去实现。对于液压伺服系统，传统的反馈控制方法为PID控制。对于不同的特性的试件，PID的最优参数是不同的。很多液压实验系统提供了PID的控制参数自动调整功能。但是，在进行结构实验时，试件往往进入非线性，而PID控制参数在实验进行过程中保持不变，这必然会影响控制效果。目前专门针对实时子结构控制问题的研究不多，对更常见的非线性实时子结构实验，更有待进一步的研究。Clarke和Hinton针对液压伺服材料实验机开发了一种灰箱自适应控制器，能根据试件刚度的变化实时地调整控制系统参数，低周疲劳实验结果表明这种方法很有效。Wagg和Stoten对一种称之为最小控制合成法在实时子结构实验中的应用进行了研究，这种方法实际上也是一种自适应控制方法。Zhao等人提出了采用速度反馈的方法提高实时实验中力控制的精度。这些方法是否适用于子结构实验也有待进一步研究。
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:52 编辑
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Posted by: maomaoxcy
Posted on: 2005-03-30 19:46
邱法维, 钱稼茹, 陈志鹏. 结构抗震试验方法. 北京: 科学出版社,2000
Nakashima, M., Kato, H. & Takaoka, E., “Development of real-time pseudo dynamic testing”, Earthquake Engng Struct. Dynam. 1992, 21, 79-92.
Williams, M. S., and Blakeborough, A. Laboratory testing of structures under dynamic loads: an introductory reviewPhil. Trans. R. Soc. Lond. A (2001) 359, 1651-1669
吴斌. 实时子结构试验技术及其在结构控制中的应用. 第四届全国结构减震控制学术研讨会，2003年11月，广州
Mahin, S. A. & Shing, P. B., “Pseudodynamic method for seismic testing”, J. Struct. Engng 111, 1482-1503. 1985
Wu Bin., Bao H., Ou J. & Tian S., “Stability and Accuracy Analysis of Central Difference Method for Real-time Substructure Testing”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics (to appear), 2005.
Wu Bin, Bao H., “Stability Analysis of Central Difference Method for Real-time Substructure Testing of SDOF and MDOF Structure”, Proceedings of the Third International Conference on Earthquake Engineering, 19-20,October,2004,Nanjing,China
Chang, Shuenn-Yih, “Explicit pseudodynamic algorithm with unconditional stability”, Journal of Engineering Mechanics, 2002, 128(9), 935-947
保海娥. 实时子结构试验逐步积分算法的稳定性和精度. 哈尔滨工业大学硕士学位论文, 2005年1月
吴斌, 保海娥. 实时子结构实验Chang算法的稳定性和精度. 已投地震工程与工程振动, 2005
Shing PB, Wei Z, Jung RY, Stauffer E. Nees Fast Hybrid Test System at the University of Colorado. Proceedings of the 13th World Conference on Earthquake Engineering. Vancouver, Canada, 2004; paper no. 3497.
Wu Bin and Xu G., “Numerical behavior of operator-splitting method for real-time substructure testing”, The First International Conference on Advances in Experimental Structural Engineering, Nagoya, Japan, 2005.
Wu Bin, Xu G., and Wang Q, “Operator-splitting Method for Real-time Substructure Testing”, submitted to Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2005
Zhang Y.,Sause R.,Ricles J. and Naito C., “Modiffed predictor–corrector numerical scheme for real-time pseudo dynamic tests using state-space formulation”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics，2005,34(3):271-288
Nakashima, M., and Masaoka, N. Real-time on-line test for mdof systems. Earthquake Engng. Struct. Dyn. 28, 393-420 (1999)
Darby, A. P., Blakeborough, A. & Williams, M. S. 1999 Real-time substructure tests using hydraulic actuator. J. Engng Mech. 125, 1133-1139.
Darby, A.P., Blakeborough, A., and Williams, M. S. Improved control algorithm for real-time substructure testing. Earthquake Engng Struct. Dyn. 2001; 30: 431-448
Horiuchi, T., Inoue, M., Konno, T. & Namita, Y. 1999 Real-time hybrid experimental system with actuator delay compensation and its application to a piping system with energy absorber. Earthquake Engng Struct. Dynam. 28, 1121-1141.
Horiuchi, T. and Konno, T., “ A new method for compensating actuator delay in real-time hybrid experiments”. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A (2001) 359, 1893-1909
Horiuchi, T., Inoue, M. and Konno, T., “Development of a real-time hybrid experimental system using a shaking table”, Proc. 12th World Conf. Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand, 2000, paper no. 0843
Igarashi, A., Iemura, H., Tanaka, H., “Development of Substructure Hybrid Shake Table Test Method and Application to Verification Tests of Vibration Control Devices”, China-Japan Workshop on Vibration Control and Health Monitoring of Structures and Third Chinese Symposium on Structural Vibration Control, Shanghai, China, Dec, 2002
Blakeborough, A., Williams, M. S., Darby A. P., and Williams, D. M. The development of real-time substructure testing. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A (2001) 359, 1869-1891
Shing P. and Mahin S., “Cumulative Experimental Errors in Pseudodynamic Tests”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics，1987,15:409-424
Combescure D, Pegon P. “[$#61537]-Operator Splitting time integration technique for pseudodynamic testing error propagation analysis”, Soil Dynamics Earthquake Engineering 1997; 16: 427-443.
Chang S., “Nonlinear Error Propagation Analysis for Explicit Pseudodynamic Algorithm”, Journal of Engineering Mechanics, 2003, 129(8):841-850
Nakashima, M. Development, potential, and limitations of real-time online (pseudo-dynamic) testing. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A (2001) 359, 1851-1867
Wu Bin, Wang Q., Bao H. and Ou J., “Analysis and Preliminary Experimental Study on Central Difference Method for Real-time Substructure Testing”, The Annual conference of Asia-Pacific Network of Centers for Earthquake Engineering Research, Hawaii, USA, July 28-30, 2004. Als Proceedings of the Third International Conference on Earthquake Engineering, Nanjing, China, 19-20,October,2004.
