5工程結(jié)構(gòu)低周往復(fù)荷載虛擬仿真實驗

1、實驗報告實驗名稱工程結(jié)構(gòu)低周往復(fù)荷載虛擬仿真實驗工程結(jié)構(gòu)低周往復(fù)荷載虛擬仿真實驗專業(yè)土木工程班級B170512實驗日期姓名李聰聰學(xué)號B17050411實驗成績一、實驗?zāi)康牡椭芡鶑?fù)荷載虛擬仿真實驗系統(tǒng)服務(wù)土木工程專業(yè)，用于替代真實實驗成本高、準(zhǔn)備時間長、勞動強(qiáng)度大、風(fēng)險大的項目。通過本實驗使學(xué)生了解鋼框架、梁柱節(jié)點砌體結(jié)構(gòu)、剪力墻、框架結(jié)構(gòu)在地震低周往復(fù)荷載作用下受力變形情況，深入認(rèn)識大型土木工程構(gòu)件開裂破壞規(guī)律,同時使學(xué)生了解電液伺服液壓加載系統(tǒng)組成、荷載施加操作、實驗數(shù)據(jù)處理等相關(guān)專業(yè)知識。二、實驗器材三通道環(huán)幕立體投影系統(tǒng)、配套圖形設(shè)備系統(tǒng)、計算工作站以及立體頭盔等高性能計算和虛擬仿真設(shè)備

2、,如圖1圖4。擁有開發(fā)和服務(wù)功能的虛擬仿真軟件，如:Unity3D.Virtools、VRP、3DMax、ANSYS.ABAQUS.FLASH、Revit等仿真模擬軟件。圖2實驗”交換機(jī)圖3三通道環(huán)幕投影儀實際實驗材料：本實驗所選用的大型構(gòu)件及大比例模擬實驗加載框架與多通道協(xié)調(diào)加載試驗系統(tǒng)共分六部分:1、4通道全數(shù)字控制系統(tǒng)一套;2、電液伺服作動器：1000kN-臺；最大行程:+300m,安裝調(diào)整架在水平方向的調(diào)整范圍為+280mm,垂直方向的調(diào)整范圍為土185mm,主要配置：作動筒:1件/臺萬向球鉸:2套/臺消隙裝置:1套/臺高壓組合密封:1套/臺1000kN載荷傳感器：1件/臺磁致伸縮位移

3、傳感器（精度0.05%FS）:1件/臺電液伺服閥：1件/臺3、600L/min油源一套4、4通道分油器-臺及管路系統(tǒng)-套5、2000kN靜態(tài)垂壓千斤頂二臺6、大型構(gòu)件及大比例模擬實驗加載架一套:橫梁高度有級可調(diào)，可調(diào)范圍為5200mm,步距為100m;最大凈空高度為6152mm三、實驗原理低周往復(fù)荷載試驗是指對結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加多次往復(fù)循環(huán)作用的靜力試驗，使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正反兩個方向重復(fù)加載和卸載的過程，用以模擬地震時結(jié)構(gòu)在往復(fù)振動中的受力特點和變形特點。這種方法是用靜力方法求得結(jié)構(gòu)振動時的效果，因此稱為擬靜力試驗，或偽靜力試驗。低周往復(fù)荷載試驗是目前研究結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力及變形性能時應(yīng)用最

4、廣泛的方法之一。它采用一定的荷載控制或位移控制對試件進(jìn)行低周往復(fù)循環(huán)加載直至破壞，由此獲得結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件非彈性的荷載一變形特性，因此又稱為恢復(fù)力特性試驗。訪法的加載速率很低，因此由于加載速率而引起的應(yīng)力、應(yīng)變的變化速率對于試驗結(jié)果的影響很小，可以忽略不計。同時該方法為循環(huán)加載，也稱為周期性加載。本試驗的主要目的是建立結(jié)構(gòu)在地震作用下的恢復(fù)力特性，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件恢復(fù)力的計算模型，通過試驗所得的滯回曲線和曲線所包圍的面積求得結(jié)構(gòu)的等效阻尼比，衡量結(jié)構(gòu)的耗能能力，同時還可得到骨架曲線，結(jié)構(gòu)的初始剛度及剛度退化等參數(shù)，由此可以進(jìn)一步從強(qiáng)度、變形和能量等III個方面判斷和鑒定結(jié)構(gòu)的抗震性能，研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件的

