JP2017125737A - Vibration testing device, and vibration testing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造物の振動試験を行う振動試験装置および振動試験方法に関するものである。 The present invention relates to a vibration test apparatus and a vibration test method for performing a vibration test of a structure.
構造物の振動試験を行う装置の一つとして、構造物の一部分が実物または模型を用いた実物モデル（試験体）とされ、構造物の残りの部分は数値モデル化され、実物モデルにおける数値モデルとの境界となる部分に配置されたアクチュエータと、アクチュエータの制御装置とを備えた構成の振動試験装置が従来提案されている。 As one of the devices for vibration testing of structures, a part of the structure is made into a real model (test body) using a real thing or a model, and the remaining part of the structure is numerically modeled. Conventionally, a vibration test apparatus having a configuration including an actuator disposed at a boundary between the actuator and a control device for the actuator has been proposed.
この振動試験装置では、構造物全体について振動応答を評価すべき外力が作用するときの数値モデルの応答を求め、その応答の結果と、前記外力とを合成した力が、アクチュエータから実物モデルに与えられる。 In this vibration test apparatus, the response of the numerical model is obtained when an external force whose vibration response should be evaluated is applied to the entire structure, and the result of the response and the combined force of the external force are applied from the actuator to the actual model. It is done.
これにより、前記振動試験装置では、実物モデルについて、構造物における前記数値モデル化された部分を介して前記外力が作用するときの振動挙動が模擬（再現）される（たとえば、特許文献１参照）。 As a result, the vibration test apparatus simulates (reproduces) the vibration behavior of the real model when the external force acts through the numerically modeled portion of the structure (see, for example, Patent Document 1). .
ところが、特許文献１に示されたものは、たとえば、地震波のような構造物全体について振動応答を評価すべき外力と、その外力に対する構造物の数値モデル化された部分の応答とを合成する計算を行って、実物モデルと数値モデルの境界部分に生じる力（振動）が求められ、その力がアクチュエータから実物モデルに付与されるようになっている。
However, what is disclosed in
したがって、アクチュエータの出力には、外力を数値モデルを用いた計算に取り込む際に生じる誤差と、数値モデルの応答を計算するときに生じる誤差が一緒に含まれている。しかも、それぞれの誤差が結果に対してどのように影響しているかを切り分けて評価することは困難である。 Therefore, the output of the actuator includes both an error that occurs when the external force is taken into the calculation using the numerical model and an error that occurs when the response of the numerical model is calculated. Moreover, it is difficult to separate and evaluate how each error affects the result.
そのため、特許文献１に示されたものは、振動試験の精度を高めることが難しいと考えられる。
For this reason, it is considered difficult to improve the accuracy of the vibration test in the one disclosed in
そこで、本発明は、構造物の部分の試験体と構造物の他の部分の数値モデルとを用いて行う構造物の振動試験について精度の向上化を図ることができる振動試験装置および振動試験方法を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention provides a vibration test apparatus and a vibration test method capable of improving the accuracy of a vibration test of a structure performed using a test piece of the structure portion and a numerical model of the other portion of the structure. Is to provide.
本発明は、前記課題を解決するために、振動試験対象の構造物の部分的な試験体と、前記試験体とされた部分以外の部分についての数値モデルとを用いて振動試験を行う振動試験装置において、テーブルと該テーブルを往復動作させる駆動手段と制御装置とを備えた振動台と、前記振動台に設置された加振装置とを有し、前記加振装置は、前記試験体を載置するための移動テーブルと、前記移動テーブルを往復動作させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御装置とを備え、前記振動台の制御装置は、前記構造物の基礎の振動に関する振動波形を前記駆動手段に駆動指令として出力する機能を備え、前記加振装置の制御装置は、前記構造物における前記数値モデル化された部分の前記試験体とされた部分との境界の挙動を再現する指令を、前記アクチュエータに与える機能を備える振動試験装置とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a vibration test in which a vibration test is performed using a partial test body of a structure to be subjected to a vibration test and a numerical model for a part other than the test body. The apparatus includes a vibration table including a table, a driving unit that reciprocates the table, and a control device, and a vibration device installed on the vibration table. The vibration device mounts the test body. And a control device for controlling the actuator. The control device for the vibration table drives the vibration waveform related to the vibration of the foundation of the structure. The control device of the vibration exciter re-behaves the behavior of the boundary between the numerically modeled portion of the structure and the portion to be tested. A command to, and the vibration testing apparatus having a function to be applied to the actuator.
前記加振装置の制御装置は、前記構造物の基礎から設定された高さ位置までの部分を前記構造物における前記数値モデル化された部分として、該数値モデル化された部分よりも上側の試験体とされた部分との境界の挙動を再現する指令を発するものとした構成としてある。 The control device of the vibration exciter is configured such that a portion from the foundation of the structure to a set height position is defined as the numerically modeled portion of the structure, and the test is performed above the numerically modeled portion. It is configured to issue a command to reproduce the behavior of the boundary with the body part.