Clarke DW and Hinton CJ. Adaptive Control of Materials-testing MachinesAutomatica, 1997, 33(6), 1119-1131
Wagg, D. J., and Stoten, D. P. Substructuring of dynamical systems via the adaptive minimal control synthesis algorithm. Earthquake Engng Struct. Dyn. 2001; 30:865-877
Zhao J., Shield C., French C., Posbergh T., “Nonlinear System Modeling and Velocity Feedback Compensation for Effective Force Testing”, JOURNAL OF ENGINEERING MECHANICS, 2005,131(3):244-253
吴斌，王向英，王倩颖.电液伺服加载系统的滑动模态控制及其在实时子结构试验中的应用. 第四届中国结构控制年会, 2004年10月13-16日,中国大连
吴斌，王倩颖，欧进萍，田石柱，张洪涛. 应用MTS-SCHENCK系统的实时子结构试验及时滞影响分析. 已投建筑结构学报，2004
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Posted by: fanlixixi
Posted on: 2005-06-09 20:54
(以下部分内容摘自邱法维的结构试验书)
拟动力试验方法最早于1969年由日本学者M.Hakuno等人提出。将计算机与做动器联机求解动力方程，当时采用的是模拟计算机。1974年，K.Takanash采用数字计算机代替模拟计算机，发展了用于结构弹塑性地震反应的拟动力试验系统。早期拟动力试验采用的数值积分方法是线性加速度方法，动力方程采用的是增量形式，需要给出刚度矩阵，顺态刚度由测量得到。由于传感器的精度限值，造成瞬态刚度变化很剧烈，试验结果不理想。为克服这个困难，H.Tanaka采用中央差分法代替线性加速度方法，在试验中直接使用测量的恢复力而避免使用瞬态刚度，提高了试验的稳定性和精度。
80年代中期到90年代中期，拟动力试验方法又有了新的发展，主要表现在：1)子结构技术出现。子结构方法把结构划分为试验子结构和计算子结构，将易破坏具有复杂非线性特性的部分作为试验子结构进行试验，其余线性部分作为计算子结构由计算机进行仿真模拟。子结构技术在一定程度上解决了工程结构大型化和试验设备和经费规模有限的矛盾。2)数值计算方法的发展。传统的拟动力试验方法(如中央差分方法)多是基于显式数值积分方法开发的，由于显示数值积分方法是条件稳定的，对于复杂多自由度结构试验的应用受到限值。基于隐式方法的无条件稳定数值积分方法消除了传统拟动力试验中数值积分方法的固有缺陷。例如目前在拟动力试验中经常采用的PC-Newmark(预估-校正)方法是结合子结构技术提出的一种隐式方法。3)快速拟动力试验方法的提出。传统拟动力试验采用的是准静态的加载过程，无法考虑加载速率对结构反应的影响。而地震作用是动力的，这正是其不同于静力荷载的地方。加上近年来，橡胶隔震器、粘滞阻尼器、摩擦阻尼器在结构中的应用，使结构特性具有速度依赖性，为解决加载速率的问题，提出了快速拟动力试验技术及数值修正方法来消除加载速率的影响。Molina进行了带橡胶隔震器的四层结构的拟动力试验，并给出了橡胶隔震器考虑应变速率的修正系数。
对动力方程 中的M ，C ，p 三个量，拟动力试验都可以较好的反应。 M容易准确测量，而且在试验中一般保持不变; K虽然在试验中不断变化，但由于直接从试件测得，也可以准确反应试件的真实情况; P一般依据事先选定的地震波加速度时程确定，也很明确。拟动力试验中的一个难点就是阻尼矩阵 C的问题。阻尼的实质是：在基于状态的动力平衡方程中为表征能量耗散而引入的一个数学概念。在拟动力试验中， 并不是由于试验测定，而是事先人为假定的，而且假定整个试验过程中保持不变。实际上 矩阵由人为假定的振型阻尼比转化为数值积分采用的比例阻尼矩阵，就带有很大的主观性和近似性。在试验过程中， 矩阵是不断变化的，进入塑性阶段后，阻尼的机理也会发生改变，这显然与 矩阵保持不变的假定矛盾。在实际试验中也发现输入的阻尼对试验结果有很大影响。有关研究阻尼对拟动力试验影响的文献非常少。由于阻尼的复杂性，目前的拟动力试验仍是采用传统的人为假定振型比例阻尼的办法。拟动力试验另一个问题是以集中力代替实际的分布惯性力，对这种力分布形式的简化带来的影响目前也缺乏研究。对拟动力试验模型相似关系的研究比起振动台试验也少得多。我国《建筑抗震试验方法规程》规定的拟动力试验模型相似要求实际是静力相似，而国内实际完成的拟动力模型试验多数是按动力相似进行的。以上三点是拟动力试验与振动台试验相比的缺陷，也是拟动力试验今后应该重点研究和改进的地方。
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:52 编辑
好文章啊，搂主多转点这样的文章啊，存下来慢慢品味
拟动力在国外确实非常普及，但是由于试验成本非常高，在国内，对于大型的设备，很少有采用这种方法的，都是数值模拟的多
[转帖]建筑结构的抗震试验学习
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:53 编辑学习建筑结构的抗震试验，首先要解决如下的问题：抗震试验按照试验方法和试验手段的不同，可以分为哪几种方法?各有什么特点?低周反复加载静力试验的加载制度?伪静力试验量测项目和内容一般应包括哪些?伪静力试验的结果如何表达，如何用于进行结构抗震性能的评定?如何通过结构的强度、刚度、延性、退化率和能量耗散等方面的综合分析，来分析结构的特性和能力?拟动力试验的特点?地震模拟振动台动力加载试验在抗震研究中有什么作用?在选择和设计振动台台面的输入运动时，需要考虑哪些因素?
掌握结构抗震试验的特点是荷载作用反复，结构变形很大，试验要求做到结构构件屈服以后，进入非线性工作阶段，直至完全破坏。因此试验中要同时观测结构的强度、变形、非线性性能和结构的实际破坏状态。
建筑结构的抗震试验按照试验方法和试验手段的不同，可以分为低周反复加载试验(伪静力试验)、拟动力试验和动力加载试验。要理解各种试验方法和试验手段的特点，以便更好地获得测试结果和进行分析。
通过伪静力试验，能获得结构构件超过弹性极限后的荷载变形工作性能(恢复力特性)和破坏特征，也可以用来比较或验证抗震构造措施的有效性和确定结构的抗震极限承载能力。进而为建立数学模型，通过计算机进行结构抗震非线性分析服务，为改进现行抗震设计方法和修订设计规范提供依据。这种试验方法的设备比较简单，甚至可用普通静力试验用的加载设备。加载历程可人为控制，并可按需要加以改变或修正。
试验过程中，可停下来观察结构的开裂和破坏状态，便于检验校核试验数据和仪器设备工作情况。由于对称的、有规律的低周反复加载与某一次确定性的非线性地震相差甚远，不能反映应变速率对结构的影响，无法再现真实地震的要求。
为了弥补伪静力试验的不足，可利用计算机技术，用计算机来检测和控制整个试验。结构的恢复力可直接通过测量作用在试验对象上的荷载值和位移值而得到，然后再通过计算机来完成非线性地震反应微分方程的求解。这种方法称为拟动力试验。
人们总希望通过动力加载试验来研究结构的动力反应、结构抵抗动力荷载的实际能力与安全储备。结构抗震动力试验的难度与复杂性比静力试验要大。首先，荷载是以动力形式出现，它以速度、加速度或一定频率对结构产生动力响应，由于加速度作用引起惯性力。以致荷载的大小又直接与结构本身的质量有关，动力荷载对结构产生共振使应变及挠度增大。其次，动力荷载作用于结构还有应变速率的问题。应变速率的大小，又直接影响结构材料的强度。在结构试验中，人们发现加荷速度愈高，引起结构或构件的应变速率愈高，则试件强度和弹性模量也就相应提高。在冲击荷载作用下，强度与弹性模量的变化尤为显著。在动力反复荷载作用下，结构的强度要比静力低周反复加载提高10%以上，由此可见动力加载对应变速率所产生的作用。结构抗震动力试验可以分为周期性的动力加载试验和非周期性的动力加载试验。要掌握其加载方式和响应特点。
一、建筑结构抗震的低周反复加载静力试验
学习加载制度，要掌握静力试验加载制度的种类：
掌握单向反复加载的方法(控制位移加载法，控制作用力加载法以及控制作用力和控制位移的混合加载法)，特点和作用。在控制位移的情况下，掌握变幅加载、等幅加载和变幅等幅混合加载等方法的基本做法和研究目的。
了解双向反复加载的方法、特点、作用及适用范围。
掌握《建筑抗震试验方法规程》(JGJl01—96)规定的伪静力试验加载方法，注意加载的分级，加载的阶段，加载控制，加载的次数以及明确需要获得的参数，
结构伪静力试验的观测项目和量测仪器，掌握对结构伪静力试验的观测设计，构件选择。确定伪静力试验量测项目和内容应根据研究或检验的目的确定，一般宜包括：试验荷载值(开裂荷载、屈服荷载和极限荷载)和结构支承反力值;结构构件在每级荷载作用下的变形，包括挠度、位移、支座转角、曲率和剪切变形等;结构主体材料混凝土和砌体的应变;结构构件主筋和箍筋的应变;结构构件钢筋在锚固区的粘结滑移;裂缝宽度及分布形态。要注意不同类型试件及不同测试参数时的测点布置布置原理各自的特点。主要涉及墙体试件和钢筋混凝土框架节点及梁柱组合体试验的观测项目和测点布置。合理选择结构伪静力试验的量测仪表，针对所测试的项目选择合适的仪表和设备，注意仪器和设备的使用原理。随着测试技术的发展和计算机在结构试验数据采集中的应用，各种被测量(如位移、变形、曲率、转角、应变等)均可通过各种传感器将信号输入计算机进行数据采集和处理，要注意掌握起采集原理。
结构伪静力试验的主要目的是研究结构在经受模拟地震作用的低周反复荷载后的力学性能和破坏机理。伪静力试验的结果通常是由荷载-变形的滞回曲线以及有关参数来表达，它们是研究结构抗震性能的基本数据，可用以进行结构抗震性能的评定。同时，通过这些指标的综合评定，可以相对比较各类结构、各种构造和加固措施的抗震能力，建立和完善抗震设计理论，提出合适的抗震设计方法。因此要掌握对所测量项目的进一步分析方法。基本概念和所反映的性能。主要指标包括强度，刚度，滞回曲线形状，骨架曲线，延性系数，退化率，能量耗散。由伪静力试验都可以获得上述各个方面的指标和一系列具体参数，通过对这些量值的对比分析，可以判断各类结构抗震性能的优劣并做出适当的评价。
回复：（newidea）回复： 探讨拟动力试验的研究...
