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1、结构振动台试验结构振动台试验 徐 艳 副研究员 同济大学桥梁馆 振动台试验(6个学时) 7 传感器设置与数据采集 试验工况设计 结构抗震能力预估与结果评定 1 振动台试验系统 2 3 4 5 6 模型与配重设计 保护系统 振动台试验案例分析 试验方案设计 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 振动台模型试验具有如下的作用： （1）研究结构的地震破坏机理和破坏模式破坏机理和破坏模式，评价结构的抗震能力； （2）研究结构中地震作用的分布，为检验结构的抗震分析方法检验结构的抗震分析方法提供依据； （3）寻找结构中可能存在的薄弱环节，为采取有效的抗震措施抗震措施提供依据； （4）验证新型结构体系的抗震
2、分析模型新型结构体系的抗震分析模型，为发展新的结构抗震设计理论提 供依据； （5）研究各种介质之间的相互作用问题研究各种介质之间的相互作用问题，例如结构与地基的相互作用，结 构与流体的作用，为认识这类问题的破坏机理，建立分析模型和发展分析 方法提供依据。 高校及科研院所高校及科研院所 振动台参数振动台参数 建设状态建设状态 北京工业大学 3m3m一台，1m1m九台 已建成 中国建筑科学研究院 6m6m一台 已建成 中国地震局工程力学研究 所（燕郊） 5m5m一台（固定）,3.5m3.5m一台（可移动） 在建 山东建筑大学 3m3m一台 已建成 河北工程大学 3m3m一台 已建成 同济大学 4m
3、6m两台（30T)，4m6m两台（70T) 已建成 苏州科技学院 6m8m一台 在建 福州大学 4m4m一台（固定)，2.5m2.5m两台（可移动) 已建成 东南大学 6m9m一台 筹备招标 南京工业大学 3m4m一台 已建成 中南大学 4m4m三台（可移动）， 4m4m一台（固定） 在建 重庆大学 6m6m一台 在建 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 国内高校及科研院所振动台统计 北京工业大学 福州大学振动台示意图 中南大学 中国地震局 南京工业大学 中国建筑科学院 高校及科研院所高校及科研院所 振动台参数振动台参数 建设状态建设状态 重庆交通科学研究所 3m6m一台（固定)，3m6m一
4、台（可移动) 已建成 西南交通大学 8m10m一台（固定），3m5m一台（可移动） 已建成 西安建筑科技大学 4m4m一台 已建成 苏州东菱振动试验仪 器有限公司 4500mm4000mm，50t 已建成 中国水利水电科学研 究院 5m5m一台 已建成 广州大学 3m3m一台，10t 已建成 中国核工业设计院 6m6m一台 在建 台北NCREE 5m5m一台,30t 已建成 香港理工大学 3m3m一台，10t 已建成 大连理工大学 5m5m一台 已建成 河海大学 2m2.8m一台 已建成 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 续表 西南交通大学 苏州东菱 广州大学 重庆交通科研所 科研院所科研
5、院所 振动台参数振动台参数 建设状态建设状态 CGS Laboratory, Alger, Algeria 6.1mx6.1m,60t 已建成 SERC, Chennai,Tamil Nadu, India 4mx4m,30t 2mx2m,5t 3mx3,10t 已建成 NIED E-Defence Laboratory, Miki City, Japan 20mx15m,1200t 已建成 Nuclear Power Engineering Corporation, Japan 15mx15m,908t 已建成 Public Works Research Institute (PWRI),
6、Japan 8mx8m,300t 已建成 Hyundai Institute of Construction Technology Development, South Korea 2mx2m,5t,5mx3m,30t 已建成 Pusan National University , Korea 5mx5m,30t,5mx5m,60t,4mx4m,30t 已建成 Commissariat lEnergie Atomique et aumx Energies Alternatives (CEA), France 6mx6m,100t;4mx3m,20t,2mx2m,10t 已建成 ENEA (Ca
7、saccia R. C.) - System 1/2 Shake Table , Italy 4mx4m,30t;2mx2m,5t 已建成 University at Buffalo (State University of New York), USA 3.6 mx 3.6m,50t 两台； 3.7mx3.7,50t 已建成 University of Nevada at Reno, USA 4.3mx4.5m,45t(3台)2.75mx2.75,50t 已建成 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 E-defense Japan Large Shake table University o
8、f Nevada,Reno Reno, NV Shake Table Commissariat lEnergie Atomique et aumx Energies Alternatives (CEA), France University of Buffalo SUNY Buffalo, NY Shake Table 国外振动台统计 科研院所科研院所 振动台参数振动台参数 建设状态建设状态 European Centre for Training 1.4mx2.5m,8t 已建成 Hydroproject Research Institute, Russia 5mx5m,50t 已建成 Bo
