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(guó)人心的同時(shí)，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(yàn)研究中最重要的手段之一，也是伺服電動(dòng)缸將來可大展拳腳的地方——地震模擬振動(dòng)臺(tái)。

一、什么是地震模擬振動(dòng)臺(tái)？

地震模擬振動(dòng)臺(tái)的基本原理是將試驗(yàn)對(duì)象放置在具有足夠剛性的振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上，通過激振系統(tǒng)使得振動(dòng)臺(tái)的臺(tái)面復(fù)現(xiàn)輸入的地震波形，使試驗(yàn)對(duì)象處于一個(gè)模擬的地震環(huán)境中，從而測(cè)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(dòng)時(shí)的破壞機(jī)理和動(dòng)力特性，可以檢驗(yàn)試件的抗震性能，還可以檢驗(yàn)抗震措施的有效性。

簡(jiǎn)單點(diǎn)說，就是將建筑放置在振動(dòng)臺(tái)上，然后振動(dòng)臺(tái)開始根據(jù)以往記錄的震波轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)模式而瘋狂震動(dòng)，進(jìn)而得到建筑在不同震級(jí)下的破損情況。

二、地震模擬振動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)

地震模擬振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的裝置，主要由振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面，液壓/電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力系統(tǒng)、測(cè)試和分析系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。如下圖：

其中，

1）伺服控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)地震模擬振動(dòng)臺(tái)控制功能的基礎(chǔ)。其主要功能是接收振動(dòng)系統(tǒng)給出的伺服驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出伺服控制指令，控制激振器系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)從而控制臺(tái)面的運(yùn)動(dòng)。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(dòng)臺(tái)的振動(dòng)控制中。

2）在實(shí)際運(yùn)用過程中，電液激振精度高、重力大，但也存在價(jià)格昂貴、漏油、維修困難等缺點(diǎn)，而且國(guó)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(dòng)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(jì)算機(jī)控制器，計(jì)算機(jī)控制器以該波形為控制目標(biāo)，給伺服驅(qū)動(dòng)器下達(dá)指令，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使振動(dòng)臺(tái)面沿一維方向振動(dòng)，加速度傳感器采集臺(tái)面的加速度信號(hào)和驅(qū)動(dòng)器發(fā)出信號(hào)反饋給控制器，控制器接收到信號(hào)后將該信號(hào)與輸入波形進(jìn)行比較后輸出。

由于伺服電動(dòng)缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、成本降低、縮短生產(chǎn)和試驗(yàn)周期，振動(dòng)臺(tái)的性能也在提升，故而小型工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)以及大學(xué)試驗(yàn)教學(xué)使用的場(chǎng)景中，對(duì)伺服電動(dòng)缸類地震模擬振動(dòng)臺(tái)越來越青睞。

以上地震模擬振動(dòng)臺(tái)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(yàn)。

其實(shí)，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(dòng)缸作為振動(dòng)器的振動(dòng)臺(tái)。觀眾可以站在振動(dòng)臺(tái)面上，體驗(yàn)從3~8的震級(jí)下，該如何迅速穩(wěn)住身形，尋找躲藏處。

隨著伺服電動(dòng)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(dòng)臺(tái)將更加真實(shí)的呈現(xiàn)出地震前中后的各種動(dòng)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(jí)，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(duì)突發(fā)地震的逃生技巧。

參考資料：

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