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:53 编辑二、建筑结构拟动力试验
掌握拟动力试验(又称为伪动力试验或计算机-加载器联机试验)的概念，即是指计算机与试验机联机对试件进行加载试验。计算机系统的目的是采集结构反应的各种参数，并根据这些参数进行非线性地震反应分析计算，并通过D/A转换，向加载器发出下一步加载指令。当试件受到加载器作用后，发出反应，计算机再次采集试件反应的各种参数，并进行计算，向加载器发出指令，……直至试验结束。了解计算机进行的结构地震反应时程分析计算方法，如线性加速度法、Newmarkβ法、Wilson-θ法等。
了解拟动力试验的基本步骤和试验特点。输入地面运动加速度，计算下一步的位移值，位移值的转换，量测恢复力及位移值，由数据采集系统进行数据处理和反应分析。整个试验工作的流程是连续循环进行的，全部由计算机自动控制操作。拟动力试验由于将计算机直接用于控制结构试验加载、数据采集和分析处理，使结构试验技术获得了飞跃的发展，为结构试验的自动化创造了良好的条件。为此需要对计算机的应用有充分的了解。拟动力试验具有以下特点：拟动力试验在整个数值分析过程中不需要对结构的恢复力特性作任何假设，这对于分析非线性的系统性能特别有利。对于恢复力特性比较复杂的结构，也可以根据试验结果来再现实际的地震反应;由于拟动力试验加载的时间周期近乎静态，为此，有条件给试验者以足够时间来观测结构性能变化和受损破坏的过程，从而获得比较详细的数据资料;对于一些足尺或大比例尺模型，在地震模拟振动台上进行试验由于受设备技术条件限制或相似条件等不能满足而没有可能性时，可以采用拟动力试验，由计算机控制并通过电液伺服加载器直接对结构物进行地震模拟加载。
由于大多数的建筑结构都是多自由度系统，因此，在进行联机试验时，为模拟结构受到的地震作用，一般要在试验结构的各层，即质量集中的部位安装加载器，随后用分析得到的各层位移反应控制加载器进行加载。由于多自由度系统中外力分布不仅是很复杂的，而且随时间呈随机分布，以致使加载分布在每一高度的变化都很复杂。更由于结构地震反应试验必须进入非线性阶段，结构又必须能在较大的非线性范围内控制位移加载，这样，使多自由度体系在试验控制上给数学模型的建立、计算机计算和液压加载控制等各方面都带来一系列困难。因此，有人还提出了子结构，将多自由度体系改为仅对某一层进行加载的拟动力试验方法。
三、建筑结构地震模拟振动台试验
在地震模拟振动台上进行动力试验，具有其他抗震动力和静力试验不同的特点，地震模拟振动台能再现各种形式的地震波，它为试验的多波输入分析提供了可能。
在学习地震模拟振动台试验时，要了解地震模拟振动台动力加载试验在抗震研究中的作用。其主要作用体现在:研究结构的动力特性、破坏机理及震害原因;验证抗震计算理论和计算模型的正确性;研究动力相似理论，为模型试验提供依据;检验产品质量，提高抗震性能，为生产服务;为结构抗震静力试验，提供试验依据。明确要研究的关于结构在振动荷载作用下的强度、刚度以及如何满足与正常使用条件有关的问题，确定对结构施加振动荷载的方法、形式和控制。熟悉地震模拟振动台试验的加载过程和试验方法。在选择和设计台面的输入运动时，还需要考虑下列因素：试验结构的周期;结构所在的场地条件;考虑振动台台面的输出能力，考虑一次性加载和多次性加载的特点。
地震模拟振动台试验的结构反应量测：需要确定量测的指标，量测的位置，量测的方法。
回复：（oliver）回复：（newidea）回复： 探讨拟动力...
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:53 编辑第二章 加载装置与试验设备
【教学基本要求】
通过本章的学习使您掌握或了解建筑结构试验中的各种加载装置和相关的试验设备，具体的要求如下：
1.掌握重物加载的方法及相关的加载设备;
2.了解机械式加载方法及加载设备;
3.了解气动加载方法及加载设备;
4.掌握液压加载的方法及相关的加载设备;
5.了解动荷加载装置;
6.掌握加载辅助设备;
7.掌握试件支承装置。
【学 习 重 点】
1.重物加载, 液压加载的分类, 液压系统, 液压加载荷载的标定;
2.荷载支承装置，荷载传递装置;
3.试件支承装置。
【内容提要和学习指导】
1-1重物加载
在建筑结构试验和检验中重物加载是最经常使用的加载方法之一，是使用容重较大的又容易获得的物质对结构或构件施加荷载的方法。
重物加载的优点是：1.适于长时期的建筑结构试验，并能保持荷载值的稳定;2.荷载重物容易获取，加载方法简单方便，经济可靠。
为了施加较大的集中荷载，往往利用荷载放大机构。杠杆是最简单的荷载放大机构，又因其制造简单方便，荷载值恒定不变，适用于长时期的试验加载。
在试验时应根据具体情况选择不同的加载重物，不论采用哪种物质作为重物荷载，必须在试验前对荷载值进行称重，保证重物荷载值的准确性。由于重物荷载的体积庞大，在进行建筑结构破坏性实验过程中应采取尽安全保护等措施，保证试验的安全。
1-2机械式加载
机械式加载方法就是利用简单的机械设备对结构施加荷载，机械式加载对建筑结构可施加集中荷载。
机械式加载的优点是加载机械设备简单可靠，实现加载容易。
1-3气压加载
1.气压加载
气压加载是使用压缩空气或高压氮气建筑结构施加均布荷载。压缩空气和高压氮气是通过橡胶气囊给结构施加荷载的，为了提高气囊的试验压力荷载，结构的四周应砌筑支承边墙，使结构、支承边墙和地面将气囊包围在其中，达到增高气体荷载压力的目的。
2.负压加载
气压加载的另一种方法是抽真空，形成大气压力差实现对结构的均布加载。
气压加载适用于对板壳等大面积的结构物施加均布荷载，其优点是加卸荷载方便可靠，荷载值稳定易控制。
1-4液压加载
液压加载在建筑结构试验中是理想的加载方法之一，它不但可以对建筑结构物施加静荷载，也可施加动荷载。液压加载的原理清晰，加载设备操作简单方便、安全可靠，能产生较大的荷载，而且荷载容易控制准确稳定，并能实现多点同步加载，是目前建筑结构试验应用最广技术先进的加载方法之一。
1.液压加载的分类
液压加载器根据结构和不同的功能分为：液压千斤顶、单向作用液压加载器、双向作用液压加载器和电液伺服作动器。
液压千斤顶是一种简单的起重工具，可用于施加集中荷载。单向作用液压加载器不能单独使用进行加荷，需要配备液压系统，形成液压加荷系统。其结构简单，加荷工作行程大，可在使用中倒置安装，易实现多点同步加载。双向作用液压加载器的特点是：活塞两侧液压油的作用面积基本相当，因此，双作用液压加载器可施加往复拉压加载，为抗震结构试验中的低周往复加载试验提供了加载器具。电液伺服加载器是在双作用液压加载器的基础上配置电液伺服阀、拉压力传感器和位移传感器组成的可控加载装置。