振動試験対象の構造物の部分的な試験体と、前記試験体とされた部分以外の部分についての数値モデルとを用いて振動試験を行う振動試験方法において、テーブルと該テーブルを往復動作させる駆動手段と制御装置とを備えた振動台のテーブルを、振動試験対象の構造物の基礎の振動に関する振動波形で往復動作させ、前記振動台のテーブルに設置された加振装置の移動テーブルに、前記試験体を載置し、前記加振装置の前記移動テーブルを、前記構造物における前記数値モデル化された部分の前記試験体とされた部分との境界の挙動を再現するよう動作させる振動試験方法とする。 In a vibration test method for performing a vibration test using a partial test body of a structure to be subjected to a vibration test and a numerical model for a part other than the test body, the table is driven to reciprocate the table. The table of the vibration table provided with the means and the control device is reciprocated with a vibration waveform related to the vibration of the foundation of the structure to be subjected to the vibration test, and the moving table of the vibration device installed on the table of the vibration table is A vibration test method in which a test body is placed and the moving table of the vibration exciter is operated so as to reproduce the behavior of the boundary between the numerically modeled portion of the structure and the portion of the structure. And
前記加振装置の前記移動テーブルは、前記構造物における前記数値モデル化された部分の前記試験体とされた部分との境界の挙動として、前記数値モデルを用いた数値解析により求めた前記境界における荷重と変位の応答を再現するように動作させる方法としてある。 The movement table of the vibration exciter is a boundary behavior between the numerically modeled part of the structure and the part that is the test body, at the boundary obtained by numerical analysis using the numerical model. This is a method of operating so as to reproduce the response of load and displacement.
本発明の振動試験装置および振動試験方法によれば、構造物の振動試験の精度の向上化を図ることができる。 According to the vibration test apparatus and the vibration test method of the present invention, it is possible to improve the accuracy of the vibration test of the structure.
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
［第１実施形態］
図１は振動試験装置の第１実施形態を示す概要図である。図２は本実施形態の振動試験装置を用いた振動試験の対象となる構造物の概要を示す図である。図３は本実施形態に関して構造物の数値モデル化された部分の荷重と変位の特性の一例を示す図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a vibration test apparatus. FIG. 2 is a diagram showing an outline of a structure to be subjected to a vibration test using the vibration test apparatus of the present embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the load and displacement characteristics of the numerically modeled portion of the structure according to the present embodiment.
本実施形態の振動試験装置は、図１に符号１で示すもので、振動台２と、振動台２に設置された試験体４用の加振装置３とを備えた構成とされている。
The vibration test apparatus according to the present embodiment is denoted by
振動台２は、振動試験の対象が、たとえば、図２に示すような全体構造を有する構造物Ａである場合に、この構造物Ａが設置されている基礎Ｂの振動を模擬するための装置である。 The vibration table 2 is an apparatus for simulating the vibration of the foundation B on which the structure A is installed when the object of the vibration test is, for example, the structure A having an overall structure as shown in FIG. It is.
このため、振動台２は、図１に示すように、ベース５に対して一軸方向（図１では左右方向）に往復移動可能に配置されたテーブル６と、テーブル６を一軸方向に往復動作させる駆動手段７と、駆動手段７に駆動指令ａを与える振動台２用の制御装置８とを備えた構成とされている。更に、振動台２には、駆動指令ａに対する応答ｂを検出するセンサ９が備えられていることが好ましい。
For this reason, as shown in FIG. 1, the vibration table 2 reciprocates the table 6 disposed in a uniaxial direction with respect to the
なお、図１では、図示する便宜上、振動台２の構成は簡略化して示してあるが、振動台２は、テーブル６を駆動手段７によって一軸方向に往復駆動可能な構成を備えていれば、たとえば、テーブル６の移動をガイドするガイド手段や、駆動手段７は、既知のいかなる振動台のガイド手段や駆動手段と同様のものを採用してもよい。 In FIG. 1, for convenience of illustration, the configuration of the vibration table 2 is shown in a simplified manner. However, the vibration table 2 has a configuration in which the table 6 can be reciprocally driven in one axial direction by the driving means 7. For example, the guide means for guiding the movement of the table 6 and the drive means 7 may be the same as the guide means or drive means for any known shaking table.
