一种适用于地震多点输入的模拟地基人工边界的试验系统技术方案

本发明专利技术提供一种适用于地震多点输入的模拟地基人工边界的试验系统，包括：包括施力装置、基础结构、导力装置、电流变液、刚度控制装置、阻尼控制装置、正、负极板、防渗篷布和用来连接施力装置和刚度控制装置的连接构件,基础结构包括基座、台面和支撑柱；导力装置置于台面上,施力装置置于基础结构的基座上；导力装置包括导力器、接触筒、水平导力板和竖直导力板；刚度控制装置为筒状结构，包括刚度控制器、片状环向弹簧和碟形弹簧；防渗蓬布闭合式的固接在导力装置下部和刚度控制器内部；所述的施力装置包括三个不同方向的施力器；连接构件上部与调节器固定连接。本发明专利技术能够同时调节弹簧的多向刚度，可以应用在多点地震动试验进行人工边界的模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于地震多点输入的模拟地基人工边界的试验系统
本专利技术涉及结构地震模拟装置，尤其是指基于粘弹性人工边界理论的适用于多点地震动试验的模拟。
技术介绍
近几十年来，随着工程技术的发展，越来越多的大跨度结构建筑物被兴建。这类建筑结构物往往承担着重要的经济、文化和社会功能等，因此当地震灾害发生时，保证此类结构的安全和稳定性具有重要的意义。2008年汶川地震，绵阳九州体育馆内就安置了数万名受灾群众，这更让工程人员认识到大跨结构的抗震设计的重要意义。对于大跨结构的地震反应分析，需要顾及地震传播过程中的行波效应、相干效应和局部场地效应等，所以必须考虑地震动的时间和空间变化，于是大跨结构是多维多点的地震动激励，而现有的结构地震模拟装置主要以振动台为主，是一种综合性的高技术产品，价格昂贵，并且大多数是针对地震动的多维一致激励，无法满足当下大跨结构的地震动试验模拟对于时间和空间差异性的需求。具体的，粘弹性人工边界理论，将地震动的输入转化为作用在人工边界上的等效荷载来实现波动输入，有效地吸收地基有限域向无限域辐射的地震波，并能够很好的模拟人工边界外半无限地基的弹性恢复性能，基于此，现有的地震模拟装置无法进行人工边界的模拟，并且无法同时进行多点地震动试验的模拟。因此对于制作一种能够模拟地基人工边界，并能够进行多点地震动试验，同时制造成本低、结构简单的装置有较大意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于地震多点输入的模拟地基人工边界的试验装置，该装置能够模拟地基边界并实现刚度阻尼可调功能，同时实现在人工边界上输入等效荷载。本专利技术采取以下技术方案：一种适用于地震多点输入的模拟地基人工边界的试验系统，包括：包括施力装置、基础结构、导力装置、电流变液、刚度控制装置、阻尼控制装置、正、负极板、防渗篷布和用来连接施力装置和刚度控制装置的连接构件,其特征在于，所述基础结构包括基座、台面和支撑柱；所述台面通过所述支撑柱固定在所述基座上方；并且所述台面设有能容纳刚度控制装置下部穿出的圆形开孔，导力装置置于台面上,施力装置置于基础结构的基座上；所述导力装置为下部开口的筒状结构，包括导力器、接触筒、水平导力板和竖直导力板；导力器包括导力器盖、导力器外壁和固定于其内的下面开口的导力器内壁，所述水平导力板和所述竖直导力板都固接于导力器外壁；所述接触筒置于导力器内壁里；所述的刚度控制装置为筒状结构，置于接触筒内，包括刚度控制器、片状环向弹簧和碟形弹簧；刚度控制器为筒状结构，包括位于中部的控制轴、顶部、侧壁以及位于下部并与控制轴固定连接的调节器，在刚度控制器顶部开设有出口，在侧壁上也开设有狭长的出口，所述片状环向弹簧和所述碟形弹簧一端置于所述刚度控制器内，分别连接到控制轴的侧向及上部，另一端分别由所述刚度控制器的侧壁以及顶部开设的出口穿出，环绕所述刚度控制器的侧壁及置于所述刚度控制器顶上；所述片状环向弹簧的外端部固接在所述接触筒内壁；碟形弹簧的底部固定连接有圆盘；通过旋转所述刚度控制器底部的调节器，将部分所述片状环向弹簧和部分所述碟形弹簧旋入并压缩于所述刚度控制器内，在控制轴的下部设置有防渗轴承；所述防渗蓬布闭合式的固接在所述导力装置下部和刚度控制器内部，防渗蓬布与防渗轴承的外周边密封连接，并与导力器内壁的内周边密封连接，电流变液位于由导力器内壁和防渗蓬布围成的腔体内；所述的刚度控制装置位于防渗轴承上部部分置于所述导力装