地震模拟振动台的发展及应用.pdf

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1、第3期(总第152期)四川I地震No．32014年9月EARTHQUAKERESEARCHINSICHUANSept．2014地震模拟振动台的发展及应用赵晶(四川省地震局，四川成都610041)摘要：论述了地震模拟振动台的发展过程、发展趋势以及应用领域，介绍了四川省地震局正在研制建设中的地震虚拟仿真运动平台系统的基本情况，对其技术方案、系统构成、主要性能指标进行了详细阐述。关键词：地震模拟振动台；地震虚拟仿真运动平台系统；发展及应用中图分类号：P315．82文献标识码：B文章编号：1001—8115【2014)03-0038—03DOI：10．13716／j．enki．100

2、1—8115．2014．03．010．1地震模拟振动台的发展过程最初的抗震试验研究主要在室外进行，是将强震观测仪器设置在地震区的房屋等结构上，等地震到来时观测记录房屋结构在强地震作用下的反应。由于强地震稀少，靠在地震区建筑物上进行强地震观测来获取地震反应的数据机会非常少，且实验周期长，满足不了抗震研究的发展需要。最初想用计算分析方法来进行抗震试验研究，但是结构进人非线性区后的数学模型难以给出。因而，提出了将房屋结构放到实验室里来进行抗震试验的构想，由此地震模拟振动台在2O世纪6O年代末应运而生了。地震模拟振动台系统最早出现在日本，1966年东京大学生产技术研究所建成了世界上第

3、一台正弦振动台⋯。目前，日本主要有日立和三菱两大生产厂家生产振动台，此两家都是国际上知名的机械、电子制造业的大公司，实力很强。2O世纪7O年代末开始了三向六自由度地震模拟振动台的研制，日立公司、三菱公司均已成功完成。美国制造振动台最主要的厂家为MTS公司。MTS公司自1968年生产出第一台3．6513×3．65rn单向地震模拟振动台后，这方面的发展很快，MTS公司现已成为世界上主要的振动台建造厂家之一J。此外，尚有美国的Wyle公司、日本的鹭宫制造所、德国的SCHENCK公司等均可承建地震模拟振动台。国内生产振动台比较有名的厂家是天水红山试验机厂，并已为国内多家学校、科研单位

4、承建了多台地震模拟振动台【l】。地震模拟振动台的发展经历了一个长期的过程，在其振动波形、自由度数、控制方式等几个关键性的技术指标上都有逐渐进步的发展过程。I．I振动波形地震模拟振动台早期多为机械式，进行的多是正弦波形运动试验，只有个别仪器可进行固定格式的随机波形运动试验。发展至电磁式振动台时，运动波形可以根据需要随意控制，且波形失真小，也有进行大位移、大出力的试验设备。而电液伺服控制的振动台则具有低频时出力大、位移大，台体部分具有激震机构体积小、重量轻、结构简单、安装方便，易于形成多项控制等优点，成为现在最为广泛应用的地震模拟振动台。1．2自由度数1971年以前研制的振动台均

5、为单自由度(单轴向)运动系统。1971年以后开始研制双轴向运动系统。1971年，MTS公司为美国加州伯克利分校建成了世界第一台水平和垂直双向的6。1ITI×6．1m地震模拟振动台I5J。1978年以后，开始研制三向六自由度运动系统。1978年，日立公司为日本国有铁道研究所研制了0．8m×0．5m，载重0．2t的三向六自由度地震模拟振动台-4J。1．3模控和数控方式1972年以前的地震模拟振动台均为位移控制，1972年以后逐渐研制到了位移、速度和加速度三参量控制的反馈控制系统。1972年日立公司首先运用三参量控制原理，其中加速度反馈可以提高系统阻尼，速度收稿日期：2014—05

6、—21；修回13期：2014—06—22作者简介：赵晶(1981一)，女，河北省唐山市人，工程师2014年9月赵晶：地震模拟振动台的发展及应用·39·反馈可以提高油注共振频率，运用三参量反馈控制方法对提高系统的动态特性和系统的频带宽度有很大的促进作用引。1975年以前的振动台采用的是频域控制方式，其最大的缺点是不能再现时间历程，1975年以后开始采用时间历程控制方式并应用了自适应控制技术】。2地震模拟振动台的发展趋势2．1向大型发展地震模拟振动台实验要求试验结构满足动力相似条件，在实际试验中很难让所有的模型参数都同时满足相似性条件，在资金允许的情况下，应尽量加大振动台的台面尺

7、寸和承载重量，以克服模型尺寸效应影响。大型足尺寸试验是今后发展的趋势。例如核反应堆试验中，经常需要进行1：1的实物试验。日本2005年建成了台面尺寸为15m×20m，载重1200t的地震模拟振动台，现为世界上台面尺寸最大的地震模拟振动厶[4-5]口O2．2向台阵发展对于管道、多跨桥梁等细长型结构，通过增大地震模拟振动台的规模并不合适，而通过将多台小型振动台组成台阵，进行大尺寸、多跨、多点地震波形运动输入的结构抗震试验更为合理有效。台阵中的单个振动台还可以分开独立进行小型结构试验HI5J。日本最早建立了台