制御装置８は、振動試験前に基礎Ｂ（図２参照）の振動に関する地震波形等の振動波形が設定される機能と、振動試験の実施時に、設定されている振動波形の時間軸に沿って変化する振幅の値を駆動手段７に対し駆動指令ａとして順次出力する機能を備えている。なお、構造物Ａ（図２参照）について振動試験が所望される基礎Ｂの振動としては、主として地震が考えられるが、常時微動等のように地震以外の要因によって生じる振動（地動）であってもよい。よって、制御装置８に設定される振動波形は、地震波形以外の振動波形であってもよいことは勿論である。
The
これにより、振動台２では、振動試験の実施時には、テーブル６が駆動手段７によって往復動作させられ、そのときのテーブル６の往復動作の波形が、制御装置８に設定されている振動波形に従ったものとされる。
Thus, in the vibration table 2, when the vibration test is performed, the table 6 is reciprocated by the driving means 7, and the waveform of the reciprocation of the table 6 at that time follows the vibration waveform set in the
センサ９は、たとえば、駆動指令ａがテーブル６の振幅（変位）に関する指令である場合には、テーブル６の実振幅（変位）に関する応答ｂを検出するものが用いられる。なお、センサ９は、図１では、図示する便宜上、駆動手段７に取り付けられた構成が示してあるが、テーブル６の実振幅（変位）を検出することができれば、その検出手法（センシング方式）は特に限定されない。たとえば、センサ９は、駆動手段７の動作量を基にテーブル６の位置を検出する形式のほか、リニアスケールのようにテーブル６の位置を実測する形式でもよく、テーブル６の加速度や速度を計測し、その計測結果を基にした演算（積分計算等）によってテーブル６の位置を検出する形式でもよく、その他の任意の検出形式のものを採用してよい。
For example, when the drive command a is a command related to the amplitude (displacement) of the table 6, a
センサ９は、テーブル６の実振幅（変位）に関する応答ｂの検出結果を、制御装置８へ出力する機能を備えている。
The
制御装置８は、センサ９より応答ｂの検出結果が入力されると、駆動指令ａと応答ｂとの誤差が低減するようにフィードバック制御を行う機能を備えることが好ましい。このようにすれば、制御装置８によるフィードバック制御により、テーブル６の実振幅が、駆動指令ａにより良く一致するように制御される。
It is preferable that the
加振装置３は、振動台２のテーブル６上にテーブル６の往復動の方向に沿って配置されたリニアガイド１０と、ガイドブロック１１を介してリニアガイド１０にスライド自在に取り付けられた移動テーブル１２と、移動テーブル１２をリニアガイド１０に沿わせて往復動作させるアクチュエータ１３と、アクチュエータ１３に駆動指令ｃを与える加振装置３用の制御装置１４と、駆動指令ｃに対する応答ｄを検出するセンサ１５とを備えた構成とされている。更に、制御装置１４には、信号処理装置１６が接続されている。
The
ここで、試験体４について説明する。
Here, the
振動試験の対象とされる図２に示すような全体構造を有する構造物Ａについて、本実施形態では、構造物Ａにおいて、基礎Ｂに接する個所から事前に設定された高さ位置ｈまでの部分Ａ１（図２では斜線のハッチングを付して示してある）については、数値モデルが設定される。一方、構造物Ａにおいて、前記数値モデルが設定された部分Ａ１を除いた他の部分Ａ２、すなわち、数値モデル化された部分Ａ１の上端となる高さ位置ｈよりも上方となる部分Ａ２については、その実物または模型（実体を有するモデル）が製作されて試験体４とされる。
With respect to the structure A having the entire structure as shown in FIG. 2 to be subjected to the vibration test, in the present embodiment, in the structure A, a portion from a location in contact with the foundation B to a preset height position h. A numerical model is set for A1 (indicated by hatching in FIG. 2). On the other hand, in the structure A, the other part A2 excluding the part A1 in which the numerical model is set, that is, the part A2 above the height position h that is the upper end of the numerically modeled part A1. The actual object or model (model having an entity) is manufactured and used as the
この試験体４は、振動試験を行うときには、図１に示すように、移動テーブル１２に載置されて保持される。
When the vibration test is performed, the
アクチュエータ１３は、移動テーブル１２を往復動作させて、構造物Ａの数値モデル化された部分Ａ１（図２参照）の最上部、すなわち、部分Ａ１と部分Ａ２（図２参照）との境界となる個所の挙動を再現するためのものである。 The actuator 13 reciprocates the moving table 12, and becomes the uppermost part of the numerically modeled part A1 (see FIG. 2) of the structure A, that is, the boundary between the part A1 and the part A2 (see FIG. 2). This is to reproduce the behavior of the location.
ところで、図２に示す構造物Ａが上下に長い構成を備えている場合は、基礎Ｂの振動に起因して構造物Ａに振動が生じる際に、構造物Ａの上部側ほど振幅が増大するという現象や、構造物Ａの振動モードによって腹が形成されると、腹の個所では振幅が大となる現象が想定される。そのために、数値モデル化された部分Ａ１の最上部は、その振動振幅が、基礎Ｂの振動振幅に比して大きくなることがある。 By the way, when the structure A shown in FIG. 2 has a vertically long configuration, the amplitude increases toward the upper side of the structure A when the structure A is vibrated due to the vibration of the foundation B. When the belly is formed by the phenomenon of the structure A or the vibration mode of the structure A, a phenomenon in which the amplitude increases at the belly part is assumed. Therefore, the vibration amplitude of the uppermost portion of the numerically modeled portion A1 may be larger than the vibration amplitude of the foundation B.
そこで、アクチュエータ１３としては、リニアモータを用いることが好ましい。これは、リニアモータによれば、駆動系の小型化や軽量化に有利であり、また、ストロークの大きさによらず駆動速度の高速化を図ることができるため、大型のアクチュエータを導入することなく、様々な振幅の幅広い試験条件に対応することが可能になるためである。 Therefore, it is preferable to use a linear motor as the actuator 13. This is advantageous in reducing the size and weight of the drive system according to the linear motor, and the drive speed can be increased regardless of the stroke size. This is because a wide range of test conditions with various amplitudes can be accommodated.
