CN107577142A - 一种大刚度结构试验加载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大刚度结构试验加载方法，针对需进行试验的结构试件，在其上选取多个测点作为控制目标，并将位移传感器布置在这些测点上，所述位移传感器把测得的位移参数dLvdt反馈给控制器，控制器对预设的目标位移参数ddesired和反馈的位移参数dLvdt进行比较，得到加载位移命令dcmd，通过转换系数将加载位移命令转换为加载力命令Fcmd。本发明采用外环位移反馈，内环使用力控制完成对试件的加载，避免大刚度结构在弹性阶段位移增量较小，难以使用位移控制精确实现的问题，可减少加载过程误差，提高控制精度。
Description
技术领域
本发明属于建筑测试领域，涉及一种试验加载，尤其涉及一种大刚度结构试验加载方法。
背景技术
建筑结构尤为是其非线性行为的分析没有严格的理论指导，因此需要通过试验对结构性能进行分析验证。近年来建筑结构大量表现出新奇特的特点，进一步加增了建筑结构的理论研究难度，因此也对加载试验技术提出了更高的要求。
加载试验目前仍在发展中，有许多问题待解决，尤其是如何降低加载误差是一个难点。通常子结构交界面自由区较多，要完全实现界面协调对设备及加载控制算法要求较高；而加载误差是指电液伺服作动器向结构施加力或位移时带来的误差，该误差通常是由结构与作动器连接存在间隙、结构滑移以及连接件存在弹性变形引起。因此降低试验误差对提高混合试验结果的准确性有重要意义，有助于对结构抗震性能进行合理准确地评估。现有拟动力试验方法所公开技术主要是关于如何数值模拟，未发现有关于该方法在实际试验如何加载的技术报道。
发明内容
本发明提供一种大刚度结构加载试验方法，以解决现有技术中加载过程中误差大，控制精度低的问题。
一种大刚度结构试验加载方法，其特征在于，针对需进行试验的结构试件，在其上选取多个测点作为控制目标，并将位移传感器布置在这些测点上，所述位移传感器把测得的位移参数dLvdt反馈给控制器，控制器对预设的目标位移参数ddesired和反馈的位移参数dLvdt进行比较，得到计算位移命令dcmd，通过转换系数将计算位移命令转换为力命令Fcmd；包括以下步骤：
步骤一：将外接位移传感器安装到试件的测点上，并将伺服作动器与试件连接固定，
步骤二：确定实际希望试件实现的位移，即目标位移参数ddesired，并输入控制器
步骤三：位移传感器将试件的实际位移参数dLvdt反馈给控制器，
步骤四：控制器将期望的目标位移参数ddesired与实际位移参数dLvdt进行比较，得到两者的差值即可使用公式计算得到加载位移命令dcmd，
步骤五：控制器将计算位移命令dcmd通过转换公式得到力命令Fcmd，
步骤六：控制器将力命令Fcmd，发送给作动器，
步骤七：作动器对试件进行加载，
重复步骤三到步骤七，反复迭代，直到|ddesired-dLvdt|＜e,停止加载，其中，e为预设的精度要求。
可选地，控制器采用比例积分算法计算，所述计算位移命令dcmd由以下公式迭代得到： 其中，为第i+1步作动器命令，Kp，Ki为控制参数，Δt为反馈位移采样时间间隔。
进一步地，所述参数Kp，Ki从0开始逐步增加进行调试。
可选地，控制器采用逐渐逼近的方法计算，所述计算位移命令dcmd由以下公式迭代得到：其中，为第i+1步作动器命令，α为控制参数。
进一步地，所述参数α从0开始逐步增加进行调试。
优选地，步骤五所述的转换公式，如果考虑简便易行，整个过程中可仅取用第一个公式，其中Kinitial取值接近试验前所测刚度即可
优选地，步骤五所述的转换公式，如果考虑提高加载效率，可以先使用第一个公式即Fcmd＝dcmd·Kinitial，之后使用第二个公式即
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的大刚度结构加载试验方法的控制框图；
图2为本发明的大刚度结构加载试验方法的加载流程图；
图3为本发明的阶跃命令加载结果图；
图4为采用发明的加载方法结构在地震作用下的位移时程图
图5为图4的局部放大图。
具体实施方式
一种大刚度结构试验加载方法，其特征在于，针对需进行试验的结构试件，在其上选取多个测点作为控制目标，并将位移传感器布置在这些测点上，所述位移传感器把测得的位移参数dLvdt反馈给控制器，控制器对预设的目标位移参数ddesired和反馈的位移参数dLvdt进行比较，得到计算位移命令dcmd，通过转换系数将计算位移命令转换为力命令Fcmd；参考图1和图2，大刚度结构试验加载方法包括以下步骤：
步骤一：将外接位移传感器安装到试件的测点上，并将伺服作动器与试件连接固定，
步骤二：确定实际希望试件实现的位移，即目标位移参数ddesired，并输入控制器
步骤三：位移传感器将试件的实际位移参数dLvdt反馈给控制器，
步骤四：控制器将期望的目标位移参数ddesired与实际位移参数dLvdt进行比较，得到两者的差值即可使用公式计算得到加载位移命令dcmd，
