根据《建筑抗震试验方法规程》（JGJ101-96），结构抗震试验可分拟静力试验、振动台试验和拟动力试验。振动台试验能够重现地震动，能较真实地反映地震对结构的作用，是抗震性能研究的重要的、有效的试验手段。《结构检验》是土木工程专业重要课程，课程主要包括针对土木工程领域的各类结构，讲解基本的结构试验方法、试验数据处理方法、量测仪器设备原理，讲解现场的结构检测技术，为从事工程质量检验、结构可靠性鉴定和科学研究提供知识基础。对于结构振动台实验，一方面由于工程实践性非常强，对实践教学要求高，只有通过学生亲身参与实验才能让学生真正了解到结构抗震的知识。另一方面振动台实验模型制作成本高，制作周较长、运行成本高，设备每小时用电量超过500KW，一天运行八小时4000KW，若按照0.8/度计算，一天电费超3200元。因而目前实验项目针对具体的实验，让学生对其有一个直观的了解，因此，建设振动台虚拟仿真实验是非常重要的。本项目主要研究对象为三层竹木框架结构，具体结构的参数，屋盖的跨度约为4.0m ,屋面高度为10.5m。通过结构虚拟振动台仿真实验，学生可以基本掌握以下知识：

（1）掌握框架结构抗震分析理论。

（2）了解半刚性节点的定义。

（3）了解振动台试验过程中仪器的选择、接线方式、数据采集处理方式和其他注意事项。

（4）了解振动台试验结构的安装和传感器布置。

（5）研究材料、截面、边界条件等因素对木框架结构的影响效果。

（1）框架结构抗震分析理论

主要有：（1）底部剪力法，根据地震反应谱理论，以工程结构底部的总地震剪力与等效单质点的水平地震作用相等，来确定结构总地震作用。适用范围：高度不超过40米，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法计算。（2）阵型分解反应谱法，利用单自由度体系的加速度设计反应谱和振型分解的原理，求解各阶振型对应的等效地震作用，然后按照一定的组合原则对各阶振型的地震作用效应进行组合，从而得到多自由度体系的地震作用效应。适用范围：除上述结构以外的建筑结构，宜采用“振型分解反应谱法”。（3）时程分析法，对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。适用范围：特别不规则的建筑、甲类建筑和规范规定的高层建筑，应采用时程分析法进行补充计算。

（2）半刚性节点的特点

半刚性连接介于刚接与铰接之间，即连接能承受一定的弯矩，又能发生一定的转动。1、美国AISC1978年规范,它根据梁端的M-θ，将连接分为三类，即：刚性连接、半刚性连接、简支连接三种。2、欧洲规范EC3连接与梁的塑性弯矩和塑性转角Mp和θp的相对关系和钢框架中是否设置支撑把节点分为刚性节点、半刚性节点和柔性节点。3、中国规范只规定了刚接和铰接，但实际中并不存在完全的刚接和铰接，这也是中国规范的一个盲点。

（3）振动台试验中仪器设备的选择和数据采集处理方式

主要有以下几点：（1）了解动态采集设备与静态采集设备的异同，包括采样频率、物理量之间的差异。（2）理解不同类型加速度传感器的工作原理和接线方式，掌握加速度传感器使用过程中的注意事项。（3）理解动态采集设备数据处理目的和方法，了解时域信号与频域信号的转化关系的基本原理。

（4）振动台试验结构的安装和传感器布置

主要有以下几点：（1）了解振动台试验试件的吊装与安装方式。（2）理解不同类型传感器的优劣，掌握传感器布置的基本原则。（3）在以上基础上能够优化试件安装流程和合理使用仪器。

（5）研究材料、截面、边界条件等因素对木框架结构的影响效果

主要有包括：（1）改变半刚性节点钢材材性和竹木框架材料材性，对比相同峰值加速度地震波作用下的地震响应。（2）改变框架梁柱连接（刚结和铰接），对比相同峰值加速度地震波作用下的地震响应，理解刚接和铰接节点对钢框架结构抗震性能的影响。（3）改变框架梁底部与振动台的连接方式，对比相同峰值加速度地震波作用下的位移角和结构失效方式。

步骤1：动画场景漫游至实验主界面。学生登陆系统后通过，首先出现竹木框架结构的场景，学生可以在该场景中漫游，熟悉实验环境。待开场动画结束后，进入竹木框架结构振动台试验主界面，正式进入虚拟仿真实验。

步骤2：框架结构知识、实验背景和实验目的介绍。正式开始实验后，学生依次进入实验背景和实验目的环节，回顾《工程结构设计原理》和《工程结构抗震设计》等专业课程的知识点，了解本虚拟仿真试验项目的背景和目的。

本阶段步骤1-步骤2主要的目的是让学生熟悉实验场景，回顾相关专业知识，了解实验的背景和目的，为进行竹木框架结构振动台实验做好准备。实验背景中的部分内容，对竹木框架结构振动台实验模拟起到理论支撑作用，因此在后续对应实验模块的操作界面中，会有对应的热点可以链接至此处，方便学生在实验过程中了解相关的理论知识。

2.2 竹木框架结构振动台实验

此模块包含两个子模块：动态采集设备的操作、振动台试验演示

步骤3：动画场景演示动态采集设备主界面。详细展示动态采集设备仪器与传感器之间的接线方式，振动台试验过程中数据采集的详细流程和时域信号到频域信号的转换。

步骤4：动画场景演示竹木框架结构振动台实验。此处的实验过程将通过同时用3个不同平面视角的视频+1个立体视角的视频共同展示的方式实现动态演示，以增加视觉效果，方便用户更真实体验实验过程。

本阶段步骤1-步骤2主要的目的是让学生熟悉振动台实验装置情况，了解振动台实验的操作流程。采用给定的结构形式，初步进行竹木框架的振动台试验，得到结构的位移、加速度时域曲线、层间位移角，熟悉各个基础环节的操作过程。

2.3 竹木框架结构参数化分析

步骤5：改变竹木结构相关参数。分别从材料层次、构件尺寸、框架的布置情况以及边界条件等方面改变竹木框架设计信息，采用相同的地震波和采集设备进行振动台试验，对比分析结构的位移、加速度时域曲线、层间位移角，得到改参数对结构的影响。