地下結構振動臺試驗中有效模擬人工質量的裝置及方法

2023-05-02 04:40:46 1

專利名稱：地下結構振動臺試驗中有效模擬人工質量的裝置及方法
技術領域：
本發明屬於土木工程技術領域，地下結構振動臺試驗中有效模擬人工質量的方法及裝置。
背景技術：
近年來城市化進程的加快，使得地下結構越來越多，比如地鐵車站、隧道，地下結構的抗震性能研究也引起了廣泛的關注。目前通常採用模型試驗進行研究，模型試驗中，首先以地下結構為對象製作模型結構，然後把模型結構置於土方中一起放到模型箱裡，模型箱與振動臺臺面相連，並通過振動臺臺面傳遞信號模擬模型試驗。然而模型試驗中重力加速度無法改變，忽略重力加速度將在某種程度上給實驗結果帶來誤差，此外忽略非結構構件荷載將會導致模型自振周期的降低，結構剪力和豎向壓應力減少，結果誤差較大。而目前試驗中由於結構模型體積較小，以及振動臺承載力有限，使得附加配重比較困難。因此，需要一種有效方法來解決在有限條件下施加人工質量(即配重)的問題。

發明內容
為了在模型試驗中建立人工質量相似關係，本發明主要通過給鋼絞線施加預應力來實現振動臺試驗中模擬人工質量。該發明在已有模型箱系統的基礎上，增加了張拉端鎖具、預應力鋼絞線、固定端鎖具及蓋板。該發明的主要理論依據是預應力原理；該發明主要的計算是利用第二相似理論計算出完全人工質量模型條件下的配重，再通過預應力鋼絞線張拉理論伸長量計算公式將要施加的預應力轉化為鋼絞線張拉理論伸長量。主要實施方法是通過千斤頂張拉鋼絞線，使鋼絞線伸長理論伸長量，通過鋼絞線、蓋板及模型箱底板把預應力傳給土體，以達到模擬人工質量(即配重)的目的，技術方案如下地下結構振動臺試驗中有效模擬人工質量的裝置，包括模型箱(5)，其特徵在於還設置了張拉端鎖具(I)、預應力鋼絞線(2)、固定端鎖具(3)、以及蓋板(4);預應力鋼絞線
(2)依次垂直貫穿模型箱(5)和蓋板(4)，預應力鋼絞線(2)的一端通過固定端鎖具(3)固定於模型箱底部，另一端通過張拉端鎖具(I)固定於蓋板(4)。地下結構振動臺試驗中有效模擬人工質量的方法，其特徵在於將土方及模型結構置於模型箱內，預應力鋼絞線(2)垂直貫穿模型箱(5)底板、土方以及蓋板(4)，預應力鋼絞線(2)—端通過固定端鎖具(3)固定在模型箱(5)底部，張拉預應力鋼絞線(2)直到達到預應力鋼絞線張拉理論伸長量，此時通過張拉端鎖具(I)將張拉預應力鋼絞線(2)固定於蓋板(4)上。所述的預應力鋼絞線張拉理論伸長量A L的計算公式如下AL = (Pp*L)/ (Ap*Ep)其中L表示預應力鋼絞線的計算長度，Ap表示預應力鋼絞線的有效截面面積，Ep表示預應力鋼絞線的彈性模量，
Pp表示預應力鋼絞線的平均張拉力(即計算配重)，計算公式如下pp = mmr*g,其中m 表示要施加的人工質量，g表示重力加速度；
權利要求
1.地下結構振動臺試驗中有效模擬人工質量的裝置，包括模型箱(5)，其特徵在於還設置了張拉端鎖具(I)、預應力鋼絞線(2)、固定端鎖具(3)、以及蓋板(4);預應力鋼絞線(2)依次垂直貫穿模型箱(5)和蓋板(4)，預應力鋼絞線(2)的一端通過固定端鎖具(3)固定於模型箱底部，另一端通過張拉端鎖具(I)固定於蓋板(4)。
2.地下結構振動臺試驗中有效模擬人工質量的方法，其特徵在於將土方及模型結構置於模型箱內，預應力鋼絞線(2)垂直貫穿模型箱(5)底板、土方以及蓋板(4)，預應力鋼絞線(2)—端通過固定端鎖具(3)固定在模型箱(5)底部，張拉預應力鋼絞線(2)直到達到預應力鋼絞線張拉理論伸長量，此時通過張拉端鎖具(I)將張拉預應力鋼絞線(2)固定於蓋板(4)上。
3.根據權利要求2所述的地下結構振動臺試驗中有效模擬人工質量的方法，其特徵在於所述的預應力鋼絞線張拉理論伸長量AL的計算公式如下 AL=(Pp*L)/ (Ap*Ep) 其中L表示預應力鋼絞線的計算長度， Ap表示預應力鋼絞線的有效截面面積， Ep表示預應力鋼絞線的彈性模量， Pp表示預應力鋼絞線的平均張拉力，計算公式如下 Pp = mmr*g， 其中表示要施加的人工質量，g表示重力加速度；
4.根據權利要求2所述的地下結構振動臺試驗中有效模擬人工質量的方法，其特徵在於所述的預應力鋼絞線(2)與模型結構不接觸。
全文摘要
本發明屬於土木工程技術領域，涉及地下結構振動臺試驗中有效模擬人工質量的方法及裝置。具體技術方案為本裝置包括模型箱(5)，張拉端鎖具(1)、預應力鋼絞線(2)、固定端鎖具(3)、以及蓋板(4)；將土方及模型結構置於模型箱內，預應力鋼絞線(2)垂直貫穿模型箱(5)底板、土方以及蓋板(4)，預應力鋼絞線(2)一端通過固定端鎖具(3)固定在模型箱(5)底部，張拉預應力鋼絞線(2)直到達到預應力鋼絞線張拉理論伸長量，此時通過張拉端鎖具(1)將張拉預應力鋼絞線(2)固定於蓋板(4)上。本發明針對模型箱尺寸較小，振動臺承載力有限等條件下無法施加人工質量(配重)的缺陷，實現了模擬人工質量(配重)。
文檔編號G01M7/02GK103063385SQ20121056345
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者陶連金, 李積棟, 李文博, 黃 俊, 孟濤, 劉璐, 董洪昌, 安軍海 申請人:北京工業大學