CN106989880A - 模拟地震波作用下构件受力测试方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种模拟地震波作用下构件受力测试方法与装置，即在原有振动台的基础上，在构件上方添加作动器，施加给构件上部约束且提供与下部振动台相匹配的频率，使构件发生的震动更趋近于实际状况，可测试出更接近真实地震波作用下的受力数据。

Description

模拟地震波作用下构件受力测试方法与装置

技术领域

本发明涉及到地震数据采集领域，特别是涉及到一种模拟地震波作用下构件受力测试方法与装置。

背景技术

抗震试验最初是在试验现场采用原型进行试验，即将强震观测仪器设置在房屋等结构物上，以测取房屋在地震时的动力特性，由于地震的随机性较强，故该试验方法周期很长，很难满足抗震试验研究的需要。随后，研究人员开始采用大型起振机等在原型结构物上进行振动模拟，由于起振机的振动与地震有非常大的差别，导致测试结果和实际情况有很大差别。

现有振动台的实验原理是把试验对象放在一个足够刚性的台面上，通过动力加载设备使台面再现各种类型地震波，并使试验对象随之产生类似地震作用下的振动，从而获得实验对象的某些地震反应参数，以便做进一步研究或应用。

但是现有的振动台的实验对象为整体结构，以一定的比例缩小结构会产生尺寸效应，同时也受到场地限制的影响，不能准确测出整体结构中单个结构在地震波作用下的受力状态。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种模拟地震波作用下构件受力测试方法与装置，能真实地模拟构件在地震波作用下的受力状态。

本发明提出一种模拟地震波作用下构件受力测试方法，包括：

使与构件连接的作动器和振动台发生震动。

通过设置于所述构件上的数字传感器收集所述构件发生震动时产生的反应数据。

优选地，所述使与构件连接的作动器和振动台发生震动的步骤之前，还包括：

通过一个或多个所述作动器固定所述振动台上所述构件。

优选地，所述作动器与所述构件的连接方式为固接，所述振动台与所述构件的连接方式为固接。

优选地，所述使与构件连接的作动器和振动台发生震动的步骤，包括：

通过伺服控制器输出的第一模拟地震波信号，使所述振动台发生第一震动；

通过伺服控制器输出的第二模拟地震波信号，使所述作动器发生第二震动。

优选地，所述数字传感器包括加速度传感器和\或其他可供测量的传感器。

优选地，所述通过数字传感器收集所述构件发生震动时产生的地震反应数据的步骤之后，包括：

通过所述加速度结合所述构件的质量，计算所述构件的承受的压力。

优选地，所述使与构件连接的所述作动器和振动台发生震动的步骤之后，还包括：

通过所述伺服控制器接收反馈信号，所述反馈信号用于与所述反应数据进行比对。

本发明还提出了一种模拟地震波作用下构件受力测试装置，包括振动台、作动器、伺服控制器，

所述振动台用于承载构件，并与所述构件固定连接；

所述作动器的个数为一个或多个，并与所述构件固定连接；

所述伺服控制器用于输出模拟地震波信号，分别控制所述作动器和振动台发生震动。

优选地，还包括：

数字传感器，用于附着于所述构件上，收集所述构件发生震动时产生的地震反应数据。

优选地，

所述作动器与所述构件通过刚性板固定连接。

优选地，所述刚性板的形状适配于所述构件与所述刚性板连接部分的形状。

优选地，所述刚性板与所述振动台之间存在间隙。

本发明提出的一种模拟地震波作用下构件受力测试方法与装置，在原有振动台的基础上，在构件上方添加作动器，施加给构件上部约束且提供与下部振动台相匹配的频率，使构件发生的震动更趋近于实际状况，可测试出更接近真实地震波作用下受力数据。

附图说明

图1为本发明提出的一种模拟地震波作用下构件受力测试方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明提出的一种模拟地震波作用下构件受力测试装置一实施例的结构示意图；

图3为本发明提出的一种模拟地震波作用下构件受力测试装置又一实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明提出一种模拟地震波作用下构件受力测试方法，包括：