なお、移動テーブル１２をリニアガイド１０に沿う方向に往復動作させることができるものであれば、リニアモータ以外の任意の形式のアクチュエータ１３を用いることも可能であることは勿論である。
Needless to say, any type of actuator 13 other than the linear motor can be used as long as the movable table 12 can be reciprocated in the direction along the
センサ１５は、たとえば、駆動指令ｃが移動テーブル１２の振幅（変位）に関する指令である場合には、移動テーブル１２の実振幅（変位）に関する応答ｄを検出するものが用いられる。なお、センサ１５は、図１では、図示する便宜上、アクチュエータ１３に取り付けられた構成が示してあるが、移動テーブル１２の実振幅（変位）を検出することができれば、その検出手法（センシング方式）は特に限定されない。たとえば、センサ１５は、アクチュエータ１３の動作量を基に移動テーブル１２の位置を検出する形式のほか、リニアスケールのように移動テーブル１２の位置を実測する形式でもよく、移動テーブル１２の加速度や速度を計測し、その計測結果を基にした演算（積分計算等）によって移動テーブル１２の位置を検出する形式でもよく、その他の任意の検出形式のものを採用してよい。
For example, when the drive command c is a command related to the amplitude (displacement) of the moving table 12, a
センサ１５は、移動テーブル１２の実振幅（変位）に関する応答ｄの検出結果を、制御装置１４と信号処理装置１６へ出力する機能を備えている。
The
制御装置１４は、アクチュエータ１３に対し、前記数値モデル化された部分Ａ１の最上部の挙動を再現させるための駆動指令ｃを出力する機能を備えている。
The
このため、振動試験前に、外部の計算機等を用いて図２に示した部分Ａ１の数値モデルを用いた数値解析が行われて、基礎Ｂの振動に起因して数値モデル化された部分Ａ１の最上部に生じる荷重と変位の応答に関する特性が求められる。この求められた特性は、たとえば、図３に示すようなものとなり、制御装置１４には、この求められた特性が事前に登録（設定）される。
Therefore, before the vibration test, a numerical analysis using the numerical model of the portion A1 shown in FIG. 2 is performed using an external computer or the like, and the portion A1 numerically modeled due to the vibration of the foundation B The characteristics related to the response of load and displacement generated at the top of the plate are required. The obtained characteristics are, for example, as shown in FIG. 3, and the obtained characteristics are registered (set) in advance in the
信号処理装置１６は、アクチュエータ１３が目標とする数値モデルの荷重と変位の特性を再現できるように、制御装置１４の機能を補助するためのものである。
The
そのため、信号処理装置１６は、センサ１５より入力される移動テーブル１２の実変位の応答ｄと、アクチュエータ１３より移動テーブル１２に作用させる荷重とを基にして、これらの実変位と荷重の特性を、制御装置１４に予め設定されている図３に示した特性に合致させるために必要となるアクチュエータ１３の発生荷重を演算する機能を備えている。
Therefore, the
たとえば、図３に示した特性の荷重と変位関係を再現する場合は、開始地点Ｐａから変位の小さい領域（図３におけるＰａ〜Ｐｂの領域）では、発生荷重の増分を大きくし、その後、変位が大きい領域（図３におけるＰｂ〜Ｐｃの領域）では、発生荷重の増分を小さくすることが要求される。 For example, when reproducing the load-displacement relationship with the characteristics shown in FIG. 3, in the region where the displacement is small from the starting point Pa (region Pa to Pb in FIG. 3), the generated load increment is increased, and then the displacement is In a region where the load is large (regions Pb to Pc in FIG. 3), it is required to reduce the increment of the generated load.
