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工程结构抗震混合试验方法标准（征求意见稿）.docxc） 将数值子结构的计算程序从宿主机编译至目标机，数值模型应在规定时步内完成计算；
d） 开展预试验，计算试验时滞，并分析时滞影响；
e） 实施过程中，宜根据作动器的输入信号与反馈信号的异常值判断是否立即停止试验。
振动台混合试验系统由振动台物理加载子系统、数值仿真计算子系统、数据采集与传输子系统三个子系统组成，如图9所示。
GB／T 50328-2014(2019年版) 建设工程文件归档规范(完整正版、清晰无水印).pdf图9 振动台混合试验系统构成
振动台混合试验应保证数值仿真的模拟精度和计算效率、振动台的同步精确加载、试验子结构与数值子结构边界的数据采集与交互的实时性。
振动台应根据试验子结构的尺寸、质量以及试验要求选用。
振动台混合试验应考虑振动台加载误差、试验子结构与数值子结构边界复现误差的影响，根据振动台与试验子结构特性进行控制，使其满足稳定性和精确性要求。
实时性难以满足时可选用数值子结构与试验子结构迭代加载的离线迭代方法，如图10所示。
图10 振动台离线迭代混合试验基本流程
振动台混合试验的数值模型除应符合5.2的规定，还符合下列规定：
a） 不满足实时计算要求的数值模型，选用计算任务分解策略、代理模型方法或并行计算，实现数值实时计算；
b） 数值模型积分步长大于控制信号采样周期时，得到目标量应采用插值方法生成与控制信号采样周期一致的加载信号；
c） 数值子结构的模型参数选取应接近于真实结构参数，可使用模型在线更新算法对数值模型参数进行更新。
振动台混合试验的动力平衡方程可根据实时加载要求参考附录E选择显式方法进行求解。
时间积分方法宜选择计算精度高、稳定性好、计算效率高、含有数值阻尼的算法。
振动台混合试验中使用的液压振动台、机械振动台、电动振动台应分别满足GB/T 21116、GB/T 13309、GB/T 13310中对设备性能的规定。
振动台的时滞宜小于50ms。
振动台混合实验宜采用实时环境求解数值子结构，并实现与控制器的实时数据传输。
振动台混合试验的测量系统应符合4.6.3的规定。
振动台混合试验的数值子结构和试验子结构的边界应通过振动台台面实现协调和平衡条件。
在水平单自由度振动台混合试验中，数值子结构与试验子结构的交界面宜选取在只有平动位移，而转动位移可忽略的位置。
在多自由度的振动台混合试验中，数值子结构与试验子结构的交界面宜根据振动台的加载自由度选择，使交界面的主要位移响应可在振动台上实现。
采用多个振动台进行振动台混合试验时，数值子结构与试验子结构每个交界面参照8.4.2或8.4.3选取位移并实现边界条件。
为实现边界平衡条件，按下列规定选择合适的反馈力测量方案：
a） 试验子结构的反馈力为振动台内置的测力计所测数据减去台面惯性力；
c） 对于试验子结构复杂测力情况，可以采集易测响应量通过实时反演算法求解获取反馈力；
d） 必要时，可在试件与振动台联接处增加多向力传感器，获取垂向力和弯矩的反馈。
应根据振动台试验系统的动力特性，参考7.5选择合适的补偿方法。
振动台混合试验的误差主要包括时间积分方法误差、振动台控制误差、数值子结构建模误差和子结构之间边界协调误差。
测量边界协调物理量的传感器，在试验前应进行严格标定和校准，保证试验的精度。
试验误差应参考7.6.3和7.6.4进行分析和评价。
振动台混合试验应按4.4进行，并符合下列规定：
a） 振动台混合试验前，应进行数值仿真，根据动力加载装置的实测传递函数确定合适的时滞补偿方法和控制参数，当试体具有强烈非线性时，宜采用自适应控制技术；
b） 设计边界反馈力测量方案，安装力测量装置；
c） 将数值子结构的计算程序从宿主机编译至目标机，数值模型应在规定时步内完成计算；
d） 进行预试验，计算试验时滞，并分析时滞影响；