S10、使与构件连接的作动器和振动台发生震动；

S20、通过设置于所述构件上的数字传感器收集所述构件发生震动时产生的反应数据。

现有的地震模拟振动台可以测出在不同的地震波作用下结构整体模型的受力状态，而本发明实施例是在其基础上进行改进，使其能测试实际大小的构件受力情况。

本发明主要是通过伺服系统控制作动器和振动台的运动，使其产生类似于地震的运动，从而带动构件。在本实施例中，构件一般是指建筑构件，可以是由钢筋混凝土制成，也可以是玻璃、木材、金属等。上述伺服系统可以是电气伺服系统、液压伺服系统或电气-液压伺服系统。现以液压伺服系统为例进行介绍。液压伺服系统是由液压动力机构和反馈机构组成的。液压伺服系统在液压传动中具有随动作用，具体指的是，大功率的液压动力机构(包括液压伺服阀和液压执行元件)跟随小功率的指令信号元件动作。液压执行元件所控制的通常是位置、速度等机械量。指令信号元件又称参考信号元件，它发出代表位置、速度或其他量的指令信号。最大功率与最小功率之比可以达106以上。

液压伺服系统还包括反馈控制机构。液压伺服系统会检查反馈的实际信号和指令信号，得到差值。如果差值不为零，则会自动进行调节，使液压动力机构执行的动作达到指令信号指定的状态。

液压伺服系统具有的优点如下：

1、液压动力机构的动作快，换向迅速。电液伺服阀的固有频率一般在100Hz以上，因而液压执行机构的频率响应是很快的，而且易于高速启动、制动和换向。

2、液压动力机构的体积和重量远小于相同功率的机电执行机构的体积和重量。液压动力机构主要靠增大液体流量和压力来增加功率。在本发明实施例中，大功率的液压动力机构采用高强度和轻金属材料，因此具有较小的体积和重量。

3、液压动力机构传动平稳、抗干扰能力强，特别是低速性能好，相较于机电系统的传递平稳性更佳，且不易受到电磁波等各种外干扰的影响。

4、液压动力机构的调速范围广，功率增益高。

在本实施例中，如上述步骤S10所述，预先设置好的包含模拟地震波信号的指令文件由计算机传达到液压伺服系统。指令文件包括地震波频率所产生的位置，速度和其他指令。其他指令是指与地震发生场景有关的一些设置参数。

液压伺服系统会将指令文件中的信号参数转换成电信号，发送到液压动力机构(如电液伺服阀)，使液压动力机构运行该指令。接着，液压伺服系统中的反馈机构会监测液压动力机构的运行状态。若运行状态与指令需要达到的目标状态不符合，则液压伺服系统会计算监测值与指令值的差值，并产生补偿反馈指令，使液压动力机构调节其运动状态以达到目标状态。液压伺服系统输出的运动再通过作动器和振动台传导给构件。

如上述步骤S20所述，构件的受力情况主要是通过附着在构件上的数字感应器获得的。一般在测试前，会将相应的感应器固定在构件上。固定位置可以在构件内部，也可以在构件外部。可以用一些胶布或其他物品使数字感应器紧附与构件上，使数字感应器与构件在震动时不发生相对运动。数字感应器包括加速度计。

通过数字感应器收集的数据再结合液压伺服系统的工作数据，可综合地评判构件在运动时的受力情况及状态。

可选的，所述使与构件连接的作动器和振动台发生震动之前，还包括：

通过一个或多个所述作动器固定所述振动台上所述构件的位置。

一般简单的构件，可通过在构件的上部设置一个作动器，使作动器和振动台固定住构件的位置。作动器固定构件的位置可根据实际需要而定，可以固定在顶部，也可以固定在侧部，或者固定在中部、中上部等。有时，构件结构比较复杂，可以增加作动器的个数，使其更真实地模拟地震发生情形。

可选的，所述作动器与所述构件的连接方式为固接，所述振动台与所述构件的连接方式为固接。所述作动器与所述构件通过刚性板固定连接。

作动器与构件的连接方式为固接，这样可以防止发生震动时，两者发生相对位移而导致测试失败。同样的，振动台与构件的连接方式为固接，也是为了防止两者发生相对位移而导致测试失败。在作动器与构件的连接部，还设置有刚性板。由于构件的表面可能因材质的不同而导致表面粗糙程度不一。对于一些表面粗糙的构件，作动器不容易与其固接，而且也容易导致作动器的磨损，所以在作动器与构件之间设置刚性板，既可以对作动器进行保护，也能更好地固接构件。刚性板的形状主要是根据需要连接的构件部位的形状决定，可以是平面板，也可以是不规则的曲面板或凹形板。

可选的，所述使与构件连接的作动器和振动台发生震动的步骤，包括：

通过伺服控制器输出的第一模拟地震波信号，使所述振动台发生第一震动；

通过伺服控制器输出的第二模拟地震波信号，使所述作动器发生第二震动。

第一模拟地震波信号和第二模拟地震波信号可以是相同的，也可以是不同的。由于实验数据往往不是一次就能精确测试出来的，所以，可以在测试时输出不同的模拟地震波信号，以检验实验结果是否接近实际状况。

