让我从17世纪说起。
意大利科学家伽利略在17世纪进行了一个木梁弯曲试验（图2），伽利略做试验的木梁横截面为矩形，其长度L，一端（图中A、B）固定在墙中，另一端（图中C、D）悬挂一桶水或其他形式的重物（图中E）。伽利略对这种悬臂木梁的结构进行了分析，这是历史上首次把梁作为可变形的物体来进行研究。这是最早的结构试验。
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图2 伽利略悬臂木梁试验 |
图3 伽利略(1564-1642) 意大利物理学家、数学家、天文学家及哲学家
（图片来源：https://baike.so.com/doc/5354220-5589684.html）
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18世纪，法国科学家荣格密里在一根简支木梁的横截面上开槽，塞入硬木块，如图4所示。试验证明，这种梁的承载能力丝毫不低于整体不开槽的木梁，这一结果能说明木梁上半部分存在压应力。这个试验奠定了材料力学中受弯构件计算理论的基础，是最有里程碑意义的结构试验，因此也被称为路标试验。
图4 荣格密里木梁试验
后来经过1906 年美国旧金山（San Francisco）大地震（图5）和1923 年日本关东（Kanto）大地震（图6）后，地震的相关学科开始发展。
小贴士：
1906年旧金山大地震，发生于1906年4月18日清晨5点12分左右，震级7.8，地震及随之而来的大火，给旧金山带来毁灭性破坏，该次地震成为美国历史上主要城市所遭受的最严重自然灾害之一。
1923 年日本关东（Kanto）大地震，发生于1923年9月1日12点左右，震级8.2。
图5 1906年美国旧金山地震 图6 1923年日本关东大地震
也是这两次地震之后，对房屋抗震能力的试验检验得到了重视, 这段时期主要是对房子整体在动态作用力下的特点进行研究，并且开始记录地震时地面运动的加速度，同时开始有计划地在发生地震可能性较高的地区安装测量地震动加速度的设备。图7是某一次地震的地面加速度记录的曲线，自此之后我们家族的发展就是以地震动加速度为线索来不断推进的。
图7 地震动加速度时程记录
接下来，就是我们家族的主要成员亮相了。
拟静力试验
20世纪初，人们开始真正研究地震对房子的影响，由于当时地震工程学科的发展处于起步阶段，这一时期的试验主要集中在拟静力试验方面。拟静力试验最初不是用在房子的抗震上面，而是用在桥梁铆钉连接的性能检查上,后来被用于房屋的抗震试验中。1934年加拿大科学家永（Young）和杰克逊（Jackson）用改进的螺旋型实验机进行了连接件模型的循环加载试验, 这个试验揭示了连接件强度和刚度在试验过程中变小的特点，较好地获得了循环加载下连接件的弯矩-转角特征。
图8连接件模型的拟静力试验
拟静力试验：又称为循环往复试验，是对房子或房子的某部分构件施加多次循环作用的力（由于是慢慢施加，这个力相当于静力），使房子或房子的某部分构件从正反两个方向重复被加载和卸载受力，以这种模式来模拟地震时房子或房子的某部分构件在往复振动中的受力特点和变形特点。
小贴士：
加载：采用作动器或千斤顶等设备对房子或房子的某部分构件按一定规则施加力，使其出现变形直至破坏的过程
图9 电液伺服作动器
拟静力试验中可以得到非常丰富的信息，是目前应用最多的一种试验方法。后面我会详细介绍他的。下面，让我们家族的另外两位成员——大型地震模拟振动台和拟动力试验方法闪亮登场。
地震模拟振动台试验和拟动力试验方法
时间来到20世纪60年代，随着地震观测水平的提高，科研人员获得了大量的地震动记录和结构地震反应记录。在试验和分析中将观测到的地震动数据输入到结构模型中进行试验和数值仿真分析获得地震反应，为评估建筑结构的抗震能力奠定了基础。这一时期抗震试验发展最重要的标志是模拟地震的台子（地震模拟振动台）的建立和边试验边分析这种方法（拟动力试验方法）的应用。
图10 加州大学伯克利分校地震模拟振动台（左） 图11 日本国立防灾科学技术中心地震模拟振动台（右）
20世纪60年代末，美国加州大学伯克利分校建成了一座6.1m×6.1m的可以同时进行水平、垂直两个方向的地震输入的地震模拟振动台（图10），同时期日本国立防灾科学技术中心也建成了当时世界上最大的14.5m×15m的地震模拟振动台（图11）。
1969年日本伯野元彦博士开发的拟动力试验方法是结构抗震试验研究过程中的一项重大成就。他采用计算机与加载设备（作动器）结合起来求解结构动力方程的方法，目的是为了能够真实地模拟地震对结构的作用。
图12 第一代拟动力试验方法
70年代初期，美国首先将拟静力试验方法用于获取构件的数学模型，为整体结构的计算机分析提供构件恢复力模型，同时通过地震模拟振动台试验对结构恢复力模型参数做进一步的修正。
1971年日本冈田恒男教授采用先进的数字式计算机代替了性能较差的非数字式计算机，发展了用于结构弹塑性地震反应分析的拟动力试验系统，从此，拟动力试验方法在结构抗震试验研究中确立了它不可替代的地位。1981年日美两国合作完成一座与真实房子一样尺寸的七层钢筋混凝土框架房子的拟动力试验。
