一種模擬地震發生及傳播土結相互作用的試驗裝置的製作方法
2023-08-08 08:45:56
專利名稱：一種模擬地震發生及傳播土結相互作用的試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於模擬地震發生及傳播土體-結構動力相互作用的試驗裝置， 屬於地震工程研究領域。
背景技術：
眾所周知，地震的發生多是由斷層錯動而起。振動臺模型試驗是研究土與結構動 力相互作用的一個重要手段，在巖土地震工程界具有重要地位。利用模型試驗真實模擬地 震發生及傳播中土與結構動力相互作用是地震工程界的一個研究方向。其中，如何模擬斷 層錯動是研究問題的一個難點，設計相應的試驗模型箱裝置是利用多臺陣振動臺試驗系統 對其實現的一個重要環節，目前相應的試驗模型箱裝置未見報導。
發明內容
為能試驗實現地震發生全過程，基於多臺陣振動臺系統，本發明設計了一種可用 於多點激勵的分段柔性連接模型箱試驗裝置，並提出了相應的試驗方法。該試驗裝置與多 臺陣振動臺系統相結合，可以實現對斷層(走滑斷層、正斷層、逆斷層)錯動的模擬，進而可 開展地震發生全過程下土與結構動力相互作用的模型試驗研究。為了實現上述目的，本發明採取了如下技術方案該裝置為一分段柔性連接模型 箱，由剛性部分和柔性部分相間組成；所述剛性部分為由剛性材料製成的箱體，相鄰剛性部 分的相對面均敞口 ；所述柔性部分由萬向節對裝置、U型鋼骨架和橡膠膜構成；所述萬向節 對裝置包括兩個可轉動萬向節和連接在兩個可轉動萬向節之間的帶滑道鋼連接杆，所述可 轉動萬向節由固定的弧形底座和上部構件構成，弧形底座和上部構件之間通過上、下兩道 軸承連為整體，以保證萬向節豎直並能水平轉動；所述兩個可轉動萬向節的弧形底座分別 固定於模型箱的兩相鄰剛性部分上，帶滑道鋼連接杆一端與一萬向節上部構件上端固定連 接，另一端通過滾軸與另一萬向節上部構件上端滑動連接，從而保證兩個萬向節可相對錯 動。所述U型鋼骨架與帶滑道鋼連接杆構成滑動連接，二者之間能夠左右滑動。橡膠膜鋪設 於由所述U型鋼骨架、萬向節對裝置組成的U型空間內，並與模型箱剛性部分相連接，並保 證密封。U型鋼骨架尺寸與模型箱剛性部分橫截面尺寸一致。所述模型箱剛性部分依據單 個振動臺臺面尺寸及載重設計，要求相鄰剛性分段相對面敞口，以保證上覆土層的連續性。所述可轉動萬向節的弧形底座與上部構件的接觸表面呈弧形，所述可轉動萬向節 的上部構件的截面呈倒「凸」字型，且上部構件的底部也為弧形，所述弧形底座與上部構件 的接觸表面的弧度比上部構件的底部弧度大。所述帶滑道鋼連接杆中的滑道為通長滑道，其外表面設置有凹槽，U型鋼骨架的四 個角端焊接有連接構件，該連接構件內表面設置有能夠與該凹槽相配合的滾軸，滾軸能夠 沿著凹槽滾動，保證U型鋼骨架能夠沿帶滑道鋼連接杆滑動。所述萬向節對裝置為四個，分別布置在模型箱剛性部分的四個角端的上/下面。採用本裝置進行試驗，其方法如下
