离心机振动台输入输出波相似程度评价方法研究 - 长江科学院院报.pdf

　 第２９卷第３期 长　江　科　学　院　院　报 Ｖｏｌ．２９　Ｎｏ．３　　 　　２０１２年 ３月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｍａｒ．２０１２　 　 　　文章编号：１００１－５４８５（２０１２）０３－００７９－０５ 离心机振动台输入输出波相似程度评价方法研究 张雪东，侯瑜京，梁建辉，李京爽，宋献慧 （中国水利水电科学研究院，北京　１０００４８） 摘要：离心机振动台台面真实振动（输出波）与试验设计采用的地震波（输入波）之间的相似程度是反映振动台性 能的一个重要指标。中国水利水电科学研究院在２０１０年１２月成功安装了具有水平和垂直双向控制振动的离心机 振动台Ｒ５００Ｂ，进行了８次台面性能检测试验，以此试验结果为基础，结合２种对于输入输出地震波相似程度的评 价方法，检验了Ｒ５００Ｂ模拟各类地震波的性能。评价结果表明：由于Ｒ５００Ｂ安装了地震波输入调整模块，能够较 好地模拟多种地震波，因此能够模拟各类建筑物在不同地震条件下的各种反应，说明使用Ｒ５００Ｂ开展的离心动力 模型试验具有较高的可靠性和良好的工程应用前景。 关　键　词：离心机；振动台；功率谱面积；反映谱 中图分类号：Ｐ３１５．３　　　文献标志码：Ａ 波，本文介绍了振动台这一模块的工作原理，并结合 一些调试试验的结果对其使用效果进行评估。 １　研究背景 土工离心机振动台能够在原型应力的条件下模 ２　地震波输入调整模块工作原理 拟各类土工建筑物在地震荷载作用下的动力响应、变 形规律等人们关心的问题，因此被国内外岩土工程界 图１为Ｒ５００Ｂ中地震波输入调整模块工作流程 ［１］ 视为最有效的地震模拟试验手段 。在工作时，离心 示意图。下面我们将简单介绍该模块的工作过程。 机首先使模型处于与原型相同的应力场中，而后通过 作动器向台面施加可控制的振动，模拟真实的地震 波，利用埋设或安装的各类传感器，可观测到模型在 各种地震荷载作用下的响应。 值得注意的是，由于目前技术水平的限制（如机 械、控制方面），且各构件都是在高ｇ值超重状态下进 行工作（绝大多数构件设计工作条件为１ｇ），离心机 图１　输入地震波调整模块工作流程图 振动台的作动器大都无法准确无误地执行控制系统 Ｆｉｇ．１　Ｗｏｒｋｆｌｏｗｏｆｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅ （电脑或控制器）发给它的指令，这将导致台面真实振 　　在一次试验开始时，首先由控制系统（电脑或 动（输出波）与试验设计中采用的地震波（输入波）出 控制器）通过伺服阀向作动器发出驱动信号（即试 现偏差，如这一偏差较大，将会降低试验结果的可靠 验设计使用的地震波，简称“ＣＴＲ波”），在台面发生 性。 振动后，台面上安装的加速度传感器将台面的真实 中国水利水电科学研究院历经５年时间的研制， 振动时程（即返回波，简称“ＦＢ波”）反馈到控制系 于２０１０年底成功安装了一台具有水平和垂直双向控 统中，内置程序首先将 ２波经傅里叶变换变至频 制振动的离心机振动台Ｒ５００Ｂ，该振动台由美国ＡＮ ［２］ 域 ，而后用ＣＴＲ波和ＦＢ波的频谱相除得到转换 ＣＯ公司首次制造。Ｒ５００Ｂ振动台可根据台面放置的 函数，最后将转换函数与ＣＴＲ波的频谱乘积，将结 加速度传感器反馈的台面振动信息调整输入的地震 果经傅立叶逆变换得到新的输入驱动信号。该模块 波，使得台面输出的地震波接近试验设计使用的地震 的工作原理可由下面的例子简单说明：即如果 ＦＢ