信号処理装置１６は、図１に示すように、前記アクチュエータ１３の発生荷重についての演算結果を基に、加振装置３用の制御装置１４に加振指令ｅを与える。制御装置１４は、この信号処理装置１６より入力される加振指令ｅを基に、アクチュエータ１３に対して駆動指令ｃを与える。これにより、アクチュエータ１３の動作が制御され、このアクチュエータ１３により駆動される移動テーブル１２の動作が、基礎Ｂの振動に起因して数値モデル化された部分Ａ１（図２参照）の最上部に生じる挙動を再現したものとなる。
As shown in FIG. 1, the
制御装置１４は、センサ１５より応答ｄの検出結果が入力されると、駆動指令ｃと応答ｄとの誤差が低減するようにフィードバック制御を行う機能を備えることが好ましい。このようにすれば、制御装置１４によるフィードバック制御により、移動テーブル１２の実振幅が、駆動指令ｃにより良く一致するように制御される。
The
本実施形態の振動試験装置１は、以上の制御内容により振動試験を行うと、振動台２におけるテーブル６の往復動作の波形が、制御装置８に設定された構造物Ａの基礎Ｂの地震波形等の振動波形を再現したものとなり、加振装置３における移動テーブル１２の動作は、数値モデル化された部分Ａ１の最上部の挙動を再現したものとなる。したがって、移動テーブル１２に載置された試験体４の振動挙動は、基礎Ｂに設置された構造物Ａにおいて、部分Ａ１よりも上方の部分Ａ２の振動挙動を模擬したものとなる。
When the
したがって、本実施形態の振動試験装置１を用いた振動試験では、試験体４の振動挙動を図示しないセンサで計測して解析することにより、構造物Ａについて、試験体４に対応する部分Ａ２の振動挙動を解析することができる。
Therefore, in the vibration test using the
この際、本実施形態の振動試験装置１では、基礎Ｂの振動を振動台２で再現させるための計算と、数値モデル化された部分Ａ１の最上部の挙動を移動テーブル１２で再現させるための計算とを別々に行うことができるため、個々の計算が容易になり、よって、それぞれの計算に含まれる誤差を分けて検出することができる。
At this time, in the
しかも、一般に、地震動のような基礎Ｂの振動は相対座標系で扱われることが多く、一方、構造物Ａの振動は絶対座標系で扱われることが多いが、本実施形態の振動試験装置１では、振動台２の制御装置８と、加振装置３の制御装置１４とを別々の座標系のままで制御することができる。このため、本実施形態の振動試験装置１は、基礎Ｂの振動と構造物Ａの数値モデル化された部分Ａ１の振動挙動とを合成する計算を行う振動試験に比して、誤差の低減化を図ることができる。
Moreover, in general, the vibration of the foundation B such as earthquake motion is often handled in the relative coordinate system, while the vibration of the structure A is often handled in the absolute coordinate system, but the
したがって、本実施形態の振動試験装置１によれば、構造物Ａの部分Ａ１の数値モデルと、構造物Ａの部分Ａ２の試験体４とを用いて行う構造物Ａの振動試験について、精度の向上化を図ることができる。
Therefore, according to the
更に、本実施形態によれば、振動台２により再現される基礎Ｂの振動（地動）と、構造物Ａにおける数値モデル化された部分Ａ１の最上部の挙動と、試験体４に対応する部分Ａ２に生じる振動挙動について、互いの相対的な動きの情報を目視によって一度に得ることもできる。
Furthermore, according to the present embodiment, the vibration (ground motion) of the foundation B reproduced by the shaking table 2, the behavior of the uppermost portion of the numerically modeled portion A1 in the structure A, and the portion corresponding to the
なお、信号処理装置１６は、図１では、加振装置３用の制御装置１４とは別体のものとして示したが、制御装置１４に、前記した信号処理装置１６の演算の機能を組み込むようにしてもよい。この場合、演算結果に基づく加振指令ｅの出力と、加振指令ｅに基づく駆動指令ｃの生成は、制御装置１４の内部処理として実施されるようにすればよい。
In FIG. 1, the
［第２実施形態］
図４は振動試験装置の第２実施形態を示す概要図である。図５は本実施形態の振動試験装置を用いた振動試験の対象となる構造物の概要を示す図である。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a second embodiment of the vibration test apparatus. FIG. 5 is a diagram showing an outline of a structure to be subjected to a vibration test using the vibration test apparatus of the present embodiment.
なお、図４、図５において、第１実施形態に示したものと同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。 4 and 5, the same components as those shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本実施形態の振動試験装置は、図４に符号１ａで示すもので、図１に示した第１実施形態の同様の構成において、振動台２の上側に、１つの加振装置３を備えた構成に代えて、振動台２の上側に、複数の加振装置３ａ，３ｂを積層して備えた構成とされている。図４では、２つの加振装置３ａ，３ｂを積層して備えた構成が示してある。
The vibration test apparatus according to the present embodiment is denoted by reference numeral 1a in FIG. 4. In the same configuration as that of the first embodiment illustrated in FIG. 1, one
各加振装置３ａ，３ｂは、それぞれ第１実施形態における加振装置３と同様のリニアガイド１０ａ，１０ｂ、ガイドブロック１１ａ，１１ｂ、移動テーブル１２ａ，１２ｂ、アクチュエータ１３ａ，１３ｂ、制御装置１４ａ，１４ｂ、及び、センサ１５ａ，１５ｂを備えた構成とされている。
The
加振装置３ｂは、加振装置３ａの移動テーブル１２ａの上側に取り付けられている。本実施形態では、試験体４ａは、最も上段に配置されている加振装置３ｂの移動テーブル１２ｂ上に載置されて保持される。
The
更に、制御装置１４ａには、信号処理装置１６ａが接続され、制御装置１４ｂには、信号処理装置１６ｂが接続された構成とされている。
Further, a signal processing device 16a is connected to the control device 14a, and a
ここで、本実施形態で用いられる試験体４ａについて説明する。
Here, the
振動試験の対象とされる図５に示すような全体構造を有する構造物Ｃについて、本実施形態では、構造物Ｃにおいて基礎Ｂに接する個所から事前に設定された高さ位置ｈ１までの部分Ｃ１（図５では斜線のハッチングを付して示してある）と、高さ位置ｈ１から高さ位置ｈ２までの部分Ｃ２（図５ではドットのハッチングを付して示してある）については、それぞれ個別の数値モデルが設定される。一方、構造物Ｃにおいて、前記各数値モデルが設定された２つの部分Ｃ１，Ｃ２を除いた残りの部分Ｃ３、すなわち、数値モデル化された部分Ｃ２の上端となる高さ位置ｈ２よりも上方となる部分Ｃ３については、その実物または模型（実体を有するモデル）が製作されて試験体４ａとされる。
