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为测试全尺寸地震而设计的振动台NANCYSTAUFFER,能量与环境实验室1997年9月10日在过去的十年中,早CALIFORNIA,KOBE,JAPAN地震导致高速公路,桥梁和其他建筑物的戏剧性的倒塌。这些是依照精确地地震抵抗设计代码。理论性模拟和尺度模型在预期的结构损害中只有有限的用处,因此MIT研究员和他们的合作伙伴为一台3030M的振动台而准备一个概念上的设计,这台振动台能是一个全尺寸的建筑或其他结构服从与一个真正地震的强度。为了决定振动台必须传递的强度,研究员执行过去地震数据的广大分析,并且发现地面运动比先前所认为可能的更强烈和可变。在过去的两年里,在国家的,电力的和机械工程,地震学和电磁能量系统中,合作专家正在做此研究而且检查建筑物的电磁的地震模拟器的可行性(EMSS)。在IDAHO国家的工程和环境实验室这个系统打算被查找到作为测试全尺寸建筑物对地震,风和由于湿气,盐雾和太阳辐射而造成的老化的反映的一个主要能力的一部分。领导队是地球物理学教授兼地球资源实验室董事的MNAFITOKSOZ,国家与环境工程教授EDUARDOKAUSEL和在血浆科学和熔化中心的研究科学家EMMANOUILACHANIOTAKIS。研究员也和合作伙伴一起在INEEL工作。设计一个全尺寸振动台的第一步是要明白地面运动必须重演。TOKSOZ教授和他的合作伙伴分析在全世界15个重大地震中测量的地面高峰增长的加速度(PGAS)的数据(强地面运动仪器一般测量加速度,速度和位移必须由加速度而被计算。地面运动分析他们的分析导致一些意外的观察。首先,在最近的地震中最大的PGAS比传统的地震模拟预测要大的多。而且,相似程度的地震在相似的位置,最大PGAS因二到五个因素而改变。而且在一些位置上,垂直加速度通常被认为没水平加速度显得重要。只是偶尔比水平加速度重要。或许令人惊讶的是地面运动的戏剧性变动遍及短距离。地震学家长期认为来自地震的波能够聚集,反射和再寄存于地表结构,导致地面运动的变动从一个地方到另一个地方。但是来自于附近的空间传感器的数据表明在距中心少到100M甚至多达100KM的位置可达到五倍的变动。这样的观察解释了最近的地震中,现代建筑物代码的缺点。首先,地面运动大于所设计的代码。其次,垂直运动是重要的,而且代码集中对抗水平运动例如滑行。最重要的是,地面运动的变动遍及距离小至大建筑物的脚印例如高速公路径距,停车场和大型购物中心。那些发现能够解释宽范围的损毁对于这些损害可能是最小的。但是,如果桥的一个角落向与另一个角落的不同方向扭转或华东的话,损害或倒塌的可能想极大地增加。要获得依仗表现运动对建筑物的影响程度是多少的精确图片需要一台振动台,这个振动台能进位比当前的振动台大的载入,能强加更强的力量和更大的精确加速度,而且能在被测试的建筑物上不同点强加不同力量而产生的复杂运动。由DRCHANIOTAKIS和他的合作伙伴所设计的EMSS能容纳有10小间的建筑物,其重量达1000吨,它能运行30秒而且能达到1G的加速度,每秒3M的速度和半米的位移。它的九面板的每一面都能上下左右的移动,前后左右的摇动和扭转。次系统是模块化的,因此能被排列成任何模型。例如,要测试一座桥,这面板能被边挨边的排列成长的平台。KAUSEL教授和他的合作伙伴执行一些模拟,而这些模拟能通过地面和在地表不同点它们所产生的不同运动描绘出地震波的扩散,这些不同点可能相隔几米远,因此在EMSS测试了一个样本建筑物的内部足迹。他也计算了那些在自然系统下不会发生的“反馈效果”的成分,也确定了补偿它们所须的力量。例如,建筑物可能开始移动振动台而不是多用钳。一个主要的挑战是发现一种移动面板的手段。现有的振动台一般是水利驱动的,这种方式不能产生巨大的铰接振动台所需的精度和韧度。MIT研究员用一个小说式的结论解释他们使用由电磁石驱动的“激励器”。鉴于他们在熔化能量实验室时使用非常大的磁铁的经验,DRCHANIOTAKIS和他的同事在血浆科学和熔化中心为EMSS设计了一个由两块磁铁组成的激励器。一块是固定的有洞圆筒,另一块是一个在圆筒里像活塞一样上下移动的杆。电流通过圆筒的外部产生一个磁场。电流流经中心杆与磁场相互作用,产生一个能导致杆移动的力量。利用改变磁性,研究员能使杆上下移动。有几个激励器被安装在每一面板上,而且被定位于不同方向。利用控制每个激励器的磁场。研究员能使一个被给定的面板向任何方向移动。改变运动形式需要改变电能流向系统的路线。这是一个比改变水力流体的流程简单得多的任务。结果是有巨大的好控制力量去移动重物的能力。包括使用1995年KOBE地震的真正信号的计算机模拟表明EMSS有能力向一个测试建筑物传递必要的力量。动力系统能满足其它能力在INEEL位置上的需求,尤其是这个仪器将会测试建筑物对像那些飓风中的疾风的反应。DRCHANIOTAKIS和他的团队也设计和建造一个台顶地震模拟器去表明在全尺寸概念中固有的一定法则。一个重要的现实问题是EMSS将如何影响它周围的区域,研究员估计运行着的振动台将产生与一个大的45级地震相等的力量。在INEEL地质学似乎有能力处理这样的骚动硬的玄武岩层是散布在软的火山灰层中的,而这些软的火山会层是理想的防止地震运动的。MIT研究员坚信大多数由于振动台产生的地面运动能被限制到接近EMSS的很小区域。未来的任务包括改善台顶模型,发展被包括在概念性的设计的半尺寸激励器的原型和更加改善EMSS操作中的计算机模拟和间于样品建筑物,振动台和底下的相互作用。研究所受IDAHO洲的大学研究社团的能量实验室和国家工程和环境实验室的支持。(这篇文章最初出现在4月/6月的E图书馆的能量实验室的季刊研究公告。)这篇文章出现在1997年9月10日出版的MITTECH谈话(42卷第5章)
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