基于试验软件的土木本科拟动力试验教学方法初探

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1、基于试验软件的土木本科拟动力试验教学方法初探王贞哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室哈尔滨工业大学土木工程学院土木工程专业本科拟动力试验教学具有重要意义，并II具有理论性强、综合性强、课时少、重概念等特点。针对这些特点，设计了基于混合试验软件UyTest的“课堂讲解”一“现场演示”一“模拟操作”一体化教学方案。实践表明该方案能取得较理想的教学效果。关键词：教学方法;土木工程试验;拟动力试验;试验软件;主要从事结构抗震试验方法研宄与教学。TentativeResearchintoTeachingMethodBa

2、sedonHybridTestingSoftwareforPseudo-dynamicTestofCivilEngineeringUndergraduatesWANGZhenKeyLabofStnicturesDynamicBehavioi^ndControloftheMinistryofEducation，HarbinInstituteofTechnology;Abstract：Teachingofpseudo-dynamictestsisofgreatimportancetoundergraduatesmajoredincivilengineering.Thisteachi

3、ngischaracterizedbystrongsenseoftheory,strongcomprehensiveness,limitedteachinghoursandemphasizingconcepts.Forthesefeatures,thispaperdesignsanintegratedteachingplanbasedonhybridtestingsoftware-HyTest，namelyclassroomexplanation,livedemoandsimulatedoperation.Practiceshowsthatthismethodisrelativ

4、elyeffective.Keyword：teachingmethod;civilengineeringexperiment;pseudo-dynamictest;testingsoftware;一、引言土木建筑结构既是人们日常生活、生产的环境基础，也是灾害中人们生命财产安全的保障。因此，结构的力学性能和工作性能分析是土木工程专业重耍课题之一。土木材料如混凝土、砌块等具有强非线性，并且结构形式多样、常常具有大量冗余自由度，使得土木结构的力学性能分析既是非常重要的工作，也是难以完成的工作。鉴于此，土木建筑试验在整个土木工程学科知识体系屮具有重要地位。土木工程试验，贯穿学生专业知识

5、学习全程，更是贯穿未来职业工作的方方面面。地震是威胁建筑结构安全的重要因素之一，建筑结构抗震试验方法的教学与知识传授，对构建学生专业知识体系、培养分析问题能力具冇重要意义。作为三人抗震试验技术之一的拟动力试验，具有加载设备要求低、能直接获得结构地震响应过程等突出优势，在抗震试验方法中占据重耍地位。同吋，该方法涉及实验加载设备、控制技术、数值分析方法、数据采集等环节，完整、全面介绍此类内容在当前现有课时安排下无法完成，学生更是无法在短时间内接受如此丰富的内容。本文借助混合试验软件，以概念传授为本，对该内容的教学方法进行了初步探讨。二、拟动力试验方法的基本原理拟动力试验方法是以静载

6、试验加载速度实施、以获取结构地震反应为目的、试验机和计算机联机完成的动载试验方法，也称联机试验方法。该方法的理论基础，是结构地震反应的吋程分析法。地震作用下结构的运动微分方程为其中M、C、R分别为结构质量矩阵、阻尼矩阵和恢复力向量;d、v、a分别为结构位移、速度、加速度向量;I是所有元素为1的列向量，aK为地震动。对运动方程（1）进行数值求解，就可得到结构的地震响应，如结构最大位移、最大加速度等。不过，在数值求解之前需要建立各部分的数值模型。由于土木材料具冇强非线性，难以建立准确的恢复力模型，也就是说R（d）与真实情况可能差别较大。一种解决办法是，对质量和阻尼部分建立数值模型，

7、对恢复力部分采用真实试件进行模拟。具体而言，对以二阶微分方程描述的数值部分采用逐步积分算法求解，对真实试验部分釆用液压伺服控制系统进行加载，如图1所示。以常用的显式Newmark法为例，其对应的时间离散运动方程和算法假定可以表示为其中下标i表示第i次采样，下标E表示试件，△t表示积分步长。假设第i步的位移、速度和加速度均已知，则可根据公式（3）得到第i+1步的位移;把该位移发送给作动器进行加载，实现之后采集试件反力，即得RK（di+1）:再联立求解公式（2）和（4）,即可得第i+1步的速度和