[发明专利]一种空间框架模型自适应实时混合仿真试验加载方法

说明书

本发明公开了一种空间框架模型自适应实时混合仿真试验加载方法，本发明通过初始时滞补偿和自适应加载段的双重初始时滞补偿策略，能够保证在正式加载地震波之前，系统的初始时滞接近于0，解决了实时混合仿真试验中对初始时滞估计和补偿不足的问题；本发明将空间框架试验子结构等效为一个试验单元，利用信号转换模块将整体模型中试验子结构对应的整体位移反应转换为实际固定在基础上的试验子结构加载相对位移，实现了对刚度较大的大比例尺空间框架模型的实时加载。

技术领域

本发明属于土木工程结构试验领域，具体涉及一种空间框架模型自适应实时混合仿真试验加载方法。

背景技术

实时混合仿真又称为实时子结构试验，是在子结构拟动力试验的基础上发展起来的一种新型结构试验方法，将整体结构划分为试验子结构和数值子结构两部分，其中试验子结构在实验室进行实时加载，数值子结构在有限元软件中进行实时模拟，由于实时混合仿真可以考虑加载速率对试件的影响，因此可以得到结构在地震荷载作用下更真实的动态响应。

实时混合仿真试验中，系统时滞的估计和补偿一直是研究人员重点考虑的问题，但是目前对于初始时滞的估计和补偿仍然只是采用简单的初始步一次性补偿方法，这往往导致对系统的初始时滞补偿不够充分，使系统在正式加载环节更容易出现失稳的情况。另一方面，目前实时混合仿真的试验对象多为刚度较小的单根构件，而针对刚度较大的大比例尺整体框架模型的实时加载试验仍然较少。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能够对空间框架模型进行实时加载并充分考虑初始时滞估计和补偿的空间框架模型自适应实时混合仿真试验加载方法。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，将整体空间框架模型划分为试验子结构和数值子结构两部分，且试验子结构选取顶层框架；

步骤二，建立数值子结构模型，选取地震波定义荷载工况；

步骤三，安装空间框架试验子结构的加载装置；

步骤四，进行试验控制设置、试验设备定义、试验站点定义和试验单元建立；

步骤五，通过加载装置对试验子结构进行预加载，根据反馈数据估算系统的初始时滞，并将此值输入到目标计算机中的初始时滞模块，完成正式加载前时滞的第一次补偿；

步骤六，在步骤五中的初始时滞补偿的基础上，对步骤二中所定义的荷载工况进行修正，在选择的每条真实地震波记录之前定义一段自适应加载段记录；

步骤七，计算试验子结构部分在t_i+τ时刻的目标位移y(t_i+τ)，将y(t_i+τ)转化为相对于试验子结构底部的相对位移Δy(t_i+τ)，目标机对Δy(t_i+τ)进行预测并在t_i时刻将考虑幅值增益后的命令位移Δu(t_i)发送给作动器，使提前的时间Δt与系统时滞估计值τ相等；

步骤八，作动器达到命令位移通过力传感器测得试验子结构的反力为f_i，将此反力信号反馈，得到整体模型中试验子结构在此刻的恢复力；

步骤九，令i＝i+1，重复步骤八和步骤九，直至所有地震波加载结束。

步骤二中，建立数值子结构模型采用OpenSEES数值模拟软件。

步骤四是在子结构试验通讯平台OpenFresco上建立。

步骤五中，目标计算机包括基于位移预测的自适应前馈时滞补偿器AFC，自适应前馈时滞补偿器AFC利用递推最小二乘算法对位移信号进行预测实现系统的时滞补偿。

步骤六中，自适应加载段的加速度峰值要小于真实地震记录峰值的5％，且频率避开地震波的主频段。