拟动力试验的儿子们诞生了
大儿子：子结构拟动力试验
随着拟动力试验的发展，大家发现房子在地震作用下产生破坏，但破坏往往只发生在房子的某些部位或构件上，其他部分仍处于完好或基本完好状态。80年代中岛正爱博士（图13）和马欣博士（S.A.Mahin）（图14）等人研究了子结构试验技术，将容易破坏的具有复杂非线性特征的这部分房子进行试验，而其余处于线弹性状态的房子部分用计算机进行计算，房子被试验的部分和计算机计算部分在一个整体结构动力方程中都得到了体现。
小贴士
线弹性：当房子或房子部件在地震下变形小，变形可以恢复，结构整体处于弹性范围内，称之为线弹性。
图13 图14
图13 中岛正爱（Masayoshi Nakashima）日本结构试验科学家
图14马修博士(S.A.Mahin) (1946-2018）美国结构试验科学家
二儿子：实时拟动力试验
结构中材料的特性是受加载速度影响的，拟动力试验一直采用的是准静态加载方式进行，所以加载速度对结构的影响没有包含在结构反应中。从结构工程的发展来看，一系列的新材料、新装置，例如橡胶减震器、粘弹性阻尼器、摩擦耗能器和调谐液体阻尼器（TLD）等在房子结构中安装之后，采用这些新材料和安装新装置的结构大多表现出速度相关特征，所以实时的拟动力试验是非常必要的。
1992年日本中岛正爱博士提出了实时拟动力试验方法，用动态作动器代替静态作动器成功开发了实时拟动力试验系统，可以进行阻尼器等速度相关型试验体的抗震性能研究。我国武汉理工大学吴斌教授（图15）从2003年开始进行实时拟动力试验的研究，并在世界上首次把这种试验方法应用于工程实际，如图16所示。
图15吴斌 结构试验技术专家 图16世界上首例实时拟动力试验应用案例
辽宁渤海某石油海洋平台为了减少春季冰融化以后的浮冰冲击导致的海洋平台振动，采用磁流变液阻尼器对上层甲板进行减振控制，在安装阻尼器之前需要做试验检查减振效果是否满足要求，就采用了实时拟动力试验方法，把阻尼器作为试验子结构，将平台的其它部分作为数值子结构进行实时拟动力试验，证明安装阻尼器以后可以很好地减少甲板的振动。
三儿子：网络协同子结构试验
子结构拟动力试验发展的过程中，随着互联网的发展，有人提出用网络把不同地方的实验室连到一起，把房子分成几部分，每一部分分别在不同地方的实验室中做试验，用网络把几个实验室的试验联系到一起，就发展出来了“远程协同结构试验”。美国于2001年启动了“美国国家地震工程模拟网络（NEES） 计划”的建设，在美国的15所大学实验室分别建立了节点，并把这些节点上的实验室联系在一起，这样就可以做联网的子结构拟动力试验。我国湖南大学、哈尔滨工业大学、清华大学和南加州大学合作建设了网络化结构实验室（Netslab），拟动力试验进入了网络化的时代。中国地震局工程力学研究所、日本京都大学和美国布法罗大学合作进行三国联合网络协同混合试验，在国际上产生了广泛的影响。
四儿子：振动台子结构试验
进入新世纪，随着计算机技术和试验设备的发展，试验技术也不断发展，实时拟动力试验与地震模拟振动台试验结合，形成了振动台子结构试验方法，就是用地震模拟振动台来进行实时拟动力试验。日本学者家村（Iemura）博士和五十岚（Igarashi）博士首先提出了振动台子结构试验方法用于被动和主动调谐质量阻尼器的减震控制验证，这种试验方法利用了实时拟动力试验和地震模拟振动台试验的优点，潜力巨大。
介绍完上面这些家族成员，我还想多说几句我们家族未来的动向。
随着试验技术的发展，试验的规模越来越大，设备的体量也越来越大。多自由度的大型加载设备不断开发，例如美国伊利洛伊大学香槟-厄巴纳分校的荷载与边界条件箱（LBCBs）（图17）和美国明尼苏达大学的多轴子结构加载测试 (MAST) 系统（图18）在可控的试验室环境内，对建筑子结构，例如楼宇梁柱框架、剪力墙、桥墩、基台、特殊承力结构等进行高载荷六自由度 (6DOF) 准静态和动态测试，为多维拟静力试验和多维子结构混合试验提供了加载设备条件。中国同济大学建设了地震模拟振动台4台阵（图19），日本已建成的目前世界上最大的地震模拟振动台E-defense（图20），美国加州大学圣地亚哥分校建设了世界上最大的室外地震模拟振动台（图21），并完成了三向六自由度加载改造。
为了应对地震和海啸等多种灾害对房子的危害，多灾害工程试验方法研究得到重视，天津大学建设了水下地震模拟振动台台阵（图22），这些设备的开发建设使得多灾害耦合试验研究成为可能。
图17美国伊利洛伊大学香槟-厄巴纳 图 18明尼苏达大学MAST 图19同济大学4台阵振动台分校的荷载与边界条件箱（LBCBs）
图20日本 E-defense地震模拟振动台 图21美国圣地亚哥世界上最大的室外 图22 天津大学水下地震模拟振动台地震台阵
致谢：谢谢李慧博士审阅并修改文章，谢谢彭伟均、马心怡等同学画的插画。
供稿：周惠蒙