置内，并沉浸在电流变液中，位于防渗轴承下部部分由所述导力装置下部开口穿出；在所述导力器内壁的两侧各留有一块容置空间，用于容纳正、负极板；阻尼控制装置，用于调节加载在正、负极板上的电压的大小；所述的施力装置包括X向施力器、Y向施力器、Z向施力器、第一活动平台和第二活动平台，第一活动平台置于所述第二活动平台上，第二活动平台置于基础结构基座上；所述Z向施力器固定在所述第一活动平台上，其施力杆与连接构件的下部固定连接；所述X向施力器固定在所述第二活动平台上，其施力杆水平固定在所述第一活动平台的侧向板上，用于向第一活动平台施加X向的力；所述Y向施力器固定在所述基座上，其施力杆水平固定在所述第二活动平台的侧向板上，用于向第二活动平台施加Y向的力；所述X向施力器的施力杆和Y向施力器的施力杆呈直角关系；所述的连接构件上部与调节器固定连接。优选地，所述水平导力板沿所述导力器纵向分布，水平嵌套并固接在所述导力器外壁；所述竖直导力板沿所述导力器外壁呈十字分布，竖向嵌合并固接在所述水平导力板层间。所述的导力器外壁截面是圆形，导力器内壁截面是正方形。三个方向的施力器的结构相同，每个施力器包括施力杆和通过轴承连接到施力杆的套筒，在套筒上固定有定位轴，通过对定位轴的定位改变施力杆的方位，Z向施力器的施力杆为竖直方向，X向施力器和Y向施力器施力杆为水平方向。所述的连接构件包括开设有操作口并置于第一活动平台上的筒形壳体，连接构件的侧向设有两块突出部，所述两块突出部各布置有与所述筒形壳体内壁相接触的滚轮。本专利技术具有的优点和积极效果是：一)通过控制刚度控制装置底部的调节器，将部分片状环向弹簧和碟形弹簧旋入并压缩于片状刚度控制器和碟形刚度控制器内，以此改变外部弹簧的长度，实现多向的刚度可调功能。二)通过调节调压器，改变电场强度同时改变电流变液的粘性，由此实现多向阻尼系数可控的功能。三)本专利技术装置设计能够同时调节多向刚度和阻尼，并实现在节点处施加多向等效荷载，可以直接进行多点地震动试验。四)本专利技术装置设计形式简单，制作成本较低，可便于大量制造进行试验。附图说明图1为本专利技术装置正视图。图2为本专利技术装置左视图。图3为基础结构和施力装置的俯视图。图4为台面上部结构正视图。图5为台面上部结构俯视图。图6为Z向施力器三维示意图。图7为台面上部结构分解三维示意图。图中：1、导力装置；101、导力器盖；102、接触筒；103、导力器；1031、导力器内壁；1032、导力器外壁；104、竖直导力板；105、水平导力板；106、容置空间；2、电流变液；3、刚度控制装置；301、碟形弹簧；302、片状环向弹簧；303、刚度控制器；303a、环向刚度控制器；303b、纵向刚度控制器；303c、圆盘；304、防渗轴承；305、调节器；306、控制器合封盖；307、控制轴；4、阻尼控制装置；401、整流器；402、电源；403、调压器；404、导线；5、正、负极板；6、防渗蓬布；7、施力装置；701、X向施力器；702、Y向施力器；703、Z向施力器；704、第一活动平台；705、第二活动平台；706、连接构件；7a、操作口；7b、滚轮；7c、脚轮；7d、侧向板；7e、施力杆；7f、定位轴；8、基础结构；801、基座；802、支撑柱；803、台面；具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图。本专利技术的适用于地震多点输入的模拟地基人工边界的试验装置由以下部分组成：导力装置1、电流变液2、刚度控制装置3、阻尼控制装置4、正、负极板5、防渗蓬布6、施力装置7和基础结构8。各结构详细说明如下：所述导力装置1整体为筒状结构包括导力器103、接触筒102、水平导力板105和竖直导力板104；导力器103包括导力器盖101、圆筒形的导力器外壁1032和固定于其内的下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于地震多点输入的模拟地基人工边界的试验系统，包括：包括施力装置、基础结构、导力装置、电流变液、刚度控制装置、阻尼控制装置、正、负极板、防渗篷布和用来连接施力装置和刚度控制装置的连接构件,其特征在于，所述基础结构包括基座、台面和支撑柱；所述台面通过所述支撑柱固定在所述基座上方；并且所述台面设有能容纳刚度控制装置下部穿出的圆形开孔，导