振动台试验终极

振动台试验主讲人：李习波、张迪目录一、前言二、常用振动台及特点三、组成及工作原理四、加载设计五、加载过程及试验方法六、观测设计及反应测量七、安全措施八、振动台试验实例一、前言模拟地震振动台可以很好地再现地震过程和进行人工地震波的试验；它是在试验室中研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法；这种设备还可用于研究结构动力特性、设备抗震性能以及检验结构抗震措施等内容；20世纪60年代以来，为进行结构的地震模拟试验，国内外先后建立起了一些大型的模拟地震振动台；在原子能反应堆、海洋结构工程、水工结构、桥梁等方面发挥重要作用。目录一、前言二、常用振动台及特点三、组成及工作原理四、加载设计五、加载过程及试验方法六、观测设计及反应测量七、安全措施八、振动台试验实例二、常用振动台及特点常见的振动台分为四类：1、机械式振动台2、电磁式振动台3、电液式振动台4、电动式振动台振动台，又称振动激励器或振动发生器。一般包括振动台台体、监控系统和辅助设备等。它是一种利用电动、电液压、压电或其他原理获得机械振动的装置。机械式振动台

机械式振动台是一种振动成型机械，适用于各种薄壁构件、杆件空心楼板、大型屋面板、梁、立柱等混凝土预制件的生产成型。可分为不平衡重块式和凸轮式两类。这种振动台可以产生正弦振动，其结构简单，成本低，但只能在约5Hz~100Hz的频率范围工作，最大位移为6mm峰-峤值，最大加速度约10g，不能进行随机振动，由于其性能的局限，今后用量会越来越少。电磁式振动台具有电磁振动发生器的振动台。广泛适用于国防、航空、航天、通讯、电子、汽车、家电等行业。该类型设备用于发现早期故障，模拟实际工况考核和结构强度试验，产品应用范围广泛、适用面宽、试验效果显著、可靠。正弦波、调频、扫频、可程式、倍频、对数、最大加速度，调幅，时间控制，全功能电脑控制，简易定加速度/定振幅。精密型设计制造、体积小、超静音工作，机台底座采用优质材料，安装方便，运行平稳，无需安装地脚螺丝；控制电路数字化控制与显示频率，PID调节功能，使设备工作更为稳定、可靠；扫频及定频操作方式，适应不同行业测试要求；增加抗干扰电路，解决因强电磁场对控制电路干扰；增加工作时间设定器，使测试产品达到准确测试时间。电磁式振动台电磁激振器结构示意图电磁振动台组成系统图电液式振动台工作方式：用小的电动振动台驱动可控制的伺服阀，通过油压使传动装置产生振动。这种振动台能产生很大的激振力和位移，而且在很低的频率下可得到很大的激振力。局限性：高频性能较差、上限工作频率低、波形失真较大。虽然可以做随机振动，但随机振动激振力的rms额定值只能为正弦额定值的1/3以下。这种振动台因其大推力、大位移可以弥补电动振动台的不足，在未来的振动试验中仍然发挥作用，尤其是在船舶和汽车行业会有一定市场。电液振动台工作原理电动式振动台是目前使用最广泛的一种振动设备。它的频率范围宽，小型振动台频率范围为0~10kHz，大型振动台频率范围为0~2kHz，动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随机波；可得到很大的加速度。原理：是根据电磁感应原理设置的，当通电导体处的恒定磁场中将受到力的作用，半导体中通以交变电流时将产生振动。振动台的驱动线圈正式处在一个高磁感应强度的空隙中，当需要的振动信号从信号发生器或振动控制仪产生并经功率放大器放大后通到驱动线圈上，这时振动台就会产生需要的振动波形。组成部分：基本上由驱动线圈及运动部件、运动部件悬挂及导向装置、励磁及消磁单元、台体及支承装置。电动式振动台目录一、前言二、常用振动台及特点三、组成及工作原理四、加载设计五、加载过程及试验方法六、观测设计及反应测量七、安全措施八、振动台试验实例模拟地震振动台示意图三、组成及工作原理三、组成及工作原理1、振动台台体结构2、液压驱动和动力系统3、控制系统4、测试和分析系统振动台的控制方式分为：模拟控制：以位移控制为基础的PID和以位移、速度、加速度组成的三参量反馈控制方式。数控：主要采用开换迭代进行台面的地震波再现。

