[发明专利]一种土-框架结构相互作用体系动力特征识别的试验方法

说明书

本发明提供一种土‑框架结构相互作用体系动力特征识别的试验方法，属于结构动力学技术领域。该方法将框架结构安装在振动台上，在框架结构各层安装加速度传感器，框架柱的底层柱脚安装应变片，建立土体数值计算模型。以白噪声为自由场地面运动，采用实时耦联振动台实验方法，对土体的数值计算模型地表中点施加白噪声等效荷载和框架结构基底剪力的合力，计算地表中点的位移反应作为振动台下一试验时步的位移，驱动振动台对框架结构进行加载，测量框架结构各层的加速度反应和柱脚应变反应。以白噪声为输入，各加速度反应为输出，计算各加速度反应相对白噪声的频响函数，计算土‑框架结构相互作用体系的固有频率、阻尼比和振型。

技术领域

本发明涉及结构动力学技术领域，特别是指一种土-框架结构相互作用体系动力特征识别的试验方法。

背景技术

结构动力试验中，考虑到复杂的试验条件，常通过环境激励直接测量结构输出，采用基于系统输出的工作模态分析方法识别结构的动力特征。其中，Van Overschee Peter,De Moor Bart.Subspace Identification for Linear Systems:Theory-Implementation-Applications.Dordrecht,the Netherlands:Kluwer AcademicPublishers,1996.公开了随机子空间识别法(SSI)和Juang Jer-Nan,Pappa Richard S.AnEigensystem Realization Algorithm(ERA)for modal parameter identification andmodel reduction.Journal of Guidance ControlDynamics,1985,8(5):620-627.公开了特征系统实现算法(ERA)的工作模态分析方法识别结构的动力特征。樊可清,倪一清,高赞明.改进随机子空间系统辨识方法及其在桥梁状态监测中的应用.中国公路学报,2004,17(4):70-73.公开了改进随机子空间识别法对香港汀九大桥进行了环境激励下的模态参数识别，纪晓东,钱稼茹,徐龙河.模拟环境激励下结构模态参数识别试验研究.清华大学学报(自然科学版),2006,46(6):769-772.公开了一个两层钢支撑框架模型进行了模拟环境激励试验，通过特征系统实现算法得到了结构的振型参数。王进廷,金峰,徐艳杰,张楚汉.实时耦联动力试验方法理论与实践.工程力学,2014,31(1):1:14.公开了一种实时耦联的土-结构的相互作用振动台试验方法，试验研究结构的地震反应。

基于环境激励模态识别，是假定激励为白噪声，而真实信号是未知的，由于振动信号弱，难以得到结构的高阶模态，同时，无法得到土体部分的模态特征。本发明提出一种土-框架结构相互作用体系动力特征识别的试验方法，该方法以白噪声为自由场地面运动，采用实时耦联振动台实验方法得到各加速度反应，从而通过实验模态分析方法得到土和框架结构包含高阶模态的整体模态特征。

发明内容

本发明针对土-结构相互作用体系工作模态分析方法难以识别高阶模态，且无法包含土体部分模态的问题，提供一种土-框架结构相互作用体系动力特征识别的试验方法。

该方法包括步骤如下：

S1：将框架结构安装在振动台上，在框架结构的每一层上安装加速度传感器，在框架结构柱体的底层柱脚安装应变片，标定应变片的灵敏度；

S2：建立白噪声时程和土体有限元模型；

S3：采用实时耦联振动台实验方法，每一个试验时步中，对土体有限元模型地表中点施加白噪声等效荷载和框架结构基底剪力的合力，计算土体有限元模型地表中点的位移反应和各自由度的加速度反应，并将土体有限元模型反应中地表中点的位移反应作为振动台下一试验时步的位移，完成白噪声激励下的各时间步的实验，测量框架结构各层的加速度反应和柱脚的应变反应；

S4：计算各加速度反应相对白噪声的频响函数，然后，通过频域法、特征系统实现算法或随机子空间法中的一种计算土-框架结构相互作用体系的固有频率、阻尼比和振型。