[發明專利]摩擦型減隔震支座振動臺縮尺試驗數值計算方法

在審

• 申請號: 202011023582.7
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112131647A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 魏標;符云集;蔣麗忠;李姍姍;譚昊;胡章亮;卓熠
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 周曉艷;張勇

本發明涉及一種摩擦型減隔震支座振動臺縮尺試驗數值計算方法，包括：1)構建理想摩擦型減隔震支座數值模型；2)引入重力失真與摩擦空間變異性進行修正；3)實現不同縮尺比的摩擦型減隔震支座振動臺試驗的數值模擬；4)獲得所需的實際地震波數據；5)利用逐步積分法計算每條地震波作用下摩擦型減隔震支座的響應；6)實現模型數值計算數據的存儲與繪圖；7)分析摩擦空間分布形式、剪力鍵、粘滯阻尼、彈簧剛度和彈簧初始力等因素對于縮尺模型響應的誤差影響；8)基于分析結果闡明誤差來源并提出有效解決方案。本發明提供了一種能有效解決振動臺縮尺試驗中試驗與數值模擬的“非一致性”難題的摩擦型減隔震支座振動臺縮尺試驗數值計算方法。

技術領域

本發明屬于數值分析與計算機模擬技術領域，涉及一種摩擦型減隔震支座振動臺縮尺試驗數值計算方法。

背景技術

發生在城市地域附近的地震活動會對人類社會產生劇烈的影響，嚴重威脅人類生命安全，并破壞基礎設施，嚴重影響人類社會經濟生活。為降低地震對于交通運輸的影響，許多減隔震裝置被廣泛運用于橋梁結構。近年來有關減隔震裝置的研究主要集中在摩擦的運用，這類減隔震裝置相較于傳統的減隔震裝置能得到更好的隔震效果。其中摩擦擺系統(FPS)由于其良好的地震頻率敏感性以及降低地震作用下殘余位移的能力，已經在工程實踐中被廣泛使用。已有研究發現FPS能有效降低地震作用下結構的絕對加速度響應，降幅達到50-90％，但仍存在地震期間的較大相對位移和地震之后的永久位移，因此考慮將彈簧以及粘滯阻尼器組合進FPS，形成新的隔震裝置，來解決位移過大的問題。并且針對在中國廣泛建設的大跨度鐵路橋梁，由于列車所具有的巨大制動力，僅靠摩擦力是很難抵抗的，需要在原有的支座基礎上增加剪力鍵(抗剪螺栓)來進行抵抗，因此需要進一步研究包含剪力鍵的彈簧-粘滯阻尼-摩擦隔振系統的組合隔振效果。

利用振動臺模擬地震作用來研究上述摩擦型減隔震支座的隔震能力是目前常用的現代技術。同時，伴隨計算機技術的不斷發展，利用程序語言對上述摩擦型減隔震支座進行數值模擬與分析，通過大量數據計算來確定該類裝置理論上的隔震能力，既能有效的與振動臺試驗結果相對照，更能避免進行過多振動臺試驗所帶來的人力物力上的資源浪費。但是由于振動臺空間尺寸以及承載能力有限，振動臺模擬通常只適用于縮尺試驗，而在縮尺試驗中機械制作、重力加速度等各種因素將影響被測試系統的縮尺過程，使得縮尺試驗得到的結果無法保證準確性，造成上述摩擦型減隔震支座實際振動臺縮尺試驗結果與理想情況下該結構縮尺試驗數值模擬結果間的“不一致性”難題。

因此在對上述摩擦型減隔震支座進行振動臺縮尺試驗前有必要對其進行考慮了機械制作、重力加速度等各種因素影響的實際振動臺縮尺試驗數值模擬分析，研究有效的數值計算方法，以確定該結構振動臺縮尺試驗誤差產生的原因以及各類因素對于誤差的作用規律，由此指導該結構振動臺縮尺試驗的設計，解決縮尺試驗中試驗與數值模擬的“非一致性”難題。

發明內容

為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種能有效解決解決縮尺試驗中試驗與數值模擬的“非一致性”難題的摩擦型減隔震支座振動臺縮尺試驗數值計算方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種摩擦型減隔震支座振動臺縮尺試驗數值計算方法，其特征在于：所述摩擦型減隔震支座振動臺縮尺試驗數值計算方法包括以下步驟：

1)基于通用程序語言，選定豎向預應力彈簧的剛度與彈性力、粘滯阻尼、摩擦力、剪力鍵的剛度與剪斷力對目前工程上常用的各種摩擦型減隔震支座進行數值模擬，構建理想摩擦型減隔震支座數值模型；

2)基于已構建的理想摩擦型減隔震支座數值模型，引入重力失真與摩擦空間變異性兩者因素進行修正，以實現摩擦型減隔震支座振動臺縮尺試驗的實際數值模擬；

3)針對不同振動臺縮尺試驗具有的不同空間縮尺比，依據縮尺理論，按照每個物理參量的縮尺比調整相應物理量的取值，實現對于不同縮尺比的摩擦型支座振動臺試驗的數值模擬；