With respect to the structure C having the entire structure as shown in FIG. 5 to be subjected to the vibration test, in the present embodiment, a portion C1 from the portion in contact with the base B to the height position h1 set in advance in the structure C. (Shown with hatched hatching in FIG. 5) and a portion C2 from the height position h1 to the height position h2 (shown with dot hatching in FIG. 5), respectively. The numerical model is set. On the other hand, in the structure C, the remaining part C3 excluding the two parts C1 and C2 in which each numerical model is set, that is, above the height position h2 that is the upper end of the numerically modeled part C2, As for the portion C3, a real or model (a model having an entity) is manufactured and used as the
下から一段目の加振装置３ａの制御装置１４ａは、アクチュエータ１３ａに対し、前記数値モデル化された部分Ｃ１の最上部の挙動を再現させるための駆動指令ｃを出力する機能を備えている。 The control device 14a of the first stage vibration device 3a from the bottom has a function of outputting a drive command c for reproducing the behavior of the uppermost portion of the numerically modeled portion C1 to the actuator 13a.
このため、振動試験前に、外部の計算機等を用いて図５に示した部分Ｃ１の数値モデルを用いた数値解析が行われて、基礎Ｂの振動に起因して数値モデル化された部分Ｃ１の最上部に生じる荷重と変位の応答に関する特性が求められる。この求められた特性は、制御装置１４ａに事前に登録（設定）される。 Therefore, a numerical analysis using the numerical model of the portion C1 shown in FIG. 5 is performed using an external computer or the like before the vibration test, and the portion C1 numerically modeled due to the vibration of the foundation B The characteristics related to the response of load and displacement generated at the top of the plate are required. The obtained characteristics are registered (set) in advance in the control device 14a.
信号処理装置１６ａは、アクチュエータ１３ａが目標とする数値モデルの荷重と変位の特性を再現できるように、制御装置１４ａの機能を補助するためのものである。 The signal processing device 16a is for assisting the function of the control device 14a so that the actuator 13a can reproduce the target load and displacement characteristics of the numerical model.
そのため、信号処理装置１６ａは、センサ１５ａより入力される移動テーブル１２ａの実変位の応答ｄと、アクチュエータ１３ａより移動テーブル１２ａに作用させる荷重とを基にして、これらの実変位と荷重の特性を、制御装置１４ａに予め設定されている前記特性に合致させるために必要となるアクチュエータ１３ａの発生荷重を演算する機能を備えている。 Therefore, the signal processing device 16a determines the characteristics of the actual displacement and the load based on the response d of the actual displacement of the moving table 12a input from the sensor 15a and the load applied to the moving table 12a from the actuator 13a. The controller 14a has a function of calculating a load generated by the actuator 13a that is required to match the characteristics set in advance in the controller 14a.
信号処理装置１６ａは、図４に示すように、アクチュエータ１３ａの発生荷重についての演算結果を基に、加振装置３ａ用の制御装置１４ａに加振指令ｅを与える。制御装置１４ａは、この信号処理装置１６ａより入力される加振指令ｅを基に、アクチュエータ１３ａに対して駆動指令ｃを与える。これにより、アクチュエータ１３ａの動作が制御され、このアクチュエータ１３ａにより駆動される移動テーブル１２ａの動作は、数値モデル化された部分Ｃ１（図５参照）の最上部の挙動を再現したものとなる。 As shown in FIG. 4, the signal processing device 16a gives a vibration command e to the control device 14a for the vibration device 3a based on the calculation result of the load generated by the actuator 13a. The control device 14a gives a drive command c to the actuator 13a based on the vibration command e input from the signal processing device 16a. Thereby, the operation of the actuator 13a is controlled, and the operation of the moving table 12a driven by this actuator 13a reproduces the behavior of the uppermost part of the numerically modeled portion C1 (see FIG. 5).