e） 按顺序依次启动：数据采集与传输子系统的程序、数值仿真计算子系统的程序、振动台物理加载子系统的程序；
f） 混合试验结束时，按顺序依次停止：振动台物理加载子系统的程序、数值仿真计算子系统的程序、数据采集与传输子系统的程序；
g） 应确保振动台控制面板的超限紧急制动功能处于开启状态，以防止试验过程中因振动台失稳导致的试验子结构或仪器损坏；
应对试验数据进行处理和分析，完整描述工程结构在不同水准地震下的行为表现，提供判断工程结构抗震性能的技术依据。
试验数据分析前，应对数据进行下列处理：
a） 根据传感器的标定值及应变计的灵敏系数等对试验数据进行修正；
b） 根据试验情况和分析需要，采用滤波处理、零均值化、消除趋势项等减小测量误差的措施。
振动台混合试验采用白噪声确定试体自振频率和阻尼比时，宜通过自功率谱或传递函数分析求得，试体振型宜通过互功率谱或传递函数分析确定。
振动台混合试验试体的位移响应量宜通过位移传感器直接量取，也可对实测速度反应时程进行积分求取绝对位移，但应采用低频特性良好的速度传感器，并在积分前消除趋势项和进行滤波处理。
应明确指出试验目的，包含检验结构的抗震性能需求，在报告中应对试验中得到的地震响应量进行专项描述。
应详细给出试验采用的地震动记录信息，包括地震动时程、峰值强度、反应谱、与设计反应谱的对比等。
应说明测试的地震动水准、强度，以及试件的全部加载历程。
应明确说明试验采用的数值算法及其参数，说明试验中的算法精度和误差。
应包含试验设备信息，包括但不限于作动器精度、作动器能力、油源信息和加载架形式等。
应提供完整的加载数据和量测数据记录，包括但不限于作动器的力、位移记录，试件变形、应变记录等。
可参考附录J进行撰写。
（资料性） 试验子结构相似律
A.1 试验子结构相似律应符合下列规定：
a） 缩尺模型按力学基本方程或量纲分析法建立相似律；
试验子结构与数值子结构在相似律上协调。
A.2 采用缩尺模型的拟动力混合试验和实时混合试验的试验子结构相似律宜根据表A.1选用，并应符合下列规定。
a） 拟动力混合试验应保证试验子结构基本力学特性的相似，实时混合试验和振动台混合试验还应保证试验子结构动力特性和动力荷载特性的相似。
b） 人工模拟质量的等效质量密度的相似系数应按式（A.1）、（A.2）计算确定。
（A.1）
（A.2）
——人工模拟质量的等效密度相似系数；
——人工模拟质量施加于模型上的附加材料的密度，单位为千克每立方米（kg/m3）；
——模型材料的密度，单位为千克每立方米（kg/m3）；
——原型材料的密度，单位为千克每立方米（kg/m3）；
——弹性模量相似系数；
——几何尺寸相似系数；
表A.1 拟动力混合试验和实时混合试验的试验子结构相似律
A.3 振动台混合试验的试验子结构相似律符合下列规定。
a） 当模型与原型结构在具有同样重力加速度效应的情况下进行试验时，宜采用表A.2中弹塑性模型相似律；实际试验时可采用人工质量模拟的弹塑性模型，受振动台承载能力限制时，可采用实用弹塑性模型。
b） 对于可忽略重力加速度影响的模型和只涉及弹性范围工作的弹性模型，可采用表A.2中忽略重力效应的弹性模型的相似律。
表A.2 振动台混合试验的试验子结构相似律
（资料性） 向量式有限元方法
B.1 向量式有限元方法应按下列步骤进行：
a） 采用质点点值描述待分析结构参数；
b） 采用途径单元描述质点的运动轨迹；
c） 采用虚拟的逆向运动获得单元纯变形，并根据质点位置向量计算单元内力；
e） 根据运动控制方程计算下一时刻质点位置向量，再利用该位置向量计算单元内力；按此步骤逐步循环直至计算完成。
B.2 质点的运动控制方程按式（B.1）计算：
(B.1)
B.3 考虑结构自身阻尼为瑞利阻尼时，质点的运动控制方程和阻尼力按式（B.2）~（B.5）计算：
B.4 不考虑阻尼项时，运动控制方程的求解可采用中心差分方法，按式（B.6）~（B.8）计算：
B.5 静态分析时，宜通过增设虚拟阻尼耗能或施加缓慢加载函数求得运动控制方程的静态解。