1)將試驗土層放置於剛性部分的箱體內；2)將模型箱剛性分段放置於相應的振動臺檯面上；3)試驗時將試驗土體放置於此試驗箱內，並將結構模型埋置其中，按需要布置相 應的傳感器；4)對模擬斷層錯動的兩相鄰振動臺施加不同的激勵，以模擬地震發生；5)考慮地震動在介質中傳播的行波效應，按相似律對其他振動臺施加相應的不同 速度激勵，從而考慮地震動的傳播；6)通過傳感器記錄土體與結構的動力響應，完成試驗。本發明的有益效果是，保證振動臺上模型箱的剛性分段的相對水平轉動和豎向運 動，從而模擬斷層(走滑斷層、正斷層、逆斷層)錯動；同時，又能保證上覆土層的連續性。 通過對其中兩臺面施加不同激勵模擬斷層錯動，然後考慮地震波傳播的行波效應，按相似 律通過對其他臺面施加不同速度激勵模擬地震發生全過程，進而研究土與結構動力相互作用。
圖1是本發明模型箱試驗裝置整體構造示意圖；圖2是局部連接部分剖面圖；圖3是萬向節對裝置剖面圖；圖4是圖3中左端萬向節剖面圖；圖5是圖3中右端萬向節剖面圖；圖6是滾軸示意圖；圖7是軸承示意圖；圖8是帶滑道連接鋼杆的橫截面示意圖；圖9是連接U型鋼骨架與帶滑道鋼杆的連接構件剖面示意圖；圖中1-模型箱剛性段，2-模型箱柔性段，3-萬向節對，4-可轉動萬向節，5-帶滑 道鋼連接杆，6-弧形底座，7-上部構件，8-軸承，9-銷釘，10-滾軸。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明如圖1 圖9所示，本發明中的模擬地震發生及傳播土結相互作用的模型試驗裝 置，利用軟連接試驗模型箱結合多臺陣振動臺系統實現，試驗中考慮地震動傳播介質及模 型相似律。軟連接試驗模型箱為盛土及結構容器，由剛性部分和柔性部分兩部分相間組成。 如圖1、圖2所示，剛性部分為由剛性材料製成的箱體，相鄰剛性部分的相對面均敞口。如 圖3所示，柔性部分由萬向節對裝置3、U型鋼骨架和橡膠膜構成。萬向節對裝置的結構如 圖3所示，包括兩個可轉動萬向節4和連接在兩個可轉動萬向節之間的帶滑道鋼連接杆5。 萬向節對裝置通過帶滑道鋼連接杆5分別與兩個可轉動萬向節4相連。可轉動萬向節4的 結構如圖4、圖5所示，由弧形底座6和上部構件7構成，弧形底座6和上部構件7之間通 過上、下兩道軸承8連為整體，以保證萬向節4豎直並能水平轉動。帶滑道鋼連接杆5 —端 通過銷釘9與一萬向節上部構件7上端固定連接，帶滑道鋼連接杆5另一端通過滑軸10與另一萬向節上部構件7上端滑動連接，從而保證兩個萬向節4可相對錯動。其中，萬向節上 部構件截面呈倒「凸」字型，且萬向節上部構件底面也為弧形，弧形底座的弧度比上部構件 的底面弧度大，弧形底座與模型箱剛性段連為整體。U型鋼骨架通過滑動連接構件與帶滑 道鋼連接杆相連，如圖8、圖9所示，帶滑道鋼連接杆的外表面設置有凹槽，U型鋼骨架的四 個角端與連接構件焊接，該連接構件內表面設置有能夠與該凹槽相配合的滾軸，滾軸能夠 沿著凹槽滾動，保證U型鋼骨架能夠沿帶滑道鋼連接杆滑動。橡膠膜鋪設於所述U型鋼骨 架、萬向節對裝置組成的U型空間內，並與模型箱剛性分段連接。U型鋼骨架尺寸與模型箱 剛性分段橫截面尺寸一致。帶滑道鋼連接杆中的滑道為通長滑道，萬向節對裝置為四個，分 別布置在模型箱剛性部分的四個角端的上/下面。應用本裝置進行試驗時，地震發生通過兩個相鄰振動臺臺面及其上的模型箱剛性 段的錯動實現，具體試驗方法如下1)將試驗土層放置於剛性部分的箱體內；2)將所述分段軟連接模型箱試驗裝置放置於相應的振動臺檯面上，模型箱剛性部 分與振動臺臺面對應。3)試驗時將模型土體放置於此試驗箱內，並將結構模型埋置其中，按需要布置相 應的傳感器。4)對模擬斷層錯動的兩相鄰振動臺施加不同的激勵，以模擬地震發生。5)考慮地震波在介質中傳播的行波效應，按相似律對其他振動臺施加相應的不同 速度激勵，從而考慮地震動的傳播。6)通過傳感器記錄土體與結構的動力響應，完成試驗。以上是本發明的一個典型實施例，本發明的實施不限於此。
