基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于土‑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。本发明专利技术通过建立土‑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。

【技术实现步骤摘要】
基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法
本专利技术涉及结构工程抗震
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术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，本专利技术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Xi+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。步骤3，根据分析子结构第i+1时刻的相对位移向量Xi+1，确定分析子结构第i+1时刻的状态，即获得分析子结构第i+1时刻的恢复力向量Ri+1。根据分析子结构第i+1时刻的相对位移向量Xi+1，结合第i+1时刻的地震动位移xg，i+1，得到消能减震装置与结构界面处第i+1时刻的绝对位移步骤4，采用绝对位移驱动振动台，测得消能减震装置与振动台界面处第i+1时刻的界面力，即为第i+1时刻消能减震装置与结构之间的界面力步骤5，将界面力输入分析子结构模型中，得到分析子结构第i+1时刻的加速度向量重复上述步骤2-步骤5可以获得考虑土-结构-消能减震装置之间相互作用的地震动过程中本专利技术技术方案的特点和进一步的改进为：(1)步骤1中，采用集总参数模型或有限元数值模型建立目标子结构的分析子结构。(2)步骤1中，所述消能减震装置为调谐液体阻尼器、颗粒阻尼器或调谐质量阻尼器中的一种或多种的组合。(3)步骤3包含以下子步骤：步骤3a，设定分析子结构模型为线弹性模型，则第i+1时刻分析子结构的恢复力向量Ri+1＝KXi+1；步骤3b，将分析子结构的自由度转换为消能减震装置与结构界面处的自由度，得到消能减震装置与结构界面处第i+1时刻的相对位移步骤3c，根据相对位移和第i+1时刻的地震动位移xg，i+1，得到消能减震装置与结构界面处第i+1时刻的绝对位移其中，T1为将多维向量转换为单个位移数据的转换矩阵，用于将分析子结构的自由度转换为消能减震装置与结构界面处的自由度。(4)步骤5包含以下子步骤：步骤5a，根据第i+1时刻的地震动加速度得到第i+1时刻的地震动外力向量Fi+1：其中，l为影响向量，表示地面位移对结构位移的影响；其中，若向量l中的元素对应水平自由度，则向量l的元素全部为1，否则，向量l的元素全部为0；步骤5b，采用第i+1时刻的地震动外力向量Fi+1和第i+1时刻消能减震装置与结构之间的界面力计算出第i+1时刻分析子结构的加速度向量其中，T2为将单个数据转换为多维向量的转换矩阵，用于将消能减震装置与结构界面处的自由度转换为分析子结构的自由度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的方法考虑了土-结构-消能减震装置三者之间的相互作用，在试验过程中，通过建立考虑土-结构相互作用的分析子结构模型，调整消能减震装置的驱动载荷，再通过获得的消能减震装置与建筑结构之间的界面力得到在地震动作用下建筑结构的力学性能及变化规律，能够更真实的反映地震过程中建筑结构内部各处的受力情况，为建筑结构的抗震性能研究提供理论依据。(2)本专利技术中将消能减震装置与振动台作为试验子结构，使试验子结构能够做成大比例尺或足尺模型，避免了缩尺试验带来的结构误差和模型边界的波反射和波散射对试验结果产生的影响，提高了试验结果的准确性。(3)本专利技术将土-结构作为分析子结构进行数值模拟，从而避免了土-结构的物理模型的制作；且便于进行土-结构的物理参数的调整，避免了制作大批的土-结构物理模型，提高了试验效率，大大的降低了试验成本。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1是本专利技术的基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法的试验过程示意图。图2是本专利技术的基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法的试验原理流程图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，以下实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。参考图1，本专利技术实施例提供基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法，基于真实的地震发生时采集的地震动数据，建立考虑土-结构-消能减震装置相互作用的试验方法。基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法，具体包括如下步骤：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Xi+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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于土‑结构‑消能减震装置相互作用的子结构试验方法，其特征在于，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

【技术特征摘要】
1.一种基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法，其特征在于，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Xi+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；步骤3，根据分析子结构第i+1时刻的相对位移向量Xi+1，确定分析子结构第i+1时刻的状态，即获得分析子结构第i+1时刻的恢复力向量Ri+1；根据分析子结构第i+1时刻的相对位移向量Xi+1，结合第i+1时刻的地震动位移xg，i+1，得到消能减震装置与结构界面处第i+1时刻的绝对位移步骤4，采用绝对位移驱动振动台，测得消能减震装置与振动台界面处第i+1时刻的界面力，即为第i+1时刻消能减震装置与结构之间的界面力步骤5，将界面力输入分析子结构模型中，得到分析子结构第i+1时刻的加速度向量2.根据权利要求1所述的基于土-结构-消能减震装置相互作用的子结构试验方法，步骤1中，采用集总参数模型或有限元数值模型建立目标子结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅博，陈瑾，吴涛，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61