多自由度子结构试验的边界解耦控制方法研究

摘要

静力循环往复试验或子结构试验方法都是将结构的某一部分进行试验,不同的是前者的加载履历是事先设定的,后者是在线计算得到的,试验部分在结构中都会受到其他部分的约束(即试件的边界条件),要获得真实结构中构件的抗震性能,就需要模拟试验体在结构中受到的真实边界条件.例如当把建筑结构中的柱或桥墩进行试验时,需要实现轴向、剪切、弯曲和扭转自由度的同步加载.由于混凝土和钢结构构件的轴向刚度很大,采用位移控制分辨率不够,一般在轴向采用力控制,同时轴向、水平和弯矩自由度之间通常存在较强的非线性耦合作用,采用传统的作动器单独控制将有较大的误差.本文将双闭环控制策略应用到多自由度加载系统,并根据各自由度的刚度特性灵活配置力-位移混合控制策略,采用初始刚度矩阵和线性化坐标转换矩阵实现多自由度之间的解耦,通过外部闭环控制器校正线性化带来的误差来提高试验的精度.以小型钢筋试件为例进行了试验验证,试验结果验证了这种解耦控制方法的可行性.