力装置置于台面上,施力装置置于基础结构的基座上；所述导力装置为下部开口的筒状结构，包括导力器、接触筒、水平导力板和竖直导力板；导力器包括导力器盖、导力器外壁和固定于其内的下面开口的导力器内壁，所述水平导力板和所述竖直导力板都固接于导力器外壁；所述接触筒置于导力器内壁里；所述的刚度控制装置为筒状结构，置于接触筒内，包括刚度控制器、片状环向弹簧和碟形弹簧；刚度控制器为筒状结构，包括位于中部的控制轴、顶部、侧壁以及位于下部并与控制轴固定连接的调节器，在刚度控制器顶部开设有出口，在侧壁上也开设有狭长的出口，所述片状环向弹簧和所述碟形弹簧一端置于所述刚度控制器内，分别连接到控制轴的侧向及上部，另一端分别由所述刚度控制器的侧壁以及顶部开设的出口穿出，环绕所述刚度控制器的侧壁及置于所述刚度控制器顶上；所述片状环向弹簧的外端部固接在所述接触筒内壁；碟形弹簧的底部固定连接有圆盘；通过旋转所述刚度控制器底部的调节器，将部分所述片状环向弹簧和部分所述碟形弹簧旋入并压缩于所述刚度控制器内，在控制轴的下部设置有防渗轴承；所述防渗蓬布闭合式的固接在所述导力装置下部和刚度控制器内部，防渗蓬布与防渗轴承的外周边密封连接，并与导力器内壁的内周边密封连接，电流变液位于由导力器内壁和防渗蓬布围成的腔体内；所述的刚度控制装置位于防渗轴承上部部分置于所述导力装置内，并沉浸在电流变液中，位于防渗轴承下部部分由所述导力装置下部开口穿出；在所述导力器内壁的两侧各留有一块容置空间，用于容纳正、负极板；阻尼控制装置，用于调节加载在正、负极板上的电压的大小；所述的施力装置包括X向施力器、Y向施力器、Z向施力器、第一活动平台和第二活动平台，第一活动平台置于所述第二活动平台上，第二活动平台置于基础结构基座上；所述Z向施力器固定在所述第一活动平台上，其施力杆与连接构件的下部固定连接；所述X向施力器固定在所述第二活动平台上，其施力杆水平固定在所述第一活动平台的侧向板上，用于向第一活动平台施加X向的力；所述Y向施力器固定在所述基座上，其施力杆水平固定在所述第二活动平台的侧向板上，用于向第二活动平台施加Y向的力；所述X向施力器的施力杆和Y向施力器的施力杆呈直角关系；所述的连接构件上部与调节器固定连接。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于地震多点输入的模拟地基人工边界的试验系统，包括：包括施力装置、基础结构、导力装置、电流变液、刚度控制装置、阻尼控制装置、正、负极板、防渗篷布和用来连接施力装置和刚度控制装置的连接构件,其特征在于，所述基础结构包括基座、台面和支撑柱；所述台面通过所述支撑柱固定在所述基座上方；并且所述台面设有能容纳刚度控制装置下部穿出的圆形开孔，导力装置置于台面上,施力装置置于基础结构的基座上；所述导力装置为下部开口的筒状结构，包括导力器、接触筒、水平导力板和竖直导力板；导力器包括导力器盖、导力器外壁和固定于其内的下面开口的导力器内壁，所述水平导力板和所述竖直导力板都固接于导力器外壁；所述接触筒置于导力器内壁里；所述的刚度控制装置为筒状结构，置于接触筒内，包括刚度控制器、片状环向弹簧和碟形弹簧；刚度控制器为筒状结构，包括位于中部的控制轴、顶部、侧壁以及位于下部并与控制轴固定连接的调节器，在刚度控制器顶部开设有出口，在侧壁上也开设有狭长的出口，所述片状环向弹簧和所述碟形弹簧一端置于所述刚度控制器内，分别连接到控制轴的侧向及上部，另一端分别由所述刚度控制器的侧壁以及顶部开设的出口穿出，环绕所述刚度控制器的侧壁及置于所述刚度控制器顶上；所述片状环向弹簧的外端部固接在所述接触筒内壁；碟形弹簧的底部固定连接有圆盘；通过旋转所述刚度控制器底部的调节器，将部分所述片状环向弹簧和部分所述碟形弹簧旋入并压缩于所述刚度控制器内，在控制轴的下部设置有防渗轴承；所述防渗蓬布闭合式的固接在所述导力装置下部和刚度控制器内部，防渗蓬布与防渗轴承的外周边密封连接，并与导力器内壁的内周边密封连接，电流变液位于由导力器内壁和防渗蓬布围成的腔体内；所述的刚度控制装置位于防渗轴承上部部分置于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳国环，黄伟纬，高云起，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12