三、组成及工作原理PID控制方式的振动台系统三参量控制方式的振动台系统地震模拟振动台加速度控制系统图振动台的三维地震模拟系统目录一、前言二、常用振动台及特点三、组成及工作原理四、加载设计五、加载过程及试验方法六、观测设计及反应测量七、安全措施八、振动台试验实例四、加载设计地震模拟振动台试验的加载设计是非常重要的，荷载选取过大，试件可能很快进人塑性阶段甚至破坏倒塌，难以完整地量测和观察到结构的弹性和弹塑性反应的全过程，甚至可能发生安全事故。荷载选取太小，不能达到预期目的。产生不必要的重复。影响试验进展，而且多次加载能对试件产生损伤积累。因此，为获得系统的试验资料，必须周密地考虑试验加载程序的设计。在选择和设计台面的输入运动时，需要考虑下列有关因素：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四、加载设计目录一、前言二、常用振动台及特点三、组成及工作原理四、加载设计五、加载过程及试验方法六、观测设计及反应测量七、安全措施八、振动台试验实例五、加膜载过程默及试验维方法地震济模拟禽振动呢台试魔验的勉加载别过程顺包括:结构动在力特性裂试验、地震呈动力亩反应驼试验和量测结促构不同饰工作阶摩段(开裂、屈服、破坏野阶段)自振胸特性极变化等。结构动役力特性焰试验，堤是在结林构模型甲安装在兽振动台矩以前，矩采用自由科振动握法或脉动法进行供试验盈量测意。五、加揪载过程丑及试验规方法1、一次性漫加载特点：快结构从弹性铜阶段、弹塑性阶段直至破坏假阶段的全租过程练是在江一次汇加载仔过程补中全质部完浸成的湾。可浪以较兼好地备连续编模拟辣结构股在一侮次强蝴烈地度震中祸的整糟个表躁现与宿反应因。五、鹊加载间过程组及试浓验方捷法2、多次瓣性加灭载目前，寨在地震沉模拟振尾动台试慕验中，律大多数升的研究而者都采顾用多次性加载设的方案臣进行试仆验研究遭。一般改情况下成可以分厚为以下厘几个阶健段:（1）动力特窃性试验；（2）振动辩台台仪面输源入振笨动信侄号，柱使结看构产猜生微裂缝饱；（3）加大台霸面输入屠的振动笑信号，肯使结构钻产生中等资程度慌的开午裂。（4）加大台久面输入恐的加速遮度幅值馅，使结左构变为纵机动机亡构，但结构躲还具有康一定的承载令能力。（5）继续宪加大喇振动昆台台泻面的狡振动书幅值东，使您结构赏变为机动遵机构，若育稍加芦荷载震就会汤发生状破坏秧倒塌刚。目厅录一、前千言二、常签用振动屋台及特茫点三、组嚼成及工绸作原理四、滥加载把设计五、加型载过程稼及试验糟方法六、勿观测猪设计蝴及反折应测宅量七、安抓全措施八、振慎动台试苏验实例六、观扑测设计亮及反应压测量地震模草拟振动仅台试验便，一般桨需观测剧结构的有：加速度位移应变反券应结构的婆开裂部啊位裂缝的旦发展结构的询破坏部挪位破坏形咽式目孕录一、前减言二、常贫用振动沈台及特远点三、组董成及工拖作原理四、烛加载愿设计五、杠加载服过程行及试扶验方椒法六、创观测遭设计抗及反肝应测剖量七、安新全措施八、振踏动台试茶验实例七、安狸全措施试件设唐计时应被进行吊装碗验算，避免洞试件在矩吊装过未程中发妄生破坏.试件与关振动台饭的安装池应牢固，对安熄装螺栓馆的强度和敲刚度应钟进行验不算。试验人碌员在上逆下振动乎台台面扬时应注刮意台面召和基坑匆地面之如间的间隙，防消止发佳生坠佳人或元摔伤切事故祥。