2.液压系统
液压加载系统包括液压系统和荷载支承系统，液压系统由液压控制系统和液压加载器组成。液压控制系统由油箱、高压油泵、测力装置及各种阀门组成。一个液压系统可以控制多个液压加载器。
配置不同的荷载支承系统，利用液压加载系统可做各种建筑结构(屋架、梁、柱、板及墙板等)静载试验。
电液伺服作动器的电液控制系统，包括液压系统及微机控制系统。液压系统由油泵站及电液伺服作动器组成。微机控制系统包括：装有模数(A/D)及数模(D/A)转换卡的微机、应变仪及信号放大器组成。由电阻应变片、位移传感器和拉压力传感器与数据采集系统组成闭环控制。
电液伺服加载系统具有频响快，灵敏度高，控制精度好，适应性强等优点，在建筑结构试验中应用范围较广，电液伺服作动器和控制系统可以完成结构静荷试验、结构动荷试验、结构低周疲劳和模拟地震试验等等。
3.液压加载器荷载的标定
液压加载器必须经过国家质量技术监督局认证的具有检测资质的试验室或检测站的标定, 标定液压加载器时应采用实际使用方式进行标定，建立荷载—压力表示值的关系曲线，才能保证试验荷载值的准确性。
标定液压加载器时，由于压力表示值的低端和高端属于压力表低灵敏度的区域，因此，在压力表示值不灵敏区域内不可进行液压加载器的标定。在压力表示值的灵敏区域内均匀地取6个以上测量点，测取压力表示值和相应的试验机荷载示值，反复测试三次取各测点的平均值，然后进行一元线性回归分析，给出压力表示值与液压加载器顶出力间的拟合直线方程，在试验时利用直线方程的关系进行加载。
1-5动荷加载方法
1.惯性力加载
初始位移加载法是对结构或构件施加荷载，使其产生变形，然后突然卸掉荷载，使结构或构件产生自由振动的方法。这种加载方法对结构振动没有附加质量的影响，适用于测量结构自振频率。
张拉突然卸荷法另一种加载方法是利用重物使结构产生初始位移，自动脱钩器使重物荷载突然卸荷，产生自由振动。由于重物的质量对结构不产生附加质量的影响，对测量结构的自振频率是一种较理想的加载方法。
初速度加载法就是使加载器具提高势能水平，然后施放加载器具的势能转变为动能，加载器具获得一定的速度后撞击试验结构，使结构获得冲击荷载。
2.激振器加载法
根据激振器加载方法的不同，分为机械式激振器和电磁式激振器。机械式激振器是利用离心力施加周期性荷载的，而电磁式激振器是利用磁极的性质施加荷载的。
机械式激振器的适应性较强，使用时需要将激振器底座固定在试验结构的加荷点处，直接进行加载。也可把机械式激振器与活动平台相联，组成机械式振动平台。机械式激振器频率低，振动波形失真度较大，而且加载设备体积庞大，设备较笨重，产生的噪声很大，这是机械式激振器的缺陷。
电磁式激振器安装在不同的支座上可以实现水平激振加载或垂直激振加载，是建筑结构动力试验的重要加载设备。
电磁式激振器的优点是：频率范围较宽，一般在0~200Hz，个别的产品可达1000Hz;重量轻，控制方便，激振力由几十公斤到几百公斤。缺点是激振力较小，仅适合于尺寸较小的建筑结构模型试验。
3.爆炸加载
爆炸加载就是利用火药或炸药使之燃烧或引起爆炸，产生冲击荷载作用于试验结构或建筑物。炸药爆炸后以应力波或冲击波的形式作用于试验结构或建筑物，而火药燃烧是通过火箭激振加载器以激振力的形式作用于结构或建筑物。
爆炸加载利用地面和地下进行炸药爆炸加载，使地面产生瞬间的动力效应。在通常情况下，试验结构距起爆中心较远时，才能较好地模拟地震对试验结构产生的动力效应，获得满意的试验结果。
火箭激振加载也称为反冲激振器加载，是利用火箭发动机的原理对试验结构施加荷载的。火箭激振加载器特别适宜在现场进行建筑物自振频率和动力反映试验中使用，在使用火箭激振加载器进行试验过程中，应将火箭激振加载器固定牢固，注意防火。
1-6加载辅助设备
1.荷载支承装置
荷载支承装置必须具有足够的强度和刚度，才能胜任工作保证实验顺利进行。荷载支承装置分为竖向荷载支承装置和水平荷载支承装置。
在试验室中使用的荷载支承装置是积木拼装式的，这类试验荷载支承装置的特点是通过不同的组合，适应不同尺寸的试件，满足不同的试验工况。在施工现场进行结构实验检测时，可使用简易的荷载平衡支承装置，如：现场的基础桩或堆积的重物来平衡竖向加载力。
剪力墙是试验室中理想的水平荷载支承结构。桁架式水平荷载支承装置用型钢制造而成，它只能承受不太`大的水平荷载作用，通常在中小型结构试件试验中使用。桁架式水平荷载支承装置是一种可移动的试验支架，它可以根据试验需要固定在指定位置，使用两个反力架也可实现水平面内X-Y两个方向上加载。
2.荷载传递装置
荷载传递装置的功能是将加载装置产生的作用力按试验荷载图式的要求正确地传递到试验结构上。荷载传递装置结构简单，如：杠杆、卧梁和分配梁，但是在结构试验中起着重要的作用。
卧梁的功能就是在试验时将若干个加载装置的集中荷载转变为均布荷载作用于试件的加载表面。分配梁的功能是将加载装置施加的一个集中荷载按一定比例分配成两个集中荷载。为了一个集中荷载分成多个集中荷载，可采用多层分配梁。
1-7试件支承装置
试件的支承装置是实现试验结构力边界条件及位移边界条件关键的试验装置之一，因此，在结构试验中只有正确地使用支承装置，才能确保结构试验的顺利进行。试件支承装置包括：支座和支墩。
1.支座
支座的工作状况是支座与试验结构表面接触支承着试验结构，支座的反力作用于试验结构，支座本身由支墩支承。经常使用的支座按作用形式不同分为滚动铰支座、固定铰支座、固定球铰支座、活动球铰支座和固定端支座。滚动铰支座允许结构在支承点处横方向上自由移动，支反力的作用方向是在接触点处公共法线上，并指向试验结构。固定铰支座与滚动铰支座不同之处是不允许试验结构在支承点处产生横向位移。固定球铰支座允许试验结构在三个方向上产生转动，支反力使试验结构处单向受压荷载作用，活动球铰支座有五个自由度。固定端支座不允许试验结构产生转动和移动。在进行结构试验时，应根据结构实际的受力情况选用相应的支反力才能获得正确的实验数据。
2.支墩
支墩与地面接触，是支座的支承装置。试验室使用钢制或钢筋混凝土制的支墩，支墩可以自由移动。现场进行结构试验时使用的支墩由砖块砌筑或由混凝土浇注而成，这些支墩往往是一次性使用，所以它们的结构是简易的。
支墩的上表面应预埋钢板。支墩自身应有足够的强度和较大的刚度，支墩的底面积要保证在试验过程中不产生过量的不均匀沉降。
【思 考 题】
1. 重物加载的优缺点是什么?
