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盒式结构振动台实验


背景

地震模拟振动台作用下的结构变形测量是结构动力学领域的一个重要研究方向,主要用于分析和评估结构在不同地震荷载作用下的变形状态和抗震力学性能。通过对结构在振动台作用下的变形进行测量和分析,可以了解结构的固有特性、动态响应和破坏形式等。

问题

由于测量尺度大、现场试验受振动影响等原因,目前国内外针对振动台作用下的多相机全场变形测量报道仍相当有限。测量方案多为使用十字或圆形标记点的单点测量。虽然单相机二维数字图像相关或双相机三维数字图像相关可以实现全场测量,但二维数字图像相关无法用于存在离面方向运动的三轴振动台试验,而三维数字图像相关在用于大尺度工程结构测量时,存在难以兼顾视场范围和测量精度的问题。

解决方案

盒式框架结构的尺寸约3mx3mx7m,竖向共有15层。为了实现该结构变形的高精度测量,东视团队沿竖向布置了两套三维测量系统。两套三维数字图像相关系统分别布置在实验楼的二层和三层,从而减小环境振动对三维测量系统的影响。



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结果


实验测得的位移结果与激光位移计的结果对应良好,多个工况下位移峰值差异为0.34 mm;即使峰值加速度PGA=1.0 g的地震波,位移差亦小于0.7%。对比了多相机三维数字图像相关与拾震器的加速度结果,无论是幅值还是频率均保持一致。将四条输入地震波相同但PGA不同的加速度结果进行快速傅里叶变换(FFT)分析,随着工况的加载明显能发现结构自振频率变小,结构在此过程发生了明显的损伤。

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经验总结


本套多相机三维数字图像相关测量系统具备亚毫米的位移测量精度,并能实现加速度结果的精准测量,其全场位移测量的能力便于直观分析结构变形和研究结构破坏形式。





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