传感器贿应与试深件牢固杜连接，并应押采取预舞防掉落也的措施登，避免始因振动讨引起传违感器掉尼落或损调坏。有可能色发生倒判塌的试鉴件，应研在振动展台四周铺设软刑垫，并惭利用恰吊车影通过怜绳索汁或钢钱丝绳史进行睬保护循，防搏止试浑件倒给塌时日损坏猴振动喷台和吴周围贺设备柜。进档行倒沾塌试伞验时谋，应盗将传锦感器祖全部央拆除羊、同丝式时认惹真做蕉好摄向像记焦录工骂作。试验过挺程中应薪做好警戒标位志，防止终与试验鱼无关的为人员进拜入试验狮区。目云录一、兵前言二、常般用振动炼台及特渔点三、组朽成及工积作原理四、加哗载设计五、村加载滨过程盗及试根验方遣法六、头观测筹设计夕及反相应测狗量七、安孩全措施八、麦振动慎台试主验实侧例八、互振动急台试薯验实丢例上海星欧海大厦者位于江油宁路普励陀路口倘，该大对厦地下2层，左地上24层(局部25层)，立面花从4层至20层开豆有巨俩大门丘洞。之由于捏受建尊筑造和型的晌限制愧，结稼构采通用门式结差构，两绢门框超之间苦成20羞°。试尝验模弊型为l:2谦5微粒泽混凝虑土整走体模槽型。泼通过购模拟厕地震扰振动本台试算验研叫究该脊结构训的自愤振频隔率、悔振型衔，研生究结柳构在传遭受7度多遇狐、基本矩烈度和罕遇启地震的作用时的加虏速度、恐位移和期应变反慎应以及雕结构的拐开裂、为破坏部血位和破绕坏形式受。上海星谨海大厦芳模型（1）模型设系计与制钥作结构烛动力崭模型穗设计再时，笋很难店完全义满足叔模型泉与原灾型之钳间的获相似胸关系朝。该伸试验物主要蜂研究畏地震悠时结煎构的限性能枕，因球此设诉计主昨要应眠满足抗侧菌力构浮件相似袜关系堂。物理量相似系数物理量相似系数长度1/25弹性模量1/3.516时间0.075应力1/3.516频率13.333位移1/25密度1.0加速度7.110表1模型临相似员系数模型主巡寿体采用微粒混电凝土和镀锌铁旺丝制作；墙、柱疯、梁、乖板等构灾件尺寸饥及配筋额由相似止关系计算得兽出；柱中纵怖向钢筋破与箍筋骨的连接庄采用焊锡焊色接；梁、板笔中配有点焊恶铁丝焦网或镀锌铁狗丝；由于度模型窗比例描较小嗓，制糟作精肆度要厦求较闲高，订因此姜对施屡工精倾度有坚特殊盐要求咽。该授模型外模采用某有机申玻璃分板，暂可以铁在浇蔬筑过号程中糠及时堤发现粉问题歉，保拉证浇岩筑密碰实。内模采用泡芒沫塑料顷。使用咳这种材继料易于深拆模。（2）振动台再试验方远法①试验宏采用的街波形上海星趣海大厦期场地类杀别为IV类场地昂土。根的据原型顾场地条捷件以及亚原型结列构的动锋力特性南，输入波形选膏用EL-叔Cen谨tr涨o波、Sa剃n-择Fe容rn纪an舱do波及拟撒合规范满反应谱宰的人工片地震波慎。试验称时，分殖为多遇地漫震、基本烈誓度地震和罕遇论地震三种范加速疤度，恳依次从输入上述全三种茎波形。②测点佩布置沿模型称高度在3个主央轴方顷向布拔置了23个加速蒜度传感扒器。测梯量模型顿的加速酒度反应横，同时筑布置了21片应喇变片援，测脸量模夫型关纠键部乡丰位主斤要构眼件的挖应变技反应庆。（3）试卷验结朵果①试雁验现碑象②模醉型动善力特练性该结构吴的自振惯特性有占以下特圣点：频率序号123456频率（Hz）9.76613.02139.71441.66743.62048.177阻尼比0.04230.05780.03190.02440.01390.0157振型形式斜向扭转X向东塔Y东塔X西塔Y表2模型自余振频率必及阻尼贡比①模型傻的第一室振型为斜向逮振型。其他堵振型多氏为空间咐振型。②东、健西塔楼知有各自贤的局部省振动，蹄由于两标塔楼的舅质量和恢刚度不虾完全一助致(施工塔和使腹用所滥至)，使则两塔滴楼的旷自振坊频率搂有差恒异，腾结构展的振庆型密栗集。（4）模型加仔速度反饿应①结站构东、西两细方面浩的加垄速度障反应吨不一例致，城在两挪