2. 使用吸水性材料作为重物荷载时，在建筑结构试验过程中应当注意什么?
3. 液压千斤顶、单向作用液压加载器、双向作用液压加载器的结构原理有何不同?各适宜施加何种荷载?
4. 对液压加载器进行标定时应当注意什么?
5. 液压控制系统主要由哪些部件组成?
6. 荷载支承装置应满足哪些条件?
7. 加载器具应满足理论的什么条件?
8. 支承装置应满足理论的什么条件?
9. 给出某种支承装置的反力图示。
10.支墩的作用是什么?选择或设计支墩应考虑哪些因素?
第四章 无损检测技术
【教学基本要求】
通过本章学习您应掌握或了解如下内容：
1掌握超声波检测技术;
2掌握回弹法检测混凝土强度;
3掌握超声回弹综合法检测混凝土强度;
4了解磁检测技术;
5了解砌体检测技术;
6了解局部破损混凝土强度检测技术。
【学 习 重 点】
1超声波检测技术;
2回弹法检测混凝土强度;
3超声回弹综合法检测混凝土强度;
4钢筋的位置检测。
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:54 编辑
3.1超声波检测技术
1基本原理
超声波检测的基本原理是：超声波在不同的介质中传播时，将产生反射、折射、散射、绕射和衰减等现象，使我们由接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形或频率发生了相应的变化，测定这些变化就可以判定建筑材料的某些方面的性质和结构内部构造的情况达到测试的目的。
现代的非金属超声波检测仪采用模块化数字式的测量电路，由键盘输入测量指令后计时电路和脉冲发生器同时启动，脉冲发生器产生的脉冲信号经辐射换能器变换成超声波在被测结构或构件的混凝土中传播，而计时电路产生的时标信号调制显示器在横轴方向上的坐标值。此刻，接收换能器没有接收到超声波信号，所以显示器在横轴上显示的是一条匀速向前移动的横亮线。当接收换能器接收到由混凝土中传出的超声信号后变换成电信号，再输入放大器放大和经模数转换板后成数字信号输入中央处理器，将测量信号存储和显示，或由键盘输入指令打印测试结果或输入微机进行处理。设超声波穿过结构混凝土所需要的时间为t，超声波穿过混凝土的距离为L，则可获得超声波在混凝土中传播的波速V。
根据不同的检测目的和检测结构形状的要求，辐射换能器和接收换能器有下面三种布置形式测量结构混凝土的声时：直穿法、斜穿法和平测法。
2混凝土强度的检测
1.超声测强的原理
混凝土抗压强度 与超声波在其内部传播时的速度有一定的相关性，这就是超声法检测混凝土强度的基本原理。混凝土强度越高，超声波在混凝土中传播的波速也越大，反之波速就小。经过大量的试验研究证明，影响超声波在混凝土中传播速度的因素有：粗骨科的品种、粒径、用量，水泥的品种，含砂量，添加剂，水灰比，养护条件，龄期，温度，钢筋混凝土中的钢筋粗细、疏密和方向等等。因此，超声波在混凝土中传播时对波速的影响因素是复杂的和随机的，改变其中的每一个因素均会对测试结果造成影响。
3裂缝深度的检测
超声法为检测混凝土的裂缝提供了一种方便、快速和准确的检测手段。超声波在混凝土传播过程中遇到裂缝，将产生反射、折射、绕射等物理现象，使超声波声时延长，根据声时的变化推测裂缝的深度。
浅裂缝检测
结构和构件混凝土由表面开裂，裂缝深度小于或等于500mm时称为浅层裂缝。结构和构件混凝土裂缝处有一对平形表面时，可采用直穿法或斜穿法进行测量。由于超声波在钢筋中的波速比混凝土中的波速大，为了降低测量误差，在布置测点时要求辐射和接收换能器的连线与钢筋轴线至少相距1.5倍的裂缝预测的深度。
4混凝土内部缺陷的检测
1) 混凝土结合面的质量检测
如果前后两次浇筑混凝土的时间间隔大于3小时，前后两次浇筑混凝土的界面间形成了混凝土的结合面。常采用超声斜射法检测混凝土结合面的浇筑质量，测试前需要判断结构和构件混凝土结合面的位置及走向，布置测点时应避开与声波传播方向平行的主钢筋或预埋件。按布置的测点测量声时、波的振幅和频率值，当某些测点的测量数据异常时，如声时增大，波幅减小等，可判定这些测点超声路径与混凝土结合面相交部位结合不良。
2) 混凝土内部空洞和疏松等缺陷的检测
超声法检测结构和构件混凝土内部空洞和疏松等缺陷的原理与前面的原理一样，是利用超声波在混凝土中的声时、波幅或频率值的变化来确定异常测点的位置达到判别缺陷的范围的目的。
当建筑结构和构件有两对相互平行的测试面时可采用对测法。当建筑结构和构件仅有一对平行的测试面时应采用斜测法。当建筑结构和构件的尺寸较大时，利用钻孔法检测混凝土内部的缺陷。
5钢材和焊缝缺陷的检测
如果钢材和焊缝的内部存在缺陷，缺陷的质量密度往往小于钢材的质量密度使缺陷与钢材间存在着界面，当超声波到达该界面时，一部分入射的超声波在缺陷界面处被反射，另一部分超声波经折射入射缺陷中。也就是，原来单方向传播的超声波能量由于一部分被反射，通过缺陷界面的能量相应减少。如果在缺陷界面反射方向接收反射波的能量，或在传播方向接收穿过缺陷的透射超声波的能量，都要小于超声检测仪发射超声波能量的正常值，这两种情况说明在钢材中存在缺陷。利用超声反射波检测钢材和焊缝缺陷位置和尺寸大小的方法称为超声脉冲反射法。采用超声穿透波检测钢材和焊缝缺陷的方法称为超声脉冲穿透法。
3.2回弹法检测混凝土强度
1.回弹仪的结构和基本测试原理
回弹仪的重锤在拉簧拉力的作用下沿导向杆急速运动，当重锤撞击弹击杆后，弹击杆撞击混凝土表面，而重锤向相反的方向回弹一定的距离，从刻度尺上的指针位置读取回弹值。回弹仪的基本测试原理：就是利用拉力弹簧驱动重锤，通过弹击杆作用混凝土表面，以重锤回弹的距离与拉力弹簧初始拉伸长度比值的百倍整数值为被测混凝土的回弹值W，再由回弹值与混凝土抗压强度间的相关关系推定混凝土的抗压强度。
通常情况下，结构和构件混凝土抗压强度越高，混凝土表面的硬度就越大，测试获得的回弹值W也就越大。
2. 回弹法的测强曲线
回弹法测定结构和构件混凝土强度的依据是：回弹值与混凝土抗压强度间的相关性，这种相关性是以基准测强曲线或经验公式的形式给出的。
回弹法基准测强曲线或经验公式是回弹法检测结构和构件混凝土强度的关键，它直接关系到回弹法测量混凝土抗压强度的准确性，所以，基准测强曲线或经验公式的确定是回弹法检测混凝土强度的关键。
为了提高回弹法检测结构和构件混凝土强度的测量精度，目前国内常用的基准测强曲线分三种类型：专用测强曲线、地区测强曲线和统一测强曲线。
专用测强曲线是针对某工程、某构件预制厂或某商品混凝土供应站，仅考虑使用特定的原材料、成型和养护工艺、成型的日期等影响因素制定的基准测强曲线。地区测强曲线是针对某省、市、自治区或者是特定地区制定的基准测强曲线。统一测强曲线是建设部在全国广泛布点，由全国有代表性的材料、成型养护工艺配制的混凝土，通过试验建立的曲线。
在使用测强曲线时应优先选用本单位的专用测强曲线，其次是使用本地区测强曲线，当没有专用和地区测强曲线时才考虑使用统一测强曲线。
3.回弹法检测结构和构件混凝土强度时测区应满足下列要求：
