Ανάπτυξη καινοτόμου συστήματος ελέγχου υβριδικών δοκιμών δύσκαμπτων κατασκευών υπό σεισμική διέγερση

Abstract

Hybrid simulation of stiff structures encounters significant difficulties when relying on the displacement control of hydraulic actuators. The reason being that in hybrid tests the restoring force in each step is used to calculate the displacement of the next step; therefore a potential error in the calculation (intrinsic in the case of stiff structures) has a cumulative effect, leading to results of questionable validity. Furthermore, in many cases interaction between actuators hinders the execution of tests of stiff structures. A solution to this problem encountered when testing stiff structures may be given if tests are conducted in force control rather than displacement control. This, however, presupposes that the forces to be applied by actuators in each step are known beforehand. Dominant approaches in terms of calculating forces in each step are either based on the secant stiffness matrix, or on iterations. The present doctoral thesis introduces an innovative approach which bypasses the secant stiffness matrix calculation. Two PID controllers are used (instead of one, which is the standard practice) in order to control each actuator. The first controller converts the target displacement to target force, whilst the second one controls the actuator based on the force calculated by the first controller. Moreover, when combining this strategy (dual type control strategy) with the continuous pseudodynamic method, iterations that may lead to unwanted loading-unloading cycles are avoided. The validity of the proposed strategy was assessed by conducting hybrid tests on a large-scale stiff reinforced concrete specimen. The same specimen was also used to assess the application of the strategy to cyclic tests. Lastly, the telepresence system of the Structures Laboratory is presented, which upgrades the test control system and at the same time contributes to the quality of testing and to the distribution of results to the scientific community.

Κατά τις υβριδικές δοκιμές δύσκαμπτων κατασκευών, παρουσιάζονται σημαντικά προβλήματα όταν αυτές διεξάγονται με έλεγχο της μετακίνησης των υδραυλικών εμβόλων. Καθ’ ότι στις υβριδικές δοκιμές η δύναμη αντίδρασης σε κάθε βήμα χρησιμοποιείται για την εύρεση της μετακίνησης του επόμενου, το οιοδήποτε λάθος μέτρησής της (εγγενές στις δύσκαμπτες κατασκευές), δρα σωρευτικά οδηγώντας σε αμφιβόλου αξιοπιστίας αποτελέσματα. Επιπροσθέτως, σε πολλές περιπτώσεις δοκιμών δύσκαμπτων κατασκευών παρουσιάζονται φαινόμενα αλληλεπίδρασης μεταξύ των εμβόλων που δυσχεραίνουν τη διεξαγωγή τους. Λύση στο πρόβλημα των δοκιμών δύσκαμπτων κατασκευών μπορεί να δοθεί εφόσον η διεξαγωγή τους γίνεται σε έλεγχο δύναμης αντί της μετακίνησης. Αυτό όμως προϋποθέτει την προγενέστερη γνώση των δυνάμεων που θα επιβληθούν από τα έμβολα σε κάθε βήμα. Οι επικρατέστερες προσεγγίσεις για την εύρεση των δυνάμεων κάθε βήματος βασίζονται είτε στον προσδιορισμό του εφαπτομενικού μητρώου δυσκαμψίας, ή σε διαδοχικές προσεγγίσεις. Στην παρούσα μελέτη παρουσιάζεται μία καινοτόμος προσέγγιση η οποία αποφεύγει τον προσδιορισμό του εφαπτομενικού μητρώου δυσκαμψίας. Χρησιμοποιούνται δύο ελεγκτές PID (αντί για έναν όπως γίνεται συνήθως) για τον έλεγχο κάθε εμβόλου. Ο πρώτος μετατρέπει την στοχευόμενη μετακίνηση σε στοχευόμενη δύναμη, ενώ ο δεύτερος είναι υπεύθυνος για τον έλεγχο του εμβόλου με βάση τη δύναμη που προέρχεται από τον πρώτο. Επίσης, με την υιοθέτηση αυτής της στρατηγικής (στρατηγική διπλού τύπου ελεγκτή) σε συνδυασμό με τη συνεχή ψευδοδυναμική μέθοδο αποφεύγονται οι διαδοχικές προσεγγίσεις που μπορούν να οδηγήσουν σε παρασιτικούς κύκλους φόρτισης – αποφόρτισης. Η εγκυρότητα της στρατηγικής ελέγχθηκε με υβριδικές δοκιμές σε δύσκαμπτο δοκίμιο οπλισμένου σκυροδέματος μεγάλης κλίμακας. Το δοκίμιο χρησιμοποιήθηκε και για την αξιολόγηση της στρατηγικής για την εφαρμογή της σε απλές κυκλικές δοκιμές. Τέλος, παρουσιάζεται το σύστημα τηλεπαρακολούθησης του Εργαστηρίου Κατασκευών, το οποίο αναβαθμίζει το σύστημα ελέγχου δοκιμών και συνδράμει αφενός στη διασφάλιση της ποιότητας των δοκιμών και αφετέρου στη διάχυση των παραγόμενων αποτελεσμάτων στην επιστημονική κοινότητα.