如何提升建筑抗震能力？伺服電動缸來出力！
發(fā)布時間：
2023-08-14 10:11
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最近自然災(zāi)害頻發(fā)，前幾日山東、四川凌晨突發(fā)地震，緊揪全國人心的同時，不少伙伴也開始注意，自己住的房子抗震能力如何？地震來臨，自己是跑還是就地躲藏？
小奧就來和大家聊聊結(jié)構(gòu)抗震試驗研究中最重要的手段之一，也是伺服電動缸將來可大展拳腳的地方——地震模擬振動臺。
地震模擬振動臺的基本原理是將試驗對象放置在具有足夠剛性的振動臺臺面上，通過激振系統(tǒng)使得振動臺的臺面復(fù)現(xiàn)輸入的地震波形，使試驗對象處于一個模擬的地震環(huán)境中，從而測試其在地震作用下的表現(xiàn)，然后直觀的展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)振動時的破壞機(jī)理和動力特性，可以檢驗試件的抗震性能，還可以檢驗抗震措施的有效性。
簡單點說，就是將建筑放置在振動臺上，然后振動臺開始根據(jù)以往記錄的震波轉(zhuǎn)換為運動模式而瘋狂震動，進(jìn)而得到建筑在不同震級下的破損情況。
* 日本E-Defense振動臺模型試驗
地震模擬振動臺系統(tǒng)是一個復(fù)雜的裝置，主要由振動臺臺面，液壓/電動缸驅(qū)動和動力系統(tǒng)、測試和分析系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。如下圖：
*地震模擬振動臺系統(tǒng)示意圖
其中，
1）伺服控制系統(tǒng)是實現(xiàn)地震模擬振動臺控制功能的基礎(chǔ)。其主要功能是接收振動系統(tǒng)給出的伺服驅(qū)動信號，輸出伺服控制指令，控制激振器系統(tǒng)的運動從而控制臺面的運動。為了保證模擬震波的精度，魯棒控制、最小控制合成、自適應(yīng)逆控制、自適應(yīng)諧波抑制、幅相控制等新的控制技術(shù)均被應(yīng)用在振動臺的振動控制中。
2）在實際運用過程中，電液激振精度高、重力大，但也存在價格昂貴、漏油、維修困難等缺點，而且國內(nèi)主要液壓控制系統(tǒng)仍依賴進(jìn)口，所以，有些研究者提出采用伺服電動缸取代原有的電液激振。如下圖：
其工作原理是：將地震波形輸入計算機(jī)控制器，計算機(jī)控制器以該波形為控制目標(biāo)，給伺服驅(qū)動器下達(dá)指令，驅(qū)動伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)使振動臺面沿一維方向振動，加速度傳感器采集臺面的加速度信號和驅(qū)動器發(fā)出信號反饋給控制器，控制器接收到信號后將該信號與輸入波形進(jìn)行比較后輸出。
由于伺服電動缸結(jié)構(gòu)簡化、成本降低、縮短生產(chǎn)和試驗周期，振動臺的性能也在提升，故而小型工程結(jié)構(gòu)試驗以及大學(xué)試驗教學(xué)使用的場景中，對伺服電動缸類地震模擬振動臺越來越青睞。
以上地震模擬振動臺主要應(yīng)用在建筑工程、水利工程、核電工程等大型工程的防震試驗。
其實，在生活中，我們也可以看到市面上已經(jīng)出現(xiàn)了一些地震模擬小屋，同樣是采用伺服電動缸作為振動器的振動臺。觀眾可以站在振動臺面上，體驗從3~8的震級下，該如何迅速穩(wěn)住身形，尋找躲藏處。
隨著伺服電動杠精度越來越高，以及控制技術(shù)越來越先進(jìn)，相信未來的地震模擬振動臺將更加真實的呈現(xiàn)出地震前中后的各種動態(tài)，可大大促進(jìn)建筑、水利等工程提高結(jié)構(gòu)防震等級，也幫助人們通過在其中的演習(xí)，直觀地學(xué)習(xí)到更加科學(xué)、機(jī)敏應(yīng)對突發(fā)地震的逃生技巧。
參考資料：
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