测区应设置在混凝土浇筑的側面，尽量选择保证回弹仪处于水平工作位置的测区;每一结构和构件测区数不少于10个，对某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.5m的构件，其测区数量可适当减少，但测区也不得少于5个;相邻两测区的间隔控制在2m以内，测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5m，且不宜小于0.2m，其面积不宜大于0.04m ;当在某测区有一对平行側面时，测量时在每个側面各测取8个回弹值;若测区仅有一个側面时，在该側面需测取16个回弹值，回弹值的读数精度至1;测区应清洁、平整、无疏松层、浮浆、油垢、涂层以及蜂窝、麻面，必要时可用砂轮清除疏松层和杂物，不应残留粉末或碎屑。
4.回弹法在测量时的注意事项是：
同一测点只允许弹击一次，不可重复;相邻两测点的净距离不小于20mm，测点距构件的边缘、外露钢筋或石子和预埋件的距离不小于30mm;对于体积小、刚度差、测量部位厚度小于100mm的构件，测量时应进行支承加固，否则，影响回弹法的测量结果。
5. 碳化层的测量
由于碳酸钙使混凝土表面硬度增高，为此，在回弹法测试完毕后，应对测区混凝土表面碳化层的深度进行测量。采用直径为15mm钻头垂直于混凝土表面钻一定深度的孔，并将孔清理干净(注意：不可用水清理)，立刻用浓度为1%的酚酞酒精溶液滴入孔洞内壁边缘处进行检测，不呈现紫红色反应的表面厚度层即为碳化深度。待碳化层界线清楚后，用专用深度尺测量3次以上，每次读数的精确至0.5mm，然后取其平均值，即为混凝土的碳化深度。
6.回弹值的数据处理
将每一测区16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，然后将余下的10个回弹值按下式计算每个测区回弹值的平均值。
7.结构混凝土抗压强度的确定
建筑结构测区混凝土抗压强度换算值，可按该测区的平均回弹值及碳化深度，利用测强曲线确定之，再由各测区的混凝土抗压强度的换算值可推定建筑结构测区混凝土强度平均值。当结构或构件的测区数n不少于10个时，还必须计算混凝土强度标准差 ，结构和构件混凝土的抗压强度推定值 ，按下式确定
(1)当结构或构件测区数少于10个时
(2)当结构或构件的测区强度值中出现小于10Mpa时
< 10 Mpa
(3)当结构或构件测区数不少于10个或按批量检测时，应按下式计算
对于按批量进行检测的构件，当这批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时，这批构件全部按单个构件进行混凝土强度的推定：
1)当这批构件混凝土强度的平均值小于25Mpa时，
> 4.5Mpa;
2)当这批构件混凝土强度的平均值大于或等于25MPa，
> 5.5Mpa。
当检测条件与测强曲线的适用条件有较大差异时，可采用同条件试件或钻取混凝土芯样进行修正。
回复：（oliver） 3.1超声波检测技术 1基本原理...
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:54 编辑3.3超声回弹综合法检测混凝土强度
超声回弹综合法是利用超声法和回弹法两种独立的检测手段联合进行检测建筑结构和构件混凝土的抗压强度，它较之单一检测方法具有检测精度高、适用范围广和测试结果可信度高等优点，因此，在混凝土构件的质量控制及检测结构和构件混凝土强度中得到广泛的应用。
超声回弹综合法是以超声波在建筑结构混凝土内部传播的波速和混凝土表面的回弹值的两项测试指标，综合推定结构混凝土抗压强度的一种无损检测方法。超声法检测混凝土强度充分反映了超声波历程上混凝土内部材料的平均强度，而回弹法的回弹值仅反映了结构混凝土表面层的材料强度。超声法和回弹法检测结构混凝土强度的测量值是可以互相补偿的，消除碳化因素的影响。试验证明：超声回弹综合法检测结构和构件混凝土强度的精确度和可靠性要高于单一的超声法或回弹法。
使用超声回弹法检测结构混凝土抗压强度时，必须严格遵守《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》的规定进行测量。测量时注意事项为：超声法测点和回弹法测点应布置在同一测区内，但两种测量方法的测点不宜重叠;每一测区内先进行回弹值的测试，再进行超声法的测量。
结构测区的混凝土抗压强度换算值 应采用该测区的回弹值和声速值，并优先选择专用测强曲线进行推定。
3.4磁检测技术
1钢筋位置的检测
检测铁磁材料的位置、尺寸大小及其内部缺陷，目前使用的测量方法有两种：钢筋位置测定仪和磁粉探伤机。钢筋位置测定仪在检测混凝土内部钢筋的位置、钢筋直径和保护层厚度时，不需要破坏混凝土保护层，就可以有效地达到测量的目的。
这种钢筋位置检测仪在混凝土中最大探测的深度为40-700mm，检测混凝土中的钢筋直径为10-32mm。使用钢筋位置检测仪获得最佳的满意检测结果的条件是：混凝土结构和构件中的配筋稀疏并距混凝土表面较近。
2钢筋锈蚀的检测
利用电位差法检测钢筋锈蚀的情况，其测试原理是：根据电化学原理混凝土中的钢筋一旦被腐蚀，钢筋中的没有被腐蚀部分与腐蚀层的界面之间由于分子所处的电位不同，形成了电位差。由于钢筋腐蚀层的厚度不同，其接地电位差也就不同的，利用这一原理检测
钢筋腐蚀层的厚度。
3.5砌体强度检测
1间接测定法
所谓砌体间接测定法就是使用专门的测量仪器和测量方法对砌体块体、砂浆的某一项强度等级进行测量，或测量与材料强度有关的某一物理参数来推定砌体强度的。经常使用的测试方法有：回弹法测定砂浆强度和推出法。
2直接测定法
1) 砌体原位抗压强度的测定—扁顶法
扁顶法不但可以在原位测量砌体的工作压力，而且可以测量砌体的弹性模量和抗压强度。
2) 砌体抗剪强度的测定—原位单砖双剪法
原位单砖双剪法可对建筑砌体的抗剪强度进行测定。利用专用的液压加载器具对砌体内的单块砖施加推力，测量砌体沿通缝截面的抗剪强度。
3.6局部破损混凝土强度的检测技术
1钻芯法
钻芯法是在混凝土结构中有代表性的部位直接钻取混凝土芯样，一方面钻芯法可以直观的检测结构混凝土内部缺陷，另一方面由芯样检测混凝土的抗压强度或劈裂抗拉强度，进尔评定结构混凝土的强度指标。这种检测方法的优点是直观可靠地检测结构和构件混凝土的内部缺陷或强度指标，其缺点是对原结构会造成局部损伤，所以，钻芯法只作为抽检结构和构件混凝土抗压强度、内部混凝土强度的均匀性或缺陷的方法。
2拔出法
拔出法是利用金属锚固件固定在结构或构件混凝土中，然后将金属锚固件拔出同时测量拔出力的大小，利用拔出力与混凝土抗压强度间的相关关系，推定结构和构件混凝土抗压强度的测试方法。拔出法有两种主要测试方法：其一是将金属锚固件预埋入未硬化的混凝土结构或构件中，到达龄期后进行拔出法试验，称为先装法。另一种是在已经硬化的混凝土结构或构件上钻孔装入金属锚固件，再进行拔出试验，称为后装法。
拔出法的优点是直观可靠地反映了结构或构件混凝土的抗压强度，试验测试结果可信度较高，而且比钻芯法方便省时省力，测试经费用低，测试过程中结构和构件混凝土的损伤范围较小。
【思 考 题】
1.超声波检混凝土缺陷的原理是什么?