また、下から二段目の加振装置３ｂの制御装置１４ｂは、アクチュエータ１３ｂに対し、前記数値モデル化された部分Ｃ２の最上部の挙動を再現させるための駆動指令ｃを出力する機能を備えている。
Further, the
このため、振動試験前に、外部の計算機等を用いて図５に示した部分Ｃ２の数値モデルを用いた数値解析が行われて、加振装置３ａの移動テーブル１２ａの動きに起因して数値モデル化された部分Ｃ２の最上部に生じる荷重と変位の応答に関する特性が求められる。この求められた特性は、制御装置１４ｂに事前に登録（設定）される。
Therefore, before the vibration test, a numerical analysis using the numerical model of the portion C2 shown in FIG. 5 is performed using an external computer or the like, and numerical values are attributed to the movement of the moving table 12a of the vibration exciter 3a. Characteristics relating to the response of the load and displacement generated at the top of the modeled portion C2 are obtained. The obtained characteristics are registered (set) in advance in the
信号処理装置１６ｂは、アクチュエータ１３ｂが目標とする数値モデルの荷重と変位の特性を再現できるように、制御装置１４ｂの機能を補助するためのものである。
The
そのため、信号処理装置１６ｂは、センサ１５ｂより入力される移動テーブル１２ｂの実変位の応答ｄと、アクチュエータ１３ｂより移動テーブル１２ｂに作用させる荷重とを基にして、これらの実変位と荷重の特性を、制御装置１４ｂに予め設定されている前記特性に合致させるために必要となるアクチュエータ１３ｂの発生荷重を演算する機能を備えている。
Therefore, the
信号処理装置１６ｂは、図４に示すように、前記アクチュエータ１３ｂの発生荷重についての演算結果を基に、加振装置３ｂ用の制御装置１４ｂに加振指令ｅを与える。制御装置１４ｂは、この信号処理装置１６ｂより入力される加振指令ｅを基に、アクチュエータ１３ｂに対して駆動指令ｃを与える。これにより、アクチュエータ１３ｂの動作が制御され、このアクチュエータ１３ｂにより駆動される移動テーブル１２ｂの動作は、数値モデル化された部分Ｃ２（図５参照）の最上部の挙動を再現したものとなる。
As shown in FIG. 4, the
本実施形態の振動試験装置１ａは、以上の制御内容により、振動台２におけるテーブル６の往復動作の波形が、制御装置８に設定された構造物Ａの基礎Ｂの地震波形等の振動波形を再現したものとなる。更に、加振装置３ａにおける移動テーブル１２ａの動作が、数値モデル化された部分Ｃ１の最上部の挙動を再現したものとなり、加振装置３ｂにおける移動テーブル１２ｂの動作が、数値モデル化された部分Ｃ２の最上部の挙動を再現したものとなる。したがって、移動テーブル１２ｂに載置された試験体４ａの振動挙動は、基礎Ｂに設置された構造物Ｃの部分Ｃ２よりも上方の部分Ｃ３の振動挙動を模擬したものとなる。
In the vibration test apparatus 1a of the present embodiment, the waveform of the reciprocating motion of the table 6 in the vibration table 2 is the vibration waveform such as the earthquake waveform of the foundation B of the structure A set in the
したがって、本実施形態の振動試験装置１ａは、試験体４ａの振動挙動を図示しないセンサで計測して解析することにより、構造物Ｃについて、試験体４ａに対応する部分Ｃ３の振動挙動を解析することができる。
Therefore, the vibration test apparatus 1a of this embodiment analyzes the vibration behavior of the portion C3 corresponding to the
よって、本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by this embodiment.
更に、本実施形態によれば、振動台２により再現される基礎Ｂの振動（地動）と、構造物Ｃにおける数値モデル化された下層の部分Ｃ１の最上部の挙動と、数値モデル化された中層の部分Ｃ２の最上部の挙動と、試験体４ａに対応する部分Ｃ３に生じる振動挙動について、互いの相対的な動きの情報を目視によって一度に得ることもできる。
Further, according to the present embodiment, the vibration (ground motion) of the foundation B reproduced by the shaking table 2 and the behavior of the uppermost portion of the lower layer portion C1 that is numerically modeled in the structure C are numerically modeled. With respect to the behavior of the uppermost portion of the middle layer portion C2 and the vibration behavior generated in the portion C3 corresponding to the
なお、制御装置１４ａに信号処理装置１６ａの演算の機能を組み込むようにしてもよく、制御装置１４ｂに信号処理装置１６ｂの演算の機能を組み込むようにしてもよいことは、第１実施形態と同様である。
As in the first embodiment, the calculation function of the signal processing device 16a may be incorporated into the control device 14a, and the calculation function of the
また、本発明は前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、振動台２の制御装置８は、テーブル６の実振幅に関する応答ｂを基にフィードバック制御を行うものとすることが好ましいが、フィードバック制御は必須ではない。
Further, the present invention is not limited to the above embodiments, and the
加振装置３，３ａ，３ｂの制御装置１４，１４ａ，１４ｂは、移動テーブル１２，１２ａ，１２ｂの実振幅に関する応答ｄを基にフィードバック制御を行うものとすることが好ましいが、フィードバック制御は必須ではない。
The
振動台２の制御装置８は、地震動のような振動波形が振幅（変位）に関して設定されるものとして説明したが、振動波形は速度または加速度に関するものであってもよい。この場合は、テーブル６の制御を、それぞれの速度または加速度に基づいて行うようにすればよい。
Although the
図３に示した数値モデル化された部分Ａ１の最上部に生じる荷重と変位の応答に関する特性の図は、一例であり、数値モデル化される部分の構造やサイズなどに応じて任意の曲線により設定してもよい。また、変位以外にも速度や振動数に関する特性を設定してもよい。 The characteristic diagram relating to the response of the load and displacement generated at the top of the numerically modeled portion A1 shown in FIG. 3 is an example, and an arbitrary curve can be used depending on the structure and size of the numerically modeled portion. It may be set. In addition to the displacement, characteristics relating to speed and frequency may be set.