a） 增设虚拟阻尼耗能时，虚拟阻尼力公式可按下式计算：
b） 静态分析或者考虑阻尼影响时，差分公式可按下式计算：
B.6 结构模态频率（或周期）、模态振型和模态阻尼比，宜通过虚拟实验模态技术获得。
（资料性） 模型在线更新混合试验方法
C.1 在线模型更新混合试验方法原理如图C.1所示，应按下列步骤进行：
a） 将由积分方法计算得到位移命令发送给试验加载系统完成对试验子结构加载并测量试验子结构恢复力和位移；
b） 将位移命令输入到假定数值模型模块计算得到模型未更新数值子结构恢复力；
c） 将位移命令、试验子结构恢复力和位移输入到模型识别模块得到试验子结构模型参数识别值，更新相应数值子结构模型参数，计算其恢复力。
d） 重复步骤a）~c)，直至试验结束。
图C.1 在线模型更新混合试验方法示意图
C.2 可开展基于构件、截面或材料本构层次模型参数识别和更新的模型在线更新混合试验。
C.3 基于双线性模型的构件层次模型在线更新混合试验按照下列步骤进行。
a） 在第i个时间步，应采用数值积分方法求解结构运动方程，获取试验子结构和数值子结构第i+1步位移。
b） 应将计算出的试验子结构部分边界自由度上的位移，发给连接试验子结构的作动器进行加载，测量试验子结构恢复力和位移。
c） 基于试验子结构采用识别算法在线识别第i+1步试验子结构的双折线模型参数，分别为：第一刚度，第二刚度，屈服力。
d） 采用模型参数识别值在线更新数值子结构相应的模型参数。
e） 将试验子结构恢复力反馈给结构运动方程。
f） 循环进行步骤a）~ e），直至混合试验结束。
（资料性） 在线数值模拟方法
D.1 在线数值模拟方法应按下列步骤进行：
a） 在第i个时间步，应采用数值积分方法求解结构运动方程，获取整体结构动力自由度上的位移向量，并将其发送给整体结构有限元模型中对应的自由度；
b） 应利用整体结构动力自由度的位移向量和上一积分步估计出的本构模型参数，对结构整体模型进行一次非线性静力分析，并将计算出的试验子结构部分边界自由度上的位移向量，发给连接试验子结构的作动器；
c） 作动器按位移驱动试件获取实测的位移和反力，发送给识别模块；
d） 本构模型参数在线估计；
e） 用参数更新整体有限元模型中本构模型参数，再次根据整体结构模型的位移向量完成一步静力分析，并提取整体结构模型相应节点反力返回时间积分模块；
重复步骤a）~ e），直至试验结束。
D.2 在线数值模拟方法可采用无迹卡尔曼滤波方法完成模型参数识别。
（资料性） 时间积分方法
E.2 中心差分法为显式方法，其基本公式见式（E.1）~（E.4）：
当时，给定初值条件为。
E.4 OS方法为半显式半隐式方法，其基本公式见（E.10）~（E.14）：
E.5 实时子结构OS方法为半显式半隐式方法，其基本公式见（E.15）~（E.19）：
E.6 当采用其他时间积分方法时，需要在试验前进行稳定性和精度分析，以证明所选择的方法和时间积分步长满足稳定性和精度要求。
（资料性） 时间积分方法的稳定性和精度分析
F.1 时间积分方法的稳定性分析
时间积分方法的稳定性谱半径分析方法应按下列步骤进行：
a） 根据单自由度结构的动力特性，得到在某一时刻的运动方程；
b） 由运动方程改写得到其递推形式；
c） 求递推形式中的积分算子逼近矩阵的特征值；
d） 求取积分算子逼近矩阵的谱半径；
e） 由谱半径判断时间积分方法的稳定性；
对于线性结构乡村公路施工组织设计1，时间积分方法的稳定性可由其积分算子逼近矩阵的谱半径确定。
对于单自由结构，在时刻的动力平衡方程将质量归一化后可写为：
——第步的质量归一化外荷载，单位为牛顿（N）。
运动方程(F.1)改写成递推形式：
——积分算子逼近矩阵；
积分算子逼近矩阵的谱半径为，定义如下：
——积分算子逼近矩阵的第j个特征值。
谱半径方法的稳定性判定条件：
当时间积分方法的积分算子逼近矩阵的谱半径满足时悬挑式钢管脚手架组织施工方案，算法是稳定的。