2.利用超声法对简单结构进行检测缺陷或裂缝时，会布置测点和对测试结果进行处理。
3.使用回弹法或超声回弹综合法时有几种测强曲线?选用的原则是什么?
4.如何利用回弹法或超声回弹法的测量值推定结构混凝土的强度?
5.使用超声法检测混凝土缺陷时应注意什么?
6.使用钢筋位置检测仪获得最佳的满意检测结果的条件是什么?
7.钻芯法的优缺点是什么?
8.拔出法较钻芯法有什么优点?
回复：（oliver）回复：（oliver） 3.1超声波检测...
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:54 编辑建筑结构试验设计中应注意的问题
建筑结构试验设计要解决的问题：试件设计应从哪些方面进行考虑?要注意哪些问题?结构试验对试件设计有哪些要求?常用的模型材料有哪些?结构模型相似的三个定理应如何进行理解?如何确定原型与模型的相似条件?量纲分析法确定相似条件的步骤?为什么有时采用不同于设计计算所规定的荷载图式?试验的加载制度包括哪些内容?试验加载程序包括哪几部分内容?观测仪器如何选择，测读时应遵循什么原则?结构试验时应采取哪些安全措施?试验报告要如何书写?
带着所提出的问题进行有针对性的学习。主要思路如下：
结构试验设计的内容，主要是通过反复研究，确定试验的目的，试验的性质与规模，进行试件设计，选定试验场所，拟定加载与量测方案，设计专用的试验装置和仪表夹具附件以及制订安全技术措施。同时，按试验规模组织试验人员，提出试验经费预算和消耗性器材数量和设备清单。最后在设计规划的基础上提出试验大纲和进度计划。试验工作者对新型的加载设备和测量仪器方面知识准备充分。
一、试件设计
对于试件设计，包括试件的形状，尺寸和数量的选择都要遵循合理可行的规则。
试件设计之所以要注意它的形状，主要是要在试验时形成和实际工作相一致的应力状态。在从整体结构中取出部分构件单独进行试验时，必须要注意其边界条件的模拟，使其能如实反映该部分结构构件的实际工作，同时要注意有利于试验合理加载。
任一试件的设计，其边界条件的实现与试件安装、加载装置与约束条件等有密切的关系。在整体设计时必须进行周密考虑，才能付诸实施。
结构试验所用试件的尺寸和大小，总体上分为真型(实物或足尺结构)和模型两类。不同情况下选择不同的试件尺寸，采用缩尺或真型试件。必要时要考虑尺寸效应的影响，在满足构造要求的情况下，太大的试件也没有必要。
对于结构动力试验，试验尺寸常受试验加载条件等因素的限制。动力特性试验可在现场原型结构上进行。至于地震模拟振动台加载试验，因受台面尺寸、激振力大小等参数的限制，一般只能作缩尺的模型试验。
试件设计同时必须考虑必要的构造措施。
在科研性试验时，为了保证结构或构件在某一预定的部位破坏，以期得到必要的测试数据，就需要对其它部位事先进行局部加固。为了保证试验量测的可靠性和安装仪表的方便，在试件特定的部位必须预设埋件或预留孔洞。对于为测量混凝土内部应力的预埋元件或专门的混凝土应变计、钢筋应变计等，应在浇捣混凝土前，按相应的技术要求用专门的方法就位固定埋设在混凝土试件内部。
采用模型试验时，为了保证模型试验所研究的物理现象与实物试验的同一现象是相似的，下列问题必需考虑：试验材料如何选择;试验参数如何确定;试验中应该测量哪些量;如何处理试验结果以及可以推广到什么样的现象上去。
相似设计要求模型和原型能描述同一物理现象，所以，要求模型材料和原型材料的物理性能、力学性能和加工性能相似：建筑结构模型可分为弹性模型和强度模型两大类，模型材料也可分为弹性模型材料和强度模型材料两大类。对材料所涉及的种类和物理性能要有充分的认识。
相似设计中要掌握结构模型相似的必要与充分条件，即掌握相似理论的三个定理，并弄清其中的关系。
两个物理现象相似，就是描述这个物理现象的各种参数之间具有相同的关系。简单地讲，就是两个物理现象可用同一个表达式描述。尽管这种表达式可能是未知的。
相似第一定理：若两个物理现象相似，则相似指标必为1;或者相似判据相等，且为常数。相似第一定理说明了，相似指标为1或相似判据相等是相似的必要条件。
同样可以证明逆定理也是成立的，它给出了相似的充分条件，即相似第三定理：如果相似指标为1或相似判据相等且其它单值条件(边界条件、初始条件等)相同，则两现象必相似。
设计模型就是要确定相似判据，进而确定相似指标，再确定模型各参数的相似常数，最后设计出试验模型。
相似判据存在定理——π定理表述如下：如果一个物理现象可由n个物理量构成的物理方程式描述，在n个物理量中有k个独立的物理量，则该物理现象也可以用这些量组成的(n-k)个无量纲群的关系来描述。这些无量刚群均可作为相似判据。所谓量纲，就是物理的种类。
π定理的意义在于：相似判据一定存在，而且至少存在一个。
结构模型设计
结构模型试验的过程要客观地反映出参与该模型工作的各有关物理量之间的相互关系。由于要在模型和真型建立相似关系。因此，也必然反映出模型与真型结构相似常数之间的关系。这样，相似常数之间所应满足的一定关系就是模型与真型结构之间的相似条件，也就是模型设计需要遵循的原则。确定相似条件的方法有方程式分析法和量纲分析法两种。
前者是根据基本的力学方程式，把所有变量移到等式一端，常数移到另一端，求得相似判据。在相似判据中，将所有的变量都用相应的相似常数代替，得相似指标，并令其等于1。在每一个相似指标中，有一个相似常数不能任意取值，而按相似指标为1来计算出。
一般地，首先确定模型材料。按模型材料可得模型材料的弹性模量及波桑比，可确定出弹性模量的相似常数 及波桑比的相似常数 ，称为材料相似。其次，按实际可能与试验条件，随意确定几何尺寸的相似常数 ，模型的所有集合尺寸全部按此相似常数确定，称为几何相似。在相似判据方程式中，一些相似常数决定后，还会有其它相似常数，可随意选取其中一些值，最后按式计算出另外的相似常数。可取 ，即荷载的比例，称为荷载相似。用方程式分析法建立相似条件相当方便明确，但必须在进行模型设计前对所研究的物理过程中各物理量之间的函数关系，亦即对试验结果和试验条件之间的关系提出明确的数学方程式。这常常需要通过试验研究才能提出，尤其当结构或荷载条件较复杂，我们还没有掌握其间的客观规律时，在进行模型设计前一般不能提出明确的函数方程式。
用量纲分析法进行模型设计仅需明确哪些物理量影响该物理现象以及量测这些物理量的单位系统的量纲就够了。
量纲的概念是在研究物理量的数量关系时产生的，它说明量测物理量时所用单位的性质。每一种物理量都对应一种量纲。注意，有些物理量是无量纲的，用表示，有些物理量是由量测与它有关的量后间接求出的，其量纲由与它有关的物理量的量纲导出，称为导出量纲。在一般的结构工程问题中，各物理量的量纲都可由长度、时间、力这三个量纲导出，故可将长度，时间，力三者组合取为基本量纲，称为力量系统。另一组常用的基本量纲组合是长度、时间、质量，称为质量系统。基本量纲组合必须是互相独立的和完整的，即在这组基本量纲中，任何一个量纲不可能由其它量纲组成而且所研究的物理过程中的全部有关物理量的量纲都可由这组基本量纲组成。两个物理量量纲相同，才能相加减。一个物理方程式中，等式两边各项的量纲必须相同。常把这一性质称为“量纲和谐”;量纲和谐的概念是量纲分析法的基础。