可选的，所述数字传感器包括加速度传感器和\或其他可供测量的传感器。

附着于构件上的数字传感器可以是加速度传感器。通过加速度传感器可以测出附着点部分的加速度。有时候，为了测试出更多力学数据，上述数字传感器也可以根据需要使用速度传感器，应力应变片等。

可选的，所述通过数字传感器收集所述构件发生震动时产生的地震反应数据的步骤之后，包括：

通过所述加速度结合所述构件的质量，计算所述构件的承受的压力。

根据牛顿定律F＝ma，在获得加速度的数据之后，再结合构件的质量可以计算构件的承受压力。对于简单构件而言，可以按此进行计算。然而，对于复杂的构件，特别是一些不规则的构件，各部位的加速度可能是不相等的，可以增设数字传感器，以测出对应位置的加速度值。而且，对于不规则的构件而言，在计算承受压力时，若按照整体构件质量进行计算，其结果往往是不符合时间情况的，需要根据具体的形状和重量分布进行校正。

可选的，所述使与构件连接的所述作动器和振动台发生震动的步骤之后，还包括：

通过所述伺服控制器接收反馈信号。

伺服控制器接收的反馈信号为实际的模拟地震波信号。计算机接收到反馈信号后，再结合构件的受力情况，可具体分析并计算模拟地震波信号-构件受力情况之间的对应关系。

参照图2，本发明还提出了一种模拟地震波作用下构件受力测试装置，包括振动台1、作动器2、伺服控制器(图中未示出)，

所述振动台1用于承载构件3，并与所述构件3固定连接；

所述作动器2的个数为一个或多个，并与所述构件固定连接；

所述伺服控制器用于输出模拟地震波信号，分别控制所述作动器2和振动台1发生震动。

本发明主要是通过伺服系统控制作动器2和振动台1的运动，使其产生类似于地震的运动，从而带动构件3。在本实施例中，构件3一般是指建筑构件3，可以是由钢筋混凝土制成，也可以是玻璃、木材、金属等。上述伺服系统可以是电气伺服系统、液压伺服系统或电气-液压伺服系统。现以液压伺服系统为例进行介绍。

液压伺服系统是由液压动力机构和反馈机构组成的。液压伺服系统在液压传动中具有随动作用，具体指的是，大功率的液压动力机构(包括液压伺服阀和液压执行元件)跟随小功率的指令信号元件动作。液压执行元件所控制的通常是位置、速度等机械量。指令信号元件又称参考信号元件，它发出代表位置、速度或其他量的指令信号。最大功率与最小功率之比可以达106以上。

液压伺服系统还包括反馈控制机构。液压伺服系统会检查反馈的实际信号和指令信号，得到差值。如果差值不为零，则会自动进行调节，使液压动力机构执行的动作达到指令信号指定的状态。

在本实施例中，预先设置好的包含模拟地震波信号的指令文件由计算机传达到液压伺服系统。指令文件包括地震波频率所产生的位置，速度和其他指令。其他指令是指与地震发生场景有关的一些设置参数。

液压伺服系统会将指令文件中的信号参数转换成电信号，发送到液压动力机构(如电液伺服阀)，使液压动力机构运行该指令。接着，液压伺服系统中的反馈机构会监测液压动力机构的运行状态。若运行状态与指令需要达到的目标状态不符合，则液压伺服系统会计算监测值与指令值的差值，并产生补偿反馈指令，使液压动力机构调节其运动状态以达到目标状态。液压伺服系统输出的运动再通过作动器2和振动台1传导给构件3。

作动器2与构件3的连接方式为固接，这样可以防止发生震动时，两者发生相对位移而导致测试失败。同样的，振动台1与构件3的连接方式为固接，也是为了防止两者发生相对位移而导致测试失败。

一般简单的构件3，可通过在构件3的上部设置一个作动器2，使作动器2和振动台1固定住构件3的位置。作动器2固定构件3的位置可根据实际需要而定，可以固定在顶部，也可以固定在侧部，或者固定在中部、中上部等。有时，构件3结构比较复杂，可以增加作动器2的个数，使其更真实地模拟地震发生情形。

构件3的受力情况主要是通过附着在构件3上的数字感应器获得的。数字感应器既可以包含于装置中，也可以从市场上购买。一般在测试前，会将相应的感应器固定在构件3上。固定位置可以在构件3内部，也可以在构件3外部。可以用一些胶布或其他物品使数字感应器紧附与构件3上，使数字感应器与构件3在震动时不发生相对运动。数字感应器包括加速度计。

