[发明专利]一种结构试验的加载控制方法

说明书

本发明公开了一种结构试验的加载控制方法，包括以下步骤：1)将试件离散为控制点，获取试件的控制点；2)将试件的加载目标、作动器、传感器都分配到各个控制点上；3)在每个控制点上分别建立外环控制；直至实验完成。本发明提出了控制点的概念，将控制点定义为可以代表结构真实运动或响应的点，并将所有的加载目标、作动器以及位移计都分配到各个控制点上，建立起了一种基于控制点的试验加载控制方法。对于每个控制点，根据该控制点上各个作动器的坐标和位移计的坐标计算非线性坐标转换矩阵，可以适应任意合理的作动器布置方案和位移计布置方案。最终为实际试验中可能出现的各种不同的试件类型和加载方案提供了一种通用的加载控制流程。

技术领域

本发明涉及土木工程技术，尤其涉及一种结构试验的加载控制方法。

背景技术

现有结构试验加载控制方法是将试件所有自由度上的加载目标视为一个整体，建立一个加载控制外环来实现目标，其主要流程和原理如下。首先，根据试验中作动器和传感器的具体布置方案，确定从结构加载目标到作动器加载目标之间的坐标转换关系，以及从传感器测量值到结构实际位移之间的坐标转换关系；然后，在加载控制系统中定义两个坐标转换关系，设计加载控制外环；最后，启动加载控制系统，开展试验。这种单一整体外环的试验加载控制方法存在以下不足之处：

第一、其加载控制方案与作动器和传感器的具体布置方案直接相关，而对于不同类型的试件，布置方案通常并不相同，因此单次的试验加载控制方案往往无法直接用于其他试验，不具备通用性；

第二、该方法假定从结构加载目标到作动器加载目标之间的坐标转换关系在试验过程中保持不变，而实际试验中作动器的运动方向在不断变化，采用固定的坐标转换关系将无法反应试验的真实情况，给试验结果带来误差；

第三、当结构加载目标需要通过外环控制才能实现时，试验者往往还需要在作动器加载控制系统外部自定义这些功能。由于试验方案的多样性，这些自定义的配置涉及到力位移混合或切换控制、外环控制器的设计等多个方面，实现起来较为复杂，且同样不具备通用性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种结构试验的加载控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种结构试验的加载控制方法，包括以下步骤：

1)将试件离散为控制点，获取试件的控制点，所述控制点定义为代表结构真实运动或响应的点；将试件的真实运动或响应简化为试件在控制点上的运动或响应；控制点的自由度定义为该点上需要考虑的自由度，根据试验对象和试验条件来确定；

2)将试件的加载目标、作动器、传感器都分配到各个控制点上；

根据加载目标来源的不同，将控制点分为参考、主动、位移跟动、力跟动、关联五种；其中，参考控制点为结构与地梁的连接点，用于将其他控制点的绝对位移转化为与地面的相对位移；主动控制点自由度的目标来源于外部命令，由试验者指定，或者由外部程序计算得到；位移跟动控制点自由度的目标类型为位移，目标值为其跟随的控制点自由度上的位移乘以跟动系数；力跟动控制点自由度的目标类型为力，目标值为其跟随的控制点自由度上的力乘以指定的系数；关联控制点自由度的目标类型为位移，目标值为其关联的控制点自由度上的位移，关联在一起的自由度共享相同的位移和力，即位移相等，力叠加在一起作为它们的力；3)在每个控制点上分别建立外环控制；对于每一组加载目标(即同一时间步的加载目标)，外环控制的具体流程如下：

3.1)获取当前目标步下所有控制点自由度目标及目标类型：目标类型为主动时，目标值来源于界面，即来源于外部命令，由试验者指定，或者由外部程序计算得到；目标类型为位移跟动或力跟动时，目标值等于跟动系数乘以被跟随自由度的位移或力；

3.2)计算各控制点的增量混合目标及增量位移目标：根据估计的结构整体刚度矩阵将增量混合目标转换为统一的位移目标，然后分解到每个控制点上；