步骤五：控制器将计算位移命令dcmd通过转换公式得到力命令Fcmd，
步骤六：控制器将力命令Fcmd，发送给作动器，
步骤七：作动器对试件进行加载，
重复步骤三到步骤七，反复迭代，直到|ddesired-dLvdt|＜e,停止加载，其中，e为预设的精度要求。
这样，在外环采用位移反馈，内环则实现了力控制。最终使作动器不断的逼近目标位移，保证位移传感器的测点达到预期加载位置。
一种实施例中，控制器采用比例积分算法计算，所述计算位移命令dcmd由以下公式迭代得到： 其中，为第i+1步作动器命令，Kp，Ki为控制参数，Δt为反馈位移采样时间间隔。
所述参数Kp，Ki从0开始逐步增加进行调试。其选择需要使伺服作动器工作中，传感器测出的试件位移平稳，平滑的逼近期望位移。
另一种实施例中，控制器采用逐渐逼近的方法计算，所述计算位移命令dcmd由以下公式迭代得到： 其中，为第i+1步作动器命令，α为控制参数。
所述参数α从0开始逐步增加进行调试。其选择需要使伺服作动器工作中，传感器测出的试件位移平稳，平滑的逼近期望位移。
优选地，步骤五所述的转换公式，如果考虑简便易行，整个过程中可仅取用第一个公式，，其中Kinitial取值接近试验前所测刚度即可
优选地，步骤五所述的转换公式，如果考虑提高加载效率，可以先使用第一个公式即Fcmd＝dcmd·Kinitial，之后使用第二个公式即
本发明一种实施例为使用钢筋混凝土柱子完成阶跃命令试验及拟动力试验。试件长宽高分别为250mm、250mm、1300mm，试件真实刚度约为2kN/mm。
试验使用最大出力100kN、行程125mm的MTS作动器进行加载，控制器为MTSFlexTest 60，控制软件为MTS793系列软件，使用量程10mm位移计进行外环反馈控制。
阶跃命令试验结果如图3所示，图中结果可以看出不同转换系数下，本发明的控制方法均能保证试件被准确加载至期望位移。
拟动力试验中选取El Centro(NS 1940)地震波，加速度峰值调为350gal，逐步积分方法选取中心差分法，积分步长取0.01s。控制参数选择Kp＝0.11，Ki＝2/s，，转换刚度设为1.6kN/mm，阻尼比假定为0.05，结构质量设为2000kg。试验结果如图4和图5所示。可以看出LVDT位移与期望位移完全重合，说明试验中该控制方法发挥了作用，消除了加载误差。
本发明采用外环位移反馈，内环使用力控制完成对试件的加载，避免大刚度结构在弹性阶段位移增量较小，难以使用位移控制精确实现的问题。
以上所述的实例仅仅是对本发明的大刚度结构加载试验方法实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种大刚度结构试验加载方法，其特征在于，针对需进行试验的结构试件，在其上选取多个测点作为控制目标，并将位移传感器布置在这些测点上，所述位移传感器把测得的位移参数dLvdt反馈给控制器，控制器对预设的目标位移参数ddesired和反馈的位移参数dLvdt进行比较，得到加载位移命令dcmd，通过转换系数将加载位移命令转换为加载力命令Fcmd；包括以下步骤：
步骤一：将外接位移传感器安装到试件的测点上，并将伺服作动器与试件连接固定，
步骤二：确定实际希望试件实现的位移，即目标位移参数ddesired，并输入控制器
步骤三：位移传感器将试件的实际位移参数dLvdt反馈给控制器，
步骤四：控制器将期望的目标位移参数ddesired与实际位移参数dLvdt进行比较，得到两者的差值即可使用公式计算得到加载位移命令dcmd，
步骤五：控制器将计算位移命令dcmd通过转换公式得到力命令Fcmd，
步骤六：控制器将力命令Fcmd，发送给作动器，
步骤七：作动器对试件进行加载，
重复步骤三到步骤七，反复迭代，直到|ddesired-dLvdt|＜e,停止加载，其中，e为预设的精度要求。
2.根据权利要求1所述的大刚度结构试验加载方法，其特征在于，控制器采用比例积分算法计算，所述计算位移命令dcmd由以下公式迭代得到：其中，为第i+1步作动器命令，Kp，Ki为控制参数，Δt为反馈位移采样时间间隔。
3.根据权利要求2所述的大刚度结构试验加载方法，其特征在于，所述参数Kp，Ki从0开始逐步增加进行调试。
4.根据权利要求1所述的大刚度结构试验加载方法，其特征在于，控制器采用逐渐逼近的方法计算，所述计算位移命令dcmd由以下公式迭代得到：其中，为第i+1步作动器命令，α为控制参数。
5.根据权利要求4所述的大刚度结构试验加载方法，其特征在于，所述参数α从0开始逐步增加进行调试。
6.根据权利要求1所述的大刚度结构试验加载方法，其特征在于，步骤五所述的转换式为：Fcmd＝dcmd·Kinitial，加载前两步使用该公式，其中Kinitial为试件试验之前测得的刚度。
7.根据权利要求1所述的大刚度结构试验加载方法，其特征在于，步骤五所述的转换式为：
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