组合框架结构远程协同拟动力试验平台开发及应用

论文摘要

工程结构的研究和发展与结构试验密不可分,特别是在工程结构抗震性能研究方面表现得尤为突出。组合框架结构由于具有良好的耗能能力和延性,作为一种有效的结构体系已经在多高层建筑结构中广泛应用,与该类型结构体系相关的抗震性能研究和试验需求也大为增加。远程协同拟动力试验为大型复杂结构的整体抗震性能研究提供了新的方法,提高了试验综合能力,并达到了试验资源共享。结合国家自然科学基金面上项目“装配式带斜撑钢管混凝土组合框架结构远程协同试验模拟研究（No.50778068）”,本文针对组合框架结构,围绕“拟动力试验方法”和“远程协同试验平台”两个核心展开了深入研究。1、从远程协同试验角度出发,介绍了NetSLab通讯平台的基本特征以及NetSLab程序的开发原理；针对目前实验室采用的Popwil控制系统,通过串行通信方式,编制了通信应用程序,实现了NetSLab对Popwil控制系统的控制。2、根据拟动力试验方法基本原理,研究了各种数值积分方法,比较了各自优缺点,并结合拟动力子结构思想,提出了一种新的组合数值积分方法——去刚度的PC-Newmark（?）去。该方法对于解决拟动力试验中复杂的非线性计算问题非常简单.、方便。在保证稳定性和精度的同时,具有在动力方程计算时无需刚度修正,无需进行多次迭代计算和动力方程恢复力向量不受试验子结构选取影响的优点。3、为了验证去刚度的PC-Newmark法的正确性,进行了三个算例七种情况分析,并与显式Newmark法计算结果进行了对比,分析结果非常接近,为远程拟动力试验平台开发提供了良好的数值积分方法。4、采用去刚度的PC-Newmark数值积分方法编制了组合框架结构弹塑性地震响应时程分析程序,开发了组合框架结构远程拟动力试验平台,编制了平台各功能模块,并介绍了真实试验机结束的判断准则和试验过程中的误差修正方法。5、利用本文所开发的试验平台,进行了远程拟动力虚拟试验和真实试验。虚拟试验通过与SAP2000计算结果对比,结果证明了试验平台的有效性及可靠性,同时也进一步证明了本文提出的“去刚度的PC-Newmark法”方法的正确性；真实试验的开展,证明了该平台应用于实际试验操作是完全可行的,也丰富和完善了远程协同拟动力试验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 课题研究背景与意义
• 1.3 国内外远程协同结构试验研究现状
• 1.3.1 美国NEES计划
• 1.3.2 减轻地震风险的欧洲网络
• 1.3.3 韩国和日本的远程试验网络
• 1.3.4 台湾的ISEE平台
• 1.3.5 UK-NEES和NZNEES计划
• 1.3.6 国内的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 网络结构实验室NetSLab
• 2.1 概述
• 2.2 NetSLab的开发
• 2.3 NetSLab网络通讯平台
• 2.3.1 数据模型
• 2.3.2 通讯平台的执行
• 2.4 NetSLab程序开发原理
• 2.4.1 NetSLab安装加载
• 2.4.2 NetSLab接口
• 2.5 NetSLab平台与试验设备的连接
• 2.5.1 NetSLab与设备控制系统的关系
• 2.5.2 Popwil控制系统
• 2.5.3 NetSLab平台与Popwil控制系统对接方法
• 2.6 本章小结
• 第3章 拟动力试验数值积分方法研究
• 3.1 概述
• 3.2 拟动力试验方法
• 3.2.1 拟动力试验方法基本原理
• 3.2.2 显式数值积分方法
• 3.2.3 隐式数值积分方法
• 3.2.4 组合数值积分方法
• 3.3 一种新的拟动力试验方法
• 3.3.1 问题的提出
• 3.3.2 去刚度的PC-Newmark法
• 3.3.3 稳定性和计算精度
• 3.3.4 算法优点
• 3.3.5 算法流程图
• 3.4 数值积分方法对比验证
• 3.4.1 结构模型
• 3.4.2 算例一
• 3.4.3 算例二
• 3.4.4 算例三
• 3.5 本章小结
• 第4章 组合框架结构远程协同拟动力试验平台开发
• 4.1 概述
• 4.2 非线性地震反应程序
• 4.2.1 结构分析模型
• 4.2.2 恢复力模型
• 4.2.3 运动方程的建立
• 4.2.4 结构动力方程的求解
• 4.2.5 程序流程图
• 4.3 结构远程协同拟动力试验方法
• 4.3.1 远程协同拟动力试验基本思想
• 4.3.2 数值积分方法选取
• 4.4 试验子结构边界条件的处理
• 4.4.1 底层支撑为试验子结构,其余结构为计算子结构
• 4.4.2 中间层支撑为试验子结构,其余结构为计算子结构
• 4.4.3 顶层支撑为试验子结构,其余结构为计算子结构
• 4.5 组合框架结构远程拟动力试验平台开发
• 4.5.1 控制中心
• 4.5.2 真实试验机
• 4.5.3 虚拟试验机
• 4.6 本章小结
• 第5章 远程协同拟动力试验
• 5.1 概述
• 5.2 远程拟动力虚拟试验
• 5.2.1 结构模型
• 5.2.2 试验结果
• 5.3 远程拟动力真实试验
• 5.3.1 试验模型
• 5.3.2 试验加载
• 5.3.3 试验结果
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