CN211554337U - 电动振动台混合试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了电动振动台混合试验装置，包括设备基础，设备基础上并排安装电动水平地震模拟振动台和反力框架，电动水平地震模拟振动台上安装自平衡反力架和试验子结构，自平衡反力架下方两侧分别安装滑动支座，滑动支座下方分别安装竖向电动作动器，竖向电动作动器下方安装试验子结构，试验子结构横向连接水平电动作动器，水平电动作动器安装在反力框架上，计算机系统分别与竖向电动作动器、水平电动作动器、电动水平地震模拟振动台、摄像头有线连接，计算机系统内部预设用于控制竖向电动作动器、水平电动作动器运行的软件和混合试验整体控制软件。该装置更好再现结构受地震作用的真实情况，能显著提高混合试验的加载精。
Description
技术领域
本实用新型涉及振动台混合试验装置，特别涉及一种电动振动台混合试验装置。
背景技术
地震是对人类威胁最严重的自然灾害之一，目前人类还无法准确地预报地震的发生，加强工程结构物的抗震能力是亟待解决的问题。
对结构物抗震性能的评估试验是结构工程抗震研究的重要组成部分。目前，实验室室内常用的传统试验监测方法有拟静力试验、拟动力试验和地震模拟振动台试验三种。其中，地震模拟振动台试验才是真正意义上的地震模拟试验，更能还原建筑结构物受地震作用的实际情况。台面上可以真实地再现各种形式的地震波，是目前研究结构抗震性能最直接也是比较准确的试验方法。但是在大型现代结构的抗震研究中，地震模拟振动台试验受台面尺寸和承载力限制，只能进行相似比很小的模拟试验，而尺寸效应更会导致试验的精度难以满足要求。
混合试验最早在1969年由Hakuno等首次提出，是一种将物理加载试验和数值模拟相结合用来评估大型复杂土木结构地震反应和抗震的有效试验技术。目前正受到研究者们的广泛关注，已在混合试验系统、数值积分算法、加载控制、时滞补偿的、误差累积控制等关键技术方面取得了一定的研究成果。子结构混合试验的应用提高了混合试验评估大型复杂结构抗震性能的能力。采用结构地震模拟振动台混合试验方法，应用振动台对试验子结构进行加载和边界条件的模拟，可以明显改善地震模拟振动台承载力对试件规模的限制。该方法将整个结构划分为两部分：取力学性能简单的部分作为数值子结构，在计算机内建模分析；取力学特性复杂的部分作为试验子结构，在地震模拟振动台上进行真实试验；由作动器模拟数值子结构对试验子结构的作用和约束，以满足试验子结构界面边界条件。这样可以进行大比例尺试验，扩大地震模拟振动台试验的适用范围。地震模拟振动台模拟真实的地震作用，对于研究具有多自由度或者分布质量的试件具有明显优势。
而现阶段对地震模拟振动台混合试验方法的研究还不充分，模拟精度不高，有很多没有解决的问题，例如振动台电液伺服控制系统的时滞、振动台混合试验所用积分方法的性能等。若将传统电液伺服控制的振动台用于混合试验，存在所占空间大、不易操作、不可控因素较多等问题。并且进行一次电液伺服控制振动台混合试验成本巨大，十分困难。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型目的是提供一种控制精确、操作简便的电动振动台混合试验装置。
技术方案：本实用新型提供一种电动振动台混合试验装置，包括设备基础，设备基础上并排安装电动水平地震模拟振动台和反力框架，电动水平地震模拟振动台上安装自平衡反力架和试验子结构，自平衡反力架下方两侧分别安装滑动支座，滑动支座下方分别安装竖向电动作动器，竖向电动作动器下方安装试验子结构，试验子结构横向连接水平电动作动器，水平电动作动器安装在反力框架上，