量纲分析法归纳如下：列出与所研究的物理过程有关的物理参数，根据第二相似定理和量纲和谐的概念找出π数，并使模型和原型的π数相等，从而得出模型设计的相似条件。
二、试验加载
加载图式的选择与设计
结构试验时的荷载作用应使结构处于某一种实际可能的最不利工作状态。试验时，荷载的图式要与结构设计计算的荷载图式一样，结构的工作和其实际情况才最为接近。有时，也常由于一些原因而采用不同于设计计算所规定的荷载图式，对这些情况应注意。如试验时采用某种更接近于结构实际受力情况的荷载布置方式。或采用等效荷载的方式来改变原来的加载图式。采用等效荷载试验时，必须全面验算由于荷载图式改变对结构产生的各种影响。必要时，应对结构构件作局部加强，或对某些参数进行修正。当构件满足强度等效而整体变形条件不等效时，则需对所测变形进行修正。当取弯矩等效时，尚需验算剪力对构件的影响。同时要求采用等效荷载的试验结果所产生的误差控制在试验允许的范围以内。
试验加载装置的设计
为保证试验工作的正常进行，对于试验加载用的设备装置，也必须进行专门的设计。在使用实验室内现有的设备装置时，也要按每项试验的要求对装置的强度刚度进行复核计算。
对于加载装置的强度，首先要满足试验最大荷载量的要求，保证有足够的安全储备，同时要考虑到结构受载后有可能使局部构件的强度有所提高。试验加载装置在满足强度要求的同时，还必须考虑刚度的要求，在结构试验时，如果加载装置刚度不足时，将难以获得试件极限荷载下的性能。
试验加载装置设计还要求使它能符合结构构件的受力条件，要求能模拟结构构件的边界条件和变形条件，否则就失去了受力的真实性。在加载装置中还必须注意试件的支承方式。试验加载装置除了在设计上要满足一系列要求外，应尽可能使其构造简单，组装时花费时间少，特别是当要做同类型试件的连续试验时，还应考虑能方便试件的安装，并缩短其安装同调整的时间。要掌握结构试验时构件空间就位形式的不同和特点。
结构试验的加载制度
试验加载制度是指结构试验进行期间控制荷载与加载时间的关系。它包括加载速度的快慢、加载时间间歇的长短、分级荷载的大小和加载、卸载循环的次数等。结构构件的承载能力和变形性质与其所受荷载作用的时间特征有关。对于不同性质的试验，必须根据试验的要求制订不同的加载制度。
对于预制混凝土构件，在进行质量检验评定时，可按《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)的规定进行。一般混凝土结构静力试验的加载程序可按《混凝土结构试验方法标准》(GB50152-92)的规定进行。对于结构抗震试验，则可按《建筑抗震试验方法规程》(JGJl01—96)的有关规定进行设计，抗震的静力试验采用控制荷载和变形的低周反复加载，而结构拟动力试验则由计算机控制按结构受地震地面运动加速度作用后的位移反应时程曲线进行加载试验。
合理选择均布荷载或集中荷载的加载图式，数量及作用位置布置。也可以根据试验的目的要求，采用与计算简图等效的荷载图式。
荷载种类和加载图式确定以后，还应按一定程序加载。加载程序可以有多种，根据试验目的要求的不同而选择，一般结构静载试验的加载程序均分为预载、标准荷载(正常使用荷载)、破坏荷载三个阶段。理解分级加载的目的和方法。
本帖最后由 VibInfo 于 2016-4-15 14:55 编辑
三、试验的观测
在确定试验的观测项目时，首先应该考虑反映结构整体工作和全貌的整体变形，通过对某些指标的测量结果深入分析，掌握整个结构工作状态和物理性能变化。对于某些试验，反映结构局部工作状况的局部变形也是很重要的，可以用来推断结构强度等重要指标。
要注意测点的选择与布置的基本原则，保证测点的适合数量和可靠性，校核性。
注意仪器的选择与测读的原则，遵循仪器的精度要求，测试结果的范围限制，以及现场具体情况和方便操作，以及仪表本身的特性与试验要求的吻合等。
仪器仪表的测读应按一定的程序进行，具体的测定方法与试验方案、加载程序有密切的关系。在拟定加载方案时，要充分考虑观测工作的方便与可能，反之，确定测点布置和考虑测读程序时，也可根据试验方案所提供的客观条件，密切结合加载程序加以确定。
由于结构构件的变形、特别是混凝土构件的变形在一定程度上与荷载持续时间有关，因此，在结构静力试验中，量测变形在时间上应有一个统一的规定，这样，量测的结果才具有可比性。同样，在结构动力试验时，也必须严格控制仪表测读时间。
在试验中，对于重要的控制测点的读数，应边做记录，边做整理，与预计理论值进行比较，以利于发现问题并及时纠正。
四、试验大纲和报告及分析处理
结构试验设计必须拟制一个试验大纲并汇总所有有关的文件。试验大纲是进行整个试验的指导性文件。对其中包含的内容要全面细致的制定。
除试验大纲外，每一结构试验从规划到最终完成尚应包括其它一些文件作为原始资料，在试验工作结束后均应整理装订归档保存。
此外，试验报告是全部试验工作的集中反映，它概括了其他文件的主要内容。编写试验报告，应力求精简扼要。试验报告有时也不单独编写，而作为整个研究报告中的一部分。试验报告内容要全面条理，不能缺项。
结构试验必须在一定的理论基础上才能有效地进行。试验的成果将为理论计算提供宝贵的资料和依据。我们决不可凭借一些观察到的表面现象，为结构的工作妄下断语，一定要经过周详的考察和理论分析，才可能对结构的工作作出正确的符合实际情况的结论。不应该认为结构试验纯系经验式的实验分析，相反，它是根据丰富的试验资料对结构工作的内在规律进行更深入一步的理论研究。
在试件制作、材料选用(注意试块和构件材料的同一性)、安装就位、加载量测和数据采集等各个阶段，都可能存在或产生各种误差。为此，在试验设计工作中，必须对各个环节可能产生误差的原因进行分析，并选择控制误差的措施，以提高测试精度，保证试验质量。
五、试验安全性考虑
试验安全问题要全面细致地进行考虑。无论是试件的安全措施，还是试验仪器的安全措施，人身安全的保障措施都是试验成功的关键所在。针对试件在运输过程中，吊装过程中，安装过程中，在现场试验中，以及试件拆除时进行全过程的安全控制。对试验仪器要充分了解其性能，特点和使用范围进行考虑。人员的安全要从人在试验场所的每个环节进行考虑。
好帖亚，什么时候把参考文献给贴上去
很乱呀，什么时候把参考文献给贴上去，给编辑编辑！谢谢楼主了，很全面呀！ 有些收获！谢谢啦！
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