權利要求
一種模擬地震發生及傳播土結相互作用的試驗裝置，其特徵在於該裝置為一分段柔性連接模型箱，由剛性部分和柔性部分相間組成；所述剛性部分為由剛性材料製成的箱體，相鄰剛性部分的相對面均敞口；所述柔性部分由萬向節對裝置、U型鋼骨架和橡膠膜構成；所述萬向節對裝置包括兩個可轉動萬向節和連接在兩個可轉動萬向節之間的帶滑道鋼連接杆，所述可轉動萬向節由弧形底座和上部構件構成，弧形底座和上部構件之間通過上、下兩道軸承連為整體，以保證萬向節豎直並能水平轉動；所述兩個可轉動萬向節的弧形底座分別固定於模型箱的兩相鄰剛性部分上，帶滑道鋼連接杆一端與一萬向節上部構件上端固定連接，另一端通過滾軸與另一萬向節上部構件上端滑動連接；所述U型鋼骨架與帶滑道鋼連接杆構成滑動連接，二者之間能夠左右滑動；橡膠膜鋪設於由所述U型鋼骨架、萬向節對裝置組成的U型空間內，並與模型箱剛性部分相連接，所述U型鋼骨架尺寸與模型箱剛性部分橫截面尺寸一致。
2.根據權利要求1所述的一種模擬地震發生及傳播土結相互作用的試驗裝置，其特徵 在於所述可轉動萬向節的弧形底座與上部構件的接觸表面呈弧形，所述可轉動萬向節的 上部構件的截面呈倒「凸」字型，且上部構件的底面也為弧形，所述弧形底座與上部構件的 接觸表面的弧度比上部構件的底面弧度大。
3.根據權利要求1所述的一種模擬地震發生及傳播土結相互作用的試驗裝置，其特徵 在於所述的帶滑道鋼連接杆的外表面設置有凹槽，U型鋼骨架的四個角端焊接有連接構 件，該連接構件內表面設置有能夠與該凹槽相匹配的滾軸，滾軸能夠沿著凹槽滾動，保證U 型鋼骨架能夠沿帶滑道鋼連接杆滑動。
4.根據權利要求1所述的一種模擬地震發生及傳播土結相互作用的試驗裝置，其特徵 在於所述萬向節對裝置為四個，分別布置在模型箱剛性部分的四個角端的上下面。
全文摘要
本發明是地震工程研究中的一種模擬地震發生及傳播土結相互作用的試驗裝置。該裝置由剛性部分和柔性部分相間組成。柔性部分由萬向節對裝置、U型鋼骨架和橡膠膜構成。帶滑道鋼連接杆一端與一萬向節上部構件上端固定連接，另一端通過滾軸與另一萬向節上部構件上端連接。U型鋼骨架通過可滑動連接構件與帶滑道鋼連接杆相連。橡膠膜鋪設於U型鋼骨架、萬向節對裝置組成的U型空間內，並與模型箱剛性分段連接。本發明結合多臺陣振動臺系統，通過對模擬斷層錯動的兩相鄰振動臺施加不同的激勵，以模擬地震發生。按相似律對其他振動臺施加相應的不同速度激勵，從而考慮地震動在介質中的傳播，進而研究土與結構動力相互作用。
文檔編號G01V1/28GK101957453SQ20101025999
公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月23日 優先權日2010年8月23日
發明者張盛夏, 李立雲, 杜修力, 黃增斌 申請人:北京工業大學