地震模拟振动台系统是一个复杂的装置,主要由振动台台面、液压驱动和动力系统、测试和分析系统、控制系统组成。
图:地震模拟振动台系统的工作原理示意图
振动台台面的无限制的运动形式是六自由度的运动形式,即平动的三个自由度运动形式:沿x向的横向运动(x向)、沿y向的纵向运动(y向)和沿z向的垂直运动(z向);和旋转的三个自由度运动形式:绕x轴的转动(Roll)、绕y轴的转动(Pitch)以及绕z轴的转动(Yaw)。一般是由不同的作动器(水平作动器和垂直作动器)来控制其运动的六自由度振动,如下图所示。
工作原理图
振动台台面具有一定的厚度和刚度,截面形式可以是圆形和矩形,截面尺寸根据试验的需求来确定。为了使振动台很好的模拟地震底面运动,通常需要安装多个作动器来协调推动振动台运动。
推力是由振动台和试件的质量之和与振动加速度共同决定的。地震模拟振动台主要采用模拟控制反和数字计算机控制。
模拟控制是将地震地面运动的位移反馈到作动器的驱动中,地震记录的数据主要是地震的加速度,此时,我们可以对加速度分别进行一次积分和两次积分来得到速度和位移,然后将它们输入到计算机,转化为按地震地面运动的形式驱动振动台运动的控制信号,从而实现地震地面运动的模拟。
带说一句,作为我国仅有的以防灾减灾高等教育为主的本科院校,防灾科技学院于2013年建成地震模拟振动台并投入使用。此模拟振动台可用来探讨各类结构地震破坏过程、检验新的抗震结构或抗震装置的有效性、发展更有效地结构分析方法等。
可以培养在校学生的地震直观感知,模型结构设计、建造等综合能力。使学生更好地掌握结构地震破坏机理、结构正确抗震方法以及抗震新装置的效能评价方法。
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