基于型钢-再生混凝土组合结构的子结构混合仿真试验方法研究

摘要

子结构混合仿真试验方法是将有限元数值模拟与实验室物理试验相结合的一种试验方法,它将全结构子结构化为数值子结构和试验子结构两部分,数值子结构在有限元程序中做数值模拟分析,试验子结构在实验室做物理试验,二者通过混合仿真试验协调系统进行信息交互和试验控制,共同完成结构在模拟地震作用下的动力反应分析。该试验方法目前已成为国际土木工程学术界的前沿学科和研究的热点。
　　本文建立了由MTS电液伺服加载系统、OpenFresco子结构混合仿真试验协调系统及OpenSees有限元程序组成的局域网子结构混合仿真试验系统,进行了以三层两跨型钢-再生混凝土框架为试验对象的三质点拟动力试验和以低层边柱为试验子结构的子结构混合仿真试验,对子结构混合仿真试验方法的基本原理、系统组成及参数设置展开研究,主要内容如下:
　　(1)将现代结构抗震试验方法分为拟静力试验、拟动力试验、地震模拟振动台试验和混合仿真试验方法四种,对比分析了各自的特点和目前国内外的发展水平及发展方向,对混合仿真试验方法产生的背景做了介绍。
　　(2)阐述了子结构混合仿真试验方法的基本原理,建立了基于OpenFresco的子结构混合仿真结构试验系统,并对系统各组成部分的工作机制进行详细分析;
　　(3)建立了一榀两跨三层型钢-再生混凝土组合结构框架和作为试验子结构的底层边柱,对框架进行了三质点拟动力试验,对框架柱进行了局域网内子结构混合仿真结构试验。从应用层面对型钢-再生混凝土组合结构框架在OpenSees中的建模过程及材料本构、阻尼比等相关参数的设置做了详细阐述,并做了框架结构在模拟地震作用下的非线性地震反应分析。
　　(4)通过将子结构混合仿真试验、三质点拟动力试验和OpenSees有限元数值模拟结果进行对比,验证了混合仿真试验方法对于型钢-再生混凝土组合结构的有效性和可靠性;以试验为基础对结果中各种误差的产生原因进行研究并提出相应的解决办法,为进一步的研究提供科学的参考依据。

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1 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 现代结构抗震试验方法分类及发展现状

1.3 子结构混合仿真试验方法提出的背景

1.4 子结构混合仿真试验方法的国内外发展现状和研究水平

1.5本文的主要研究内容

2.1 引言

2.2子结构混合仿真试验原理

2.3 子结构混合仿真试验的系统组成

2.4 本章小结

3 试验模型的建立

3.1 引言

3.2 试件设计

3.3试验测试方案

3.4 数值子结构有限元模型的建立

3.5试验子结构模型的定义

4 框架三质点拟动力试验及局域网混合仿真试验加载

4.1 引言

4.2 试验加载装置设计

4.3 地震波和加载工况的选取

4.4 试验误差分析及其控制措施

4.5 本章小结

5 框架子结构混合仿真试验及结果分析

5.1 引言

5.2三质点拟动力试验过程

5.3 子结构混合仿真试验系统的有效性验证

5.4 FEA与HST位移响应分析

5.5 HST与拟动力试验结果对比分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附录 研究生期间发表的论文