第２実施形態においては、加振装置３ａ，３ｂを３段以上の複数段、積層した構成としてもよい。この場合は、図５に示した構造物Ｃについて、数値モデル化された部分を下方から加振装置の段数と同じ段数設定した条件の下で、構造物Ｃの振動試験を行うことができる。
In 2nd Embodiment, it is good also as a structure which laminated | stacked the
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
１，１ａ 振動試験装置、２ 振動台、３，３ａ，３ｂ 加振装置、４ 試験体、６ テーブル、７ 駆動手段、８ 制御装置、１２，１２ａ，１２ｂ 移動テーブル、１３，１３ａ，１３ｂ アクチュエータ、１４，１４ａ，１４ｂ 制御装置、Ａ 構造物、Ａ１ 部分、Ａ２ 部分、Ｂ 基礎、Ｃ 構造物、Ｃ１ 部分、Ｃ２ 部分、Ｃ３ 部分
DESCRIPTION OF
Claims (4)
テーブルと該テーブルを往復動作させる駆動手段と制御装置とを備えた振動台と、
前記振動台に設置された加振装置とを有し、
前記加振装置は、前記試験体を載置するための移動テーブルと、前記移動テーブルを往復動作させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御装置とを備え、
前記振動台の制御装置は、前記構造物の基礎の振動に関する振動波形を前記駆動手段に駆動指令として出力する機能を備え、
前記加振装置の制御装置は、前記構造物における前記数値モデル化された部分の前記試験体とされた部分との境界の挙動を再現する指令を、前記アクチュエータに与える機能を備えること
を特徴とする振動試験装置。 In a vibration test apparatus for performing a vibration test using a partial test body of a structure to be subjected to a vibration test and a numerical model for a part other than the test body,
A shaking table comprising a table, a driving means for reciprocating the table, and a control device;
A vibration device installed on the shaking table,
The vibration device includes a moving table for placing the test body, an actuator for reciprocating the moving table, and a control device for controlling the actuator.
The control device of the shaking table has a function of outputting a vibration waveform relating to the vibration of the foundation of the structure as a drive command to the drive means,
The control device of the vibration device has a function of giving a command to the actuator to reproduce a behavior of a boundary between the numerically modeled portion of the structure and the portion to be the specimen. Vibration test equipment.
請求項１記載の振動試験装置。 The control device of the vibration exciter is configured such that a portion from the foundation of the structure to a set height position is defined as the numerically modeled portion of the structure, and the test is performed above the numerically modeled portion. The vibration test apparatus according to claim 1, wherein a command for reproducing the behavior of the boundary between the body part and the body is issued.
テーブルと該テーブルを往復動作させる駆動手段と制御装置とを備えた振動台のテーブルを、振動試験対象の構造物の基礎の振動に関する振動波形で往復動作させ、
前記振動台のテーブルに設置された加振装置の移動テーブルに、前記試験体を載置し、
前記加振装置の前記移動テーブルを、前記構造物における前記数値モデル化された部分の前記試験体とされた部分との境界の挙動を再現するよう動作させること
を特徴とする振動試験方法。 In a vibration test method for performing a vibration test using a partial test body of a structure to be subjected to a vibration test and a numerical model for a part other than the test body,
Reciprocating a table of a vibration table provided with a table, a driving means for reciprocating the table and a control device, with a vibration waveform related to vibration of a foundation of a structure to be vibration tested;
Place the test body on the moving table of the vibration device installed on the table of the shaking table,
A vibration test method, wherein the moving table of the vibration exciter is operated so as to reproduce a behavior of a boundary between the numerically modeled portion of the structure and the portion to be the test body.
請求項３記載の振動試験方法。 The movement table of the vibration exciter is a boundary behavior between the numerically modeled part of the structure and the part that is the test body, at the boundary obtained by numerical analysis using the numerical model. The vibration test method according to claim 3, wherein the vibration test method is operated so as to reproduce a response of a load and a displacement.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108594292A (en) * | 2018-05-30 | 2018-09-28 | 天津大学 | A kind of pilot system of ground foundation simulation Artificial Boundaries suitable for earthquake Random seismic field |
| CN109029893A (en) * | 2018-07-18 | 2018-12-18 | 天津大学 | A kind of continuous type experimental rig suitable for simulating multiple spot Seismic input boundary |
| CN114001897A (en) * | 2021-10-27 | 2022-02-01 | 福州大学 | Bridge model vibration table test device and method capable of adjusting excitation input direction |
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| CN114001897A (en) * | 2021-10-27 | 2022-02-01 | 福州大学 | Bridge model vibration table test device and method capable of adjusting excitation input direction |
| CN114001897B (en) * | 2021-10-27 | 2023-12-29 | 福州大学 | Bridge model vibrating table test device and method capable of adjusting excitation input direction |
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