1、第三章第三章 拟动力试验拟动力试验第一节第一节 概概 述述理想的加载制度理想的加载制度 反映结构非周期性变形的特点反映结构非周期性变形的特点 按确定性的地震反应制定加载制度按确定性的地震反应制定加载制度加载制度实例加载制度实例非周期性抗震静力试验方案一非周期性抗震静力试验方案一 由给定的输入地震加速度记录通过计算由给定的输入地震加速度记录通过计算机进行非线性动力分析，将计算得到的机进行非线性动力分析，将计算得到的位移反应时程曲线作为输入数据进行控位移反应时程曲线作为输入数据进行控制并施加在试验的结构对象上制并施加在试验的结构对象上计算机数值分析控制试验加载计算机数值分析控制试验加载需要在试验前
2、假定需要在试验前假定结构的恢复力特性结构的恢复力特性模型。模型。非周期性抗震静力试验方案二：非周期性抗震静力试验方案二：拟动力试验拟动力试验 计算机加载器联机加载系统计算机加载器联机加载系统 不需要事先假定结构的恢复力特性不需要事先假定结构的恢复力特性拟动力试验原理拟动力试验原理 恢复力可恢复力可以直接从试验以直接从试验对象所作用的对象所作用的加载器的荷载加载器的荷载值得到，从而值得到，从而计算机可以完计算机可以完成非线性地震成非线性地震反应微分方程反应微分方程的求解。的求解。建筑抗震试验方法规程建筑抗震试验方法规程定义定义 试体在静力试验台上实时模拟地震动力试体在静力试验台上实时模拟地震动力
3、反应的试验。反应的试验。第二节第二节 拟动力试验设备和加载拟动力试验设备和加载制度制度试验系统试验系统 试体试体 试验台试验台 反力墙反力墙 加载设备加载设备 计算机计算机 数据采集仪器仪表数据采集仪器仪表拟动力试验装置拟动力试验装置立面立面平面平面 垂直伺服作动器结构垂直伺服作动器结构水平伺服作动器结构水平伺服作动器结构装有垂直恒载伺服作动器的框架结构装有垂直恒载伺服作动器的框架结构试体拟动力试验装置试体拟动力试验装置拟动力试验拟动力试验 计算机加载器联机试验计算机加载器联机试验加载制度和加载工作流程加载制度和加载工作流程 在计算在计算机系统机系统中输入中输入某一确某一确定性的定性的地震地地
4、震地面运动面运动加速度。加速度。加载制度和加载工作流程加载制度和加载工作流程 以单自由度为例，以单自由度为例，由计算机按输入由计算机按输入第第n步的地面运步的地面运动加速度动加速度 求求得第得第n+1步的指步的指令位移令位移 。0nX1nX运动方程运动方程0nnnnMXCXFMX 加载制度和加载工作流程加载制度和加载工作流程 按指令位移按指令位移 对结构施加荷载。对结构施加荷载。1nX加载制度和加载工作流程加载制度和加载工作流程 量测结构的恢复量测结构的恢复力力 和加载器和加载器的位移值的位移值 。1nF1nX加载制度和加载工作流程加载制度和加载工作流程 重复上述步骤，重复上述步骤，按输入第按
5、输入第n1步步的地面运动加速的地面运动加速度度 求位移求位移 和恢复力和恢复力 ，继续进行加载试继续进行加载试验。验。2nX01nX2nF加载制度和加载工作流程加载制度和加载工作流程 整个试验加载连整个试验加载连续循环进行，全续循环进行，全部由计算机自动部由计算机自动控制操作执行。控制操作执行。运动方程的简化运动方程的简化0nnnMXFMX 第三节第三节 拟动力试验数值计算方法拟动力试验数值计算方法两个自由度结构地震反应的联机试验两个自由度结构地震反应的联机试验 单跨双层钢筋混凝土框架单跨双层钢筋混凝土框架 模型尺寸为实物结构的模型尺寸为实物结构的14 抗侧力试验台座抗侧力试验台座 电液伺服加
6、载器加载电液伺服加载器加载结构的运动方程结构的运动方程1111022220m XFm Xm XFm X 线性加速度法线性加速度法22666()()()2()()X ttX tX tX tX ttttt 中心差分法中心差分法222121()()()()X tX ttX tX ttttt（）当）当t0时，结构的时，结构的位移、速度、位移、速度、加速度均为加速度均为零。零。（）计算第）计算第(1)步的位移步的位移响应，即计响应，即计算算 时的地震位时的地震位移。移。tt 结构的刚度矩阵表达式结构的刚度矩阵表达式111112212222(1)(1)FXKKKKFX用线性加速度法得到加速度响应用线性加速
7、度法得到加速度响应1122226(1)(1)6(1)(1)XXtXXt代入结构的运动方程代入结构的运动方程1111022220m XFm Xm XFm X 计算得到第（计算得到第（1）步的位移响应）步的位移响应12221212021122111122222121211120221221111222226()(1)66()()6()(1)66()()m Km Km mXtXK KmKmKttm Km Km mXtXK KmKmKtt（）由两台电）由两台电液伺服加载器液伺服加载器分别将位移响分别将位移响应应X1(1)、X2(1)施加于框架第施加于框架第一、二两层梁一、二两层梁的跨中，并测的跨中，并
8、测得相应的恢复得相应的恢复力为力为F1(1)和和F2(1)。（）计算第（）计算第（2）步步 即即 时的位移响应时的位移响应X1(2)、X2(2)。2tt 时刻恢复力的矩阵形式时刻恢复力的矩阵形式111112212222()()()()()()()()F ttX ttKttKttKttKttF ttXtttt中心差分法中心差分法11112222222222121(1)(0)(1)(2)121(1)(0)(1)(2)XXXXtttXXXXttt代入初始条件后，得代入初始条件后，得111222222221(1)(1)(2)21(1)(1)(2)XXXttXXXtt 计算得到第（计算得到第（2）步的位
9、移响应）步的位移响应22111012222202(2)2(1)(1)(2)2(1)(1)tXXFt XmtXXFt Xm（）重复步骤）重复步骤（），按），按X1(2)、X2(2)控控制位移施加荷制位移施加荷载，测出恢复载，测出恢复力力F1(2)和和F2(2)，然后计算第（然后计算第（3）步位移响应步位移响应X1(3)、X2(3)。（）重复）重复（）（）的试验步骤，的试验步骤，直至输入地面直至输入地面运动加速度的运动加速度的指定时刻。指定时刻。从上述试验步骤说明从上述试验步骤说明 在多自由度结构体系的联机试验中，第在多自由度结构体系的联机试验中，第一个数值积分计算步骤可以用线性加速一个数值积分计算步骤可以用线性加速度法，以后均采用中心差分法进行。度法，以后均采用中心差分法进行。思考题思考题 拟动力试验与低周反复荷载试验的相同拟动力试验与低周反复荷载试验的相同点与不同点各有哪些？点与不同点各有哪些？写出地震作用下两自由度体系的非线性写出地震作用下两自由度体系的非线性动力方程（画出动力模型图并写出动力动力方程（画出动力模型图并写出动力方程）。方程）。在拟动力试验中，恢复力是实测的还是在拟动力试验中，恢复力是实测的还是预先给定的？预先给定的？