所述竖向电动作动器、水平电动作动器、电动水平地震模拟振动台分别与计算机系统有线连接，计算机系统与摄像头有线连接，计算机系统内部预设用于控制竖向电动作动器、水平电动作动器运行的软件和混合试验整体控制软件。
上述技术方案中采用电动水平地震模拟振动台区别于传统电液伺服控制振动台，由伺服电机进行驱动，精度更高，尺寸更小，可以在计算机中直接进行编程控制。
滑动支座和竖向电动作动器连接固定在自平衡反力架上，竖向电动作动器与试验子结构相连，可以对试验子结构施加竖向作用力。并且不约束水平运动，保证试验子结构在受到竖向作用力的同时可以在水平方向运动。
摄像头可以录制整个试验过程，记录试验现象，并将视频上传到计算机系统中。
采用有线连接方式数据传输速度快、精度高，提高实验的精确性。
进一步地，所述试验子结构包括两侧框架柱、顶部横梁和斜撑杆，顶部横梁一端与辅助横梁连接，辅助横梁两端分别与水平电动作动器连接，两侧框架柱分别与竖向电动作动器连接。
进一步地，所述反力框架活动安装在设备基础上。反力框架采用刚度较大的钢框架，充当反力墙的作用，为作动器提供反力。反力框架可以移动，可以根据试验子结构的尺寸和实际需要来确定位置。反力框架的横梁和柱子上有螺栓孔，反力框架上的钢横梁通过螺栓安装在反力框架上，并且可以根据试验子结构的尺寸调整高度。
进一步地，所述反力框架为钢框架，钢框架的横梁和竖柱活动连接。
进一步地，所述竖向电动作动器包括力传感器，力传感器与计算机系统连接。所述水平电动作动器包括力传感器，力传感器与计算机系统连接。作动器的力传感器会反馈数据到计算机系统中并从计算机显示屏显示出来。水平电动作动器固定在反力框架的横梁上，另一端与试验子结构相连，通过该水平电动作动器可以给试验子结构施加水平作用力，模拟数值子结构对试验子结构的作用。
进一步地，所述自平衡反力架包括两侧支架和中间横梁，两侧支架通过螺栓与螺栓孔相配合固定在电动水平地震模拟振动台上。振动台台面上有排列规则的螺栓孔，自平衡反力架的位置可以根据试验子结构的尺寸进行调整。通过自平衡反力架，再现试验子结构的实际边界条件。
有益效果：本实用新型相对于传统振动台混合试验系统，解决了其中所用传统电液伺服振动台所占空间大、不易操作、不可控因素较多、安装维护成本高等问题。采用电动作动器，加载精度高、响应快、即插即用使用方便。且整个系统所占空间小、易于操作、控制精确、安装维护成本低、即插即用。该装置能更好满足振动台混合实验的研究试验需求，并且能同时作为教学演示系统。
附图说明
图1为本实用新型装置的等轴测图；
图2是本实用新型装置的前视图；
图3是本实用新型装置的左视图；
图4是本实用新型装置的俯视图。
具体实施方式
如图1-4所示，本实施例的电动振动台混合试验装置，包括设备基础1，设备基础1上并排安装电动水平地震模拟振动台3和反力框架8，电动水平地震模拟振动台3上安装自平衡反力架4和试验子结构5，自平衡反力架4下方两侧分别安装滑动支座7，滑动支座7下方分别安装竖向电动作动器6，竖向电动作动器6下方安装试验子结构5，试验子结构5横向连接水平电动作动器9，水平电动作动器9安装在反力框架8上，竖向电动作动器6、水平电动作动器9、电动水平地震模拟振动台3分别与计算机系统10有线连接，计算机系统10与摄像头2有线连接，计算机系统10内部预设用于控制竖向电动作动器6、水平电动作动器9运行的软件和混合试验整体控制软件。试验子结构5包括两侧框架柱、顶部横梁和斜撑杆，顶部横梁一端与辅助横梁连接，辅助横梁两端分别与水平电动作动器9连接，两侧框架柱分别与竖向电动作动器6连接。反力框架8活动安装在设备基础1上。反力框架8为钢框架，钢框架的横梁和竖柱活动连接。竖向电动作动器6包括力传感器，力传感器与计算机系统10连接。水平电动作动器9包括力传感器，力传感器与计算机系统10连接。自平衡反力架4包括两侧支架和中间横梁，两侧支架通过螺栓与螺栓孔相配合固定在电动水平地震模拟振动台3上。