9、gazici University, Istanbul , Turkey 3mx3m,10t 0.7mx0.7m,0.1t 已建成 Earthquake Engineering Center, University of Engineering & Technology Peshawar, Pakistan 6.0mx6.0m,60t 已建成 University of California at Berkeley , USA 6.1mx6.1m, 85t 已建成 University of California at San Diego , USA 12.2 mx 7.6m,2000t,(o
10、utdoor) 已建成 Wyle Laboratories, USA 6.1m x 5.5m,27t 2.7 x 2.7,4.5t 2.4 x 2.4,4.5t 已建成 University of California at San Diego University of SS. Cyril and Methodius in Skopje, Macedonia 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 地震模拟振动台是再现各种地震波再现各种地震波对结构进行动力试验的一 种先进试验设备，其特点是具有自动控制和数据采集及处理系统自动控制和数据采集及处理系统， 采用
11、了计算机和闭环伺服液压控制技术，并配合先进的振动测量 仪器，可以在实验室内进行结构物的地震模拟试验地震模拟试验，以求得地震 输入对结构的影响。 _DRV FRF Measurement _RSP （1）电磁：适用于国防、航天、通讯、电子、汽车等 行业，试验效果显著、可靠。扫频及定频操作方式，适 应不同行业测试要求。由振动台面、电磁线圈、功率放 大器和电控系统组成。 定频试验定频试验是指使用正弦频率正弦频率振动的方式，在验室内 模拟电工电子产品在运输、存储、使用过程中所经受的 振动及影响，并考核其适应性，定频可以缓解强电磁场 对控制电路的干扰。 扫频试验扫频试验是指根据试验规定的频率规定的频率用
12、扫描方法不断 地改变激振频率。 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 （2）液压：基本原理是以液压组件为执行机构，根据负反馈原理，使系统的输 出能快速、准确地跟踪给定的命令信号，液压膜技术的应用，可靠的液压电源供 应器提供了干净、稳定温度的油压到激振器上。 按照驱动方式不同，可以分为电磁振动台和液压振动台。 电磁振动台 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 优点优点 缺点缺点 电磁 全功能电脑控制,波形失真小，可达最 高频率3000Hz；精密型设计制造，体积小、 超静音工作；机台底座采用优质材料，安 装方便，运行平稳，无需安装地脚螺丝。 不能进行大位移试验，而 且大出力要求设备庞大，成 本较高
13、，因此只能用于小型 地震模拟。 液压 精度高、响应快、大功率，行程大，出 力大，系统的输出能快速、准确地跟踪给 定地命令信号；除了正弦波，还可以模拟 其他规则波和地震波；可以轻松处理偏心 或较大负载的测试，高强度的钢结构台面 保证了振动的绝对均匀和结果一致性、重 现性，避免了不正确、变形的结果产生。 易于实现低频、波形调整灵活，多用于大 型结构或部件试验。 液压元件制造精度较高， 使用维护严格；油液受温度 影响，不宜在高温或低温环 境下工作；不适宜远距离输 送动力，远距离压力损失较 大，油液容易污染，污染后 易影响试验；发生故障不易 检查和排除。 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 地震模拟
14、振动台由台面、液压驱动系统、控制系统、测试和数据采集系统台面、液压驱动系统、控制系统、测试和数据采集系统 组成。 Reaction wall Short trench Long trench Control room Shake tables Three working modes: 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 同济大学地震模拟振动台台阵性能指标 项目 AD台 BC台 台面尺寸 6m4m 6m4m 最大加速度时试件重量（ton） 30 70 控制自由度数 6 6 X、Y向额定行程（mm） 500 500 Z向额定行程（mm） / / X、Y向额定
15、速度（mm/s） 1000 1000 Z向额定速度（mm/s） / / X、Y向额定加速度（g） 1.5 1.5 Z向额定加速度（g） / / 额定抗倾覆力矩（tonm） 200 400 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 1.台面：振动台的台面是有一定尺寸的平板结构， 其尺寸的规模由结构模型的最大尺寸来决定。台体 自重和台身结构与承载的试件重量及使用频率范围 有关。振动台必须安装在质量很大的基础上，这样安装在质量很大的基础上，这样 可以改善系统的高频特性可以改善系统的高频特性，并减小对周围建筑和其 他设备的影响。 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 2.液压驱动和动力系统 液压驱动系统给振动台以巨大的推力液压驱动系统给振动台以巨大的推力。由电液伺服系统来驱动液 压加载器，控制进入加载器液压油的流量大小和方向，从而推动台面 能在垂直轴或水平轴的X和Y方向上产生相位受控的正弦运动或随机运 动，实现地震模拟和波形再现的要求。 液压动力部分是一个巨大的液压功率源，能供给所需要的高压油 流量，以满足巨大推力和台身运动速度的要求。 2.液压驱动和动力系统 一、振动台试验系统一、振动台试验系统 1-5号油泵 蓄能器 蓄能器组阀 一、振动台试验系统一、振