可选的，还包括：

数字传感器，附着于所述构件3上，用于收集所述构件3发生震动时产生的地震反应数据。

通过数字感应器收集的数据再结合液压伺服系统的工作数据，可综合地评判构件3在运动时的受力情况及状态。

可选的，参照图3，所述作动器2与所述构件3的连接方式为固接还包括：

所述作动器2与所述构件3之间还固接有刚性板4。

在作动器2与构件3的连接部，还设置有刚性板4。由于构件3的表面可能因材质的不同而导致表面粗糙程度不一。对于一些表面粗糙的构件3，作动器2不容易与其固接，而且也容易导致作动器2的磨损，所以在作动器2与构件3之间设置刚性板4，既可以对作动器2进行保护，也能更好地固接构件3。

可选的，所述刚性板4的形状适配于所述构件3与所述刚性板4连接部分的形状。

刚性板4的形状主要是根据需要连接的构件3部位的形状决定，可以是平面板，也可以是不规则的曲面板或凹形板。

可选的，所述刚性板4不与所述振动台1接触。

振动台1与作动器2带动的刚性板4接触时，两者会发生碰撞，导致构件3本身的受力情况受到影响而无法真实还原地震状况下的情形，因此，刚性板4不能与振动台1接触。

在一具体实施例中，将构件放置与振动台上，构件上配置有固定部件，可与振动台固定连接。如构件上设置有螺纹孔，可适配地安装于振动台上。在构件上部也有具体的固定部件与作动器固定连接。作动器与构件之间有一刚性板。刚性有两个作用，一是增大构件的受力面积，另一是保护作动器。启动伺服控制器，使作动器与振动台按设定的频率发生震动，此时构件会相应地发生震动。通过设置于构件上方的数字感应器获取构件的受力数据。

本发明提出的一种模拟地震波作用下构件受力测试方法与装置，在原有振动台的基础上，在构件上方添加作动器，给构件上部约束且提供与下部振动台相匹配的频率，使构件发生的震动更趋近于实际状况，可测试出更接近真实地震波作用下的受力数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种模拟地震波作用下构件受力测试方法，其特征在于，包括：

使与构件连接的作动器和振动台发生震动；

通过设置于所述构件上的数字传感器收集所述构件发生震动时产生的反应数据。

2.根据权利要求1所述的模拟地震波作用下构件受力测试方法，其特征在于，所述使与构件连接的作动器和振动台发生震动的步骤之前，还包括：

通过一个或多个所述作动器固定所述振动台上所述构件。

3.根据权利要求1所述的模拟地震波作用下构件受力测试方法，其特征在于，所述作动器与所述构件的连接方式为固接，所述振动台与所述构件的连接方式为固接。

4.根据权利要求1所述的模拟地震波作用下构件受力测试方法，其特征在于，所述使与构件连接的作动器和振动台发生震动的步骤，包括：

通过伺服控制器输出的第一模拟地震波信号，使所述振动台发生第一震动；

通过伺服控制器输出的第二模拟地震波信号，使所述作动器发生第二震动。

5.根据权利要求1所述的模拟地震波作用下构件受力测试方法，其特征在于，所述数字传感器包括加速度传感器和\或其他可供测量的传感器。

6.根据权利要求5所述的模拟地震波作用下构件受力测试方法，其特征在于，所述通过数字传感器收集所述构件发生震动时产生的地震反应数据的步骤之后，包括：

通过所述加速度结合所述构件的质量，计算所述构件的承受的压力。

7.根据权利要求4所述的模拟地震波作用下构件受力测试方法，其特征在于，所述使与构件连接的所述作动器和振动台发生震动之后，还包括：

通过所述伺服控制器接收反馈信号，所述反馈信号用于与所述反应数据进行比对。

8.一种模拟地震波作用下构件受力测试装置，其特征在于，包括振动台、作动器、伺服控制器，

所述振动台用于承载构件，并与所述构件固定连接；

所述作动器的个数为一个或多个，并与所述构件固定连接；

所述伺服控制器用于输出模拟地震波信号，分别控制所述作动器和振动台发生震动。

9.根据权利要求8所述的模拟地震波作用下构件受力测试装置，其特征在于，还包括：

数字传感器，用于附着于所述构件上，收集所述构件发生震动时产生的地震反应数据。

10.根据权利要求8所述的模拟地震波作用下构件受力测试装置，其特征在于，

所述作动器与所述构件通过刚性板固定连接，所述刚性板的形状适配于所述构件与所述刚性板连接部分的形状。