该装置工作过程：
试验开始时按照上述连接方法，将系统各部分相连，接通电源：
(1)将试验子结构5，带有BRB斜撑的单跨钢框架安装在电动水平地震模拟振动台3台面上，用螺栓固定。
(2)在计算机系统10上运行matlab软件，通过simulink控制模块控制电动作动器。调整竖向电动作动器6的传动杆位置，使其接触试验子结构5框架柱的上端表面，将传动杆固定在试验子结构5框架柱的上端。继续通过matlab中的simulink模块调整电动作动器的输出力大小，通过计算机系统屏幕观察，使输出力的反馈值达到上部数值子结构对试验子结构竖向静荷载作用力的大小。
(3)在计算机系统10上运行matlab软件，通过simulink控制模块，调整水平电动作动器9传动杆位置，使其接触试验子结构5的框架柱与横梁相连节点处的外表面并固定。继续调整传动杆位置，使得通过屏幕反馈的电动作动器的输出力大小为零。
(4)将摄像头2安装在三脚架上放置在视角较好的位置，并将摄像头2与计算机系统10相连，打开视频录制软件。
(5)在计算机系统10上运行matlab软件，运行事先编写好的振动台混合试验程序，点击开始，由计算机执行相应程序，并控制系统各部分运行，并通过显示器实时观察试验反馈的数据。
(6)试验结束，混合试验整体控制软件控制结束整个试验过程。
相对于传统混合试验加载方式，电动振动台能够更好地再现各种地震波作用，真实再现结构构件受地震作用的真实情况；并且通过自平衡反力架能很好的模拟试验子结构的边界条件，更符合结构受地震作用的真实情况；通过竖向和水平电动作动器，很好的还原了上部结构在地震作用时对试验子结构的作用力，更符合真实情况。
Claims (7)
1.一种电动振动台混合试验装置，其特征在于：包括设备基础(1)，设备基础(1)上并排安装电动水平地震模拟振动台(3)和反力框架(8)，电动水平地震模拟振动台(3)上安装自平衡反力架(4)和试验子结构(5)，自平衡反力架(4)下方两侧分别安装滑动支座(7)，滑动支座(7)下方分别安装竖向电动作动器(6)，竖向电动作动器(6)下方安装试验子结构(5)，试验子结构(5)横向连接水平电动作动器(9)，水平电动作动器(9)安装在反力框架(8)上，
所述竖向电动作动器(6)、水平电动作动器(9)、电动水平地震模拟振动台(3)分别与计算机系统(10)有线连接，计算机系统(10)与摄像头(2)有线连接。
2.根据权利要求1所述的电动振动台混合试验装置，其特征在于：所述试验子结构(5)包括两侧框架柱、顶部横梁和斜撑杆，顶部横梁一端与辅助横梁连接，辅助横梁(11)两端分别与水平电动作动器(9)连接，两侧框架柱分别与竖向电动作动器(6)连接。
3.根据权利要求1所述的电动振动台混合试验装置，其特征在于：所述反力框架(8)活动安装在设备基础(1)上。
4.根据权利要求3所述的电动振动台混合试验装置，其特征在于：所述反力框架(8)为钢框架，钢框架的横梁和竖柱活动连接。
5.根据权利要求1所述的电动振动台混合试验装置，其特征在于：所述竖向电动作动器(6)包括力传感器，力传感器与计算机系统(10)连接。
6.根据权利要求1所述的电动振动台混合试验装置，其特征在于：所述水平电动作动器(9)包括力传感器，力传感器与计算机系统(10)连接。
7.根据权利要求1所述的电动振动台混合试验装置，其特征在于：所述自平衡反力架(4)包括两侧支架和中间横梁，两侧支架通过螺栓与螺栓孔相配合固定在电动水平地震模拟振动台(3)上。
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2019
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