今天要繼續(xù)給大家介紹振動臺的相關(guān)知識，后面還會陸續(xù)給大家介紹其它相關(guān)產(chǎn)品的知識如高溫高濕試驗(yàn)箱等等。

模型相似設(shè)計

　　把握大型模型振動臺試驗(yàn)，zui關(guān)鍵的是正確的確定模型結(jié)構(gòu)與原型結(jié)構(gòu)之間的相似關(guān)系。目前常用的相似關(guān)系確定方法有方程分析法和量綱分析法兩種，它

　　們之間的區(qū)別是顯而易見的：當(dāng)待求問題的函數(shù)方程式為已知時，各相似常數(shù)之間滿足的相似條件可由方程式分析得出；量綱分析法的原理是的相似定理：相似物理現(xiàn)象的π數(shù)相等；個物理參數(shù)、個基本量綱可確定π數(shù)。當(dāng)待考察問題的規(guī)律尚未*掌握、沒有明確的函數(shù)關(guān)系式時，多用到這種方法。高層建筑結(jié)構(gòu)模擬地震振動臺試驗(yàn)研究中包含諸多的物理量，各物理量之間無法寫出明確的函數(shù)關(guān)系，故多采用量綱分析法。

　　量綱分析法從理論上來說，先要確定相似條件（π數(shù)），然后由可控相似常數(shù)，推導(dǎo)其余的相似常數(shù)，完成相似設(shè)計。在實(shí)際設(shè)計中，由于π數(shù)的取法有著一定的任意性，而且當(dāng)參與物理過程的物理量較多時，可組成的數(shù)也很多，將線性方程組全部計算出來比較麻煩；另一方面，若要全部滿足與這些π數(shù)相應(yīng)的相似條件，將會十分苛刻，有時是不可能達(dá)到也不必要達(dá)到的。綜合上述兩點(diǎn)，可采用更為實(shí)用的設(shè)計方法，即先選取可控相似常數(shù)，利用一種近似量綱分析法的方法，求出其余的相似常數(shù)。在整個過程中，并不需要明確的求出諸多π數(shù)的表達(dá)式。其原理及步驟簡述如下。

　　振動臺動力試驗(yàn)中要模擬慣性力、恢復(fù)力和重力三種力，因而對模型材料的彈性模量、密度的要求很嚴(yán)格，其實(shí)質(zhì)是要求：E/（p*a*L）對于模型和原型都保持相等。

　　振動臺動力模型相似常采用質(zhì)量M、長度L、時間T為基本量綱的質(zhì)量系統(tǒng)，由相似定理，3個基本量綱可以確定3n個π數(shù)，換句話說，由3個可控相似常數(shù)可以確定其余的個相似常數(shù)。這樣，模型相似設(shè)計的思路是：確定3個可控相似常數(shù)；由（1）式求出滿足動力試驗(yàn)要求的第4個相似常數(shù)；再由似量綱分析法推廣確定其余全部的相似常數(shù)。3個可控相似常數(shù)的選取可依問題而異，現(xiàn)以常用的3個相似常數(shù)為例，分述實(shí)用設(shè)計方法應(yīng)把握的原則和要點(diǎn)。

　?。?） 確定長度相似常數(shù)Sl

　　在確定長度相似常數(shù)之前首先要獲得振動臺性能及試驗(yàn)室的數(shù)據(jù)資料，以確保原型結(jié)構(gòu)縮尺之后，平面幾何尺寸在振動臺臺面范圍之內(nèi)，立面高度滿足試驗(yàn)室制作場地高度要求以及模型吊裝行車的高度要求。所以，長度相似系數(shù)通常作為可控相似常數(shù)的。

　　較大的振動臺試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪┕し奖?，尺寸效?yīng)的影響也會相對較小，因此，期望模型制作的盡可能的大，即長度相似系數(shù)盡可能的取大值。

　　長度相似常數(shù)一經(jīng)確定，除非特殊情況，一般不再予以變動。特殊情況例如，當(dāng)模型平面尺寸大于振動臺尺寸，可采用剛性底座挑出振動臺的方式，當(dāng)模型高度超過吊車起吊凈高，則可采用在振動臺上制作和養(yǎng)護(hù)模型的方式等等。

　?。?） 選定模型材料，確定應(yīng)力相似常數(shù)