5、破壞機(jī)制，為改進(jìn)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法及改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的構(gòu)造措施提供依據(jù)。知識點:共5個半剛接鋼框架結(jié)構(gòu)在地震等低周往復(fù)荷載作用下彈性變形，對荷載反應(yīng)敏感，具有抵抗大變形的特征;通過梁柱節(jié)點低周往復(fù)荷載試驗可衡量結(jié)構(gòu)的耗能、骨架曲線及剛度退化等參數(shù);框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度小，水平位移較大，易造成嚴(yán)重的非結(jié)構(gòu)性破壞;砌體結(jié)構(gòu)耐壓不耐拉,整體性較差，易遭受地震破壞，抗震性能很差;剪力墻在平面內(nèi)的抗側(cè)移剛度很大，平面外剛度很小，主要作用是承擔(dān)豎向荷載、抵抗水平荷載。四、實驗過程及步驟進(jìn)入低周往復(fù)荷載實驗中剪力墻低周往復(fù)荷載實驗點擊“開始實驗”詳細(xì)操作步驟如下:第一步:開始試驗，打開配電柜的門(單擊配電柜的門即

6、可);第二步:打開電源，點擊鑰匙開關(guān);第三步:擊“系統(tǒng)診斷”，在要發(fā)送的字符串文本框中輸入任何字符，接收到的字符如果相同，則系統(tǒng)通訊正常;第四步:擊“試驗配置”，然后依次點擊”新建-通道數(shù)-主動加載f靜力譜-+右鍵(增加一塊,實際增加一個荷載步，改數(shù)的時候,雙擊變黑，改完回車)-安全控制參數(shù)(雙擊該控制方式)-瀏覽(設(shè)置存文件名稱)一No”，編制加載制度，可以采用位移加載也可以采用荷載控制的加載;第五步:擊“試驗準(zhǔn)備”，然后依次點擊”試件安裝-f系統(tǒng)標(biāo)定-反饋值數(shù)碼表-fFPID參數(shù)調(diào)節(jié)-f荷載控制(或位移控制)”安裝試件時要跟安裝試件的控制命令對照看，調(diào)節(jié)指令與反饋值，初步調(diào)到相同;第六步:

7、擊“數(shù)據(jù)保存”:然后依次點擊”存儲系統(tǒng)-+存儲參數(shù)-選定存儲通道，數(shù)據(jù)點間隔一應(yīng)用-保存”，保存實驗數(shù)據(jù);第七步:開啟油源，按照順序開啟,按下電源1的啟動按鈕;第八步:按下油源1的高壓或卸荷按鈕第軌步:按下總高壓或卸荷按鈕;第十步:勵調(diào)節(jié),扭壓力調(diào)節(jié)旋鈕，到油壓顯示10兆帕;第十一步:按下冷卻的開啟按鈕;第十二步:數(shù)據(jù)采集;第十三步:實驗結(jié)果轉(zhuǎn)化依次點擊開始-+所有程序fTestboard-+需要轉(zhuǎn)換的二-進(jìn)制文件，瀏覽-f轉(zhuǎn)換后文件存儲路徑，瀏覽-f轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)”，將實驗結(jié)果的2進(jìn)制文件,轉(zhuǎn)換為文本文件，實驗結(jié)束;第十四步:實驗進(jìn)行最后的關(guān)機(jī)程序,順序關(guān)閉油源，將油壓旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到不能轉(zhuǎn)了，即

8、將油壓調(diào)到最低;第十五步:關(guān)閉總“高壓或卸荷”;第十六步:關(guān)閉油源1壓或卸荷;第十七步:按下油源1停止按鈕;第十八步:按下冷卻停止按鈕;第十九步關(guān)閉電源（點陸鑰匙開關(guān)），實驗結(jié)束。試驗結(jié)果分析實驗中學(xué)生可以對門式框架施加虛擬破壞荷載（圖8），觀察實驗過程中剪力墻的變形破壞情況（圖5、圖6），第一批裂縫產(chǎn)生自剪力墻根部的水平裂縫,隨著荷載的增大，產(chǎn)生剪切斜裂縫，由于荷載往復(fù)，根部裂縫基本呈X”型剪切裂縫。同時根據(jù)虛擬傳感器記錄的數(shù)據(jù),繪制應(yīng)力位移滯回曲線（圖9），滯回曲線開始呈梭形，隨著荷載增大，鋼筋滑移，滯回曲線呈反“S型，在軸壓比不大的情況下，滯回曲線較飽滿，軸壓比越大，滯回曲線越不飽滿，收縮越嚴(yán)重。m-mIMI豪懇帕*逋回&M-500-604D.200204C.60A/mm團(tuán)9滯回曲序五、實驗總結(jié)實驗中對門式框架施加虛擬破壞荷載，觀察實驗過程中剪力墻的變形破壞情況，第一批裂縫產(chǎn)生自剪力墻根部的水平裂縫，隨著荷載的