　　前一步設(shè)計中已經(jīng)選擇好了模型的主要材料，比如鋼筋混凝土部分多由微?；炷痢㈠冧\鐵絲和鍍鋅鐵絲網(wǎng)來模擬。通常，模型設(shè)計微?；炷僚c原型鋼筋混凝土之間的強(qiáng)度關(guān)系在1／3～1／5的范圍之內(nèi)，試驗(yàn)室都可以實(shí)現(xiàn)，即應(yīng)力相似常數(shù)一般也可作為可控相似常數(shù)，事先予以確定。且*階段設(shè)計時認(rèn)為彈性模量與應(yīng)力相似常數(shù)相等（同量綱），待模型全部做好后，根據(jù)試塊材性試驗(yàn)的結(jié)果再作進(jìn)一步調(diào)整。

　　（3） 加速度相似關(guān)系

　　加速度相似關(guān)系在模型設(shè)計中的重要性不言而喻，它決定著模型設(shè)計是否能夠反映原型結(jié)構(gòu)在各種烈度下的真實(shí)地震反應(yīng)，考慮到振動臺噪聲、臺面承載力及行車起吊能力等因素，加速度相似關(guān)系的范圍通常在2～4之間。

　　（4） 確定第4個相似常數(shù)――密度

　　根據(jù)動力模型的要求，和前3個相似常數(shù)，確定第4個相似常數(shù)，由Sm＝Sp*Sl**3得到模型的估算質(zhì)量值Mm。

　　建筑結(jié)構(gòu)動力模型可以采用全相似模型、人工質(zhì)量模型、忽略重力模型和混合相似模型。高層建筑振動臺試驗(yàn)的整體模型根據(jù)試驗(yàn)要求和試驗(yàn)條件，多采用考慮人工質(zhì)量的混合相似模型。 即除微?；炷聊Ｐ徒Y(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量外，為了得到一種低強(qiáng)度高密度的模型材料，還要對模型施加附加質(zhì)量，它適用于對質(zhì)量在結(jié)構(gòu)空間分布的準(zhǔn)確模擬要求不高的情況。

　　上述分析可知，估算質(zhì)量Mm中包括了模型結(jié)構(gòu)質(zhì)量和附加質(zhì)量兩部分，其中附加質(zhì)量將在振動臺上布置。因此要求：模型結(jié)構(gòu)和施加配重后的總質(zhì)量與模型剛性底座質(zhì)量之和要控制在振動臺試驗(yàn)時的允許質(zhì)量范圍內(nèi)；模型結(jié)構(gòu)與剛性底座質(zhì)量之和，應(yīng)控制在吊車的起重能力以內(nèi)。

　?。?） 對頻率相似常數(shù)的要求

　　根據(jù)相似常數(shù)關(guān)系，求出模型頻率，一般來說，至少要校核由軟件計算得到的原型結(jié)構(gòu)的前15階頻率，保證其*階落在振動臺的工作頻率范圍內(nèi)，如不能滿足，則需從（2）～（5）重新進(jìn)行調(diào)整。

　?。?） 似量綱分析法確定其余的相似常數(shù):

　　有了3個可控相似常數(shù)：長度、應(yīng)力、加速度,在質(zhì)量系統(tǒng)中，它們對應(yīng)物理量的量綱如圖，可用“似量綱分析”法確定其余物理量的相似常數(shù)。

　　似量綱分析

　　相似理論求得的π數(shù)是獨(dú)立的無量綱組合，它表示要求已知物理量的量綱與待求物理量的量綱組合為1，即已知物理量與未知物理量組合的基本量綱的冪指數(shù)之和為零。根據(jù)這一原則，很容易由冪指數(shù)的線性變換確定各相似常數(shù)之間的關(guān)系。舉例簡圖如下（以彎矩相似常數(shù)為例）。

　　采用的是質(zhì)量、長度、時間量綱。填寫順序?yàn)橛勺蟮接摇?/p>

　　首先已知三個物理量的冪指數(shù)列在左邊；11樓表中查到待求物理量（彎矩）量綱的各個冪指數(shù)，以次填入空格；按zui簡單的行列式線性列變換，使冪指數(shù)等于零，這時，zui上部的線性關(guān)系就表示了相似常數(shù)冪指數(shù)之間的關(guān)系，即：

　　至此，有了下表，終于確定了所有的相似常數(shù)，完成了模型相似關(guān)系設(shè)計（*階段）。:D后述分析還可進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，振動臺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鬟^程也是對模型相似關(guān)系不斷調(diào)整、完善和確認(rèn)的過程。

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