克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置及工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置及其工作方法，包括振动台以及驱动振动台工作的作动器，振动台上方设置有底座，底座上方设置有缩尺模型，缩尺模型上方设置有锚板，锚板与底座之间连接有预应力钢绞线；振动台旁侧设置有刚性底盘，所述刚性底盘上方设置有支撑架，支撑架上端设置有与支撑架连接在一起的配重箱，支撑架下端设置有球形件，所述刚性底盘上表面开设有与球形件配合的球形槽；所述配重箱与缩尺模型之间连接有水平连接架。本发明专利技术可满足振动台试验中缩尺模型的初应力相等与动力相似要求，拓宽缩尺模型设计和振动台试验的适用范围，克服重力失真效应，提高试验结果的准确性，能够为原型结构的抗震设计提供有效参考。

Shaking table expansion device and working method to overcome gravity distortion effect of scale model

The invention relates to a shaking table expansion device and its working method to overcome the gravity distortion effect of a scale model, including a shaking table and an actuator driving the shaking table. A base is arranged above the shaking table, a scale model is arranged above the base, an anchor plate is arranged above the scale model, and a pre-stressed steel strand is connected between the anchor plate and the base. A support frame is arranged above the rigid chassis, a weight box connected with the support frame is arranged at the upper end of the support frame, a spherical part is arranged at the lower end of the support frame, and a spherical groove matched with the spherical part is arranged on the upper surface of the rigid chassis, and a horizontal connection frame is connected between the weight box and the scale model. The invention can satisfy the requirement of equal initial stress and dynamic similarity of scale model in shaking table test, widen the scope of application of scale model design and shaking table test, overcome gravity distortion effect, improve the accuracy of test results, and provide effective reference for seismic design of prototype structure.

【技术实现步骤摘要】
克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置及工作方法
本专利技术涉及一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置及其工作方法，属于工程结构动力试验研究领域。
技术介绍
在众多自然灾害中，地震是一种破坏性最大、预防难度最高、分布范围最广的严重危及人民生命财产的突发式灾害之一。它不仅造成大量人员伤亡，而且还带来建筑物的毁坏、电力交通中断以及水、火、疾病等次生灾害，给人类社会的稳定和发展造成不可估量的损失。地震对结构物的作用，实质上就是结构承受多次反复的水平或竖向荷载作用。地震作用下结构的响应及可能遭受的破坏非常复杂，一般难以用纯理论的分析方法来解决。随着科学技术与经济建设的飞速发展，各种新型结构、新型材料不断涌现及应用，要求进行地震模拟试验的项目越来越多，为了满足科研技术发展的需求，国内外高校和科研院所等机构均开始建造地震模拟振动台。地震模拟振动台作为抗震研究领域中的重要试验设备之一，它可以很好地再现地震过程和进行人工地震波的试验，广泛应用于结构动力特性、设备抗震性能、结构抗震措施检验以及结构地震反应和破坏机理等众多方向的研究。经过60多年的研究和实践，振动台试验技术已被普遍采纳和接受，其研究成果推动了工程实践的进步，产生了良好的社会和经济效益。然而，地震模拟振动台试验也有其局限性，其中最主要的就是由于振动台设备的能力限制，一般只能进行缩尺模型试验，要求试验满足动力相似性条件，而在实际试验中很难让所有的模型参数都同时满足相似性条件，通常都采取一些近似和简化，根据试验的主要目的只考虑主要参数的相似性。实际上即使相似条件可以完全满足，也很难根据模型试验的结果确定原型结构真实的非线性动力反应特性，尤其是一些对于模型比例尺寸非常敏感的问题，如钢结构中的连接部件，钢筋混凝土结构中钢筋的绑扎和焊接等。尽管研制超大规模振动台或振动台台阵系统用以进行大型结构的足尺模型试验是目前振动台的主要发展趋势之一，但由于大型振动台投资较大、维护费用和试验费用均较昂贵、建造周期较长等因素，目前绝大多数振动台限于尺寸和台面承载吨位的限制，仍以开展缩尺模型试验为主。在已开展的大多数地震模拟振动台试验中，大比例缩尺模型仅能研究结构在弹性范围内的基本性能，无法研究结构在材料进入非线性阶段后的地震响应特性，结构进入非线性后得到的试验结果无法反推到原型中，不利于结构抗震性能的深入研究。在地震模拟振动台高速发展和建设的大背景下，如何使用好已有振动台设备并进行自主研发已经成为热点问题，其中如何减小乃至避免重力失真的影响更是当前开展振动台试验研究亟需解决的关键科学问题之一。为避免缩尺模型重力失真效应的影响，即应保证加速度相似比Sa=1，在质量减少、加速度不放大的前提下设计模型，从而使模型与原型的破坏状态一致。目前一般是通过附加非结构功能的人工质量来调整模型材料的质量密度，用高密度材料来增加模型材料的密度；有学者提出一种将结构构件的三维方向取不同缩尺比的方法来消除重力失真效应的影响；也有学者把振动台装在离心机上通过增加模型重力加速度来调节材料相似的要求。然而，上述方法要么改变了原型结构的材料，无法准确反映材料进入非线性后的性质，造成振动台试验结果失真；要么使构件与整体结构的缩尺比存在差异，导致地震作用下从构件到结构之间的损伤演化机理发生改变；要么使用的范围较窄，仍处于研发和探索阶段，如近几年在岩土动力学中经常使用的振动离心机，其容量往往较小难以满足工程中真实地震对土工结构破坏情况的模拟，另外这种振动离心机一般只能配备水平单向振动台，即使配备了垂直+水平2D振动台，其研制花费巨大，且仍存在一些问题。综上所述，地震模拟振动台是研究结构抗震性能最直接有效的方法之一，但由于大型或特大型振动台投资较大、维护费用和试验费用均较昂贵、建造周期较长等因素，目前绝大多数振动台限于尺寸和台面承载吨位的限制，仍以开展缩尺模型试验为主。而为使缩尺模型的竖向压应力与原型结构相同往往需要足够多的理论配重，其与有限的振动台承载能力之间的矛盾导致缩尺模型振动台试验出现重力失真效应，影响了试验结果的准确性，无法为原型结构的抗震设计提供有效参考。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置及其工作方法，可满足缩尺模型的初应力相等与动力相似要求，提高试验结果的准确性。本专利技术采用以下方案实现：一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，包括振动台以及驱动振动台工作的作动器，振动台上方设置有与振动台连接在一起的底座，底座上方设置有缩尺模型，缩尺模型上方设置有锚板，锚板与底座之间连接有预应力钢绞线；振动台旁侧设置有与振动台留出一定间距的刚性底盘，所述刚性底盘上方设置有支撑架，支撑架上端设置有与支撑架连接在一起的配重箱，支撑架下端设置有球形件，所述刚性底盘上表面开设有与球形件配合的球形槽；所述配重箱内布设有用以放入金属砝码的凹槽，所述配重箱与缩尺模型之间连接有水平连接架。进一步的，所述配重箱的外围设置有防护架，所述防护架包括多个分布在配重箱周围的刚性立柱，相邻两根刚性立柱上端通过刚性横梁连接；所述刚性立柱朝向配重箱一侧设置有竖向滑轨，竖向滑轨上设置有用以托着配重箱并可沿竖向轨道上下滑动的液压承托组件。进一步的，所述液压承托组件包括安装于竖向滑轨上的滑座，所述刚性立柱上可拆卸连接有位于滑座下方并支撑着滑座的固定连接件，滑座的上端固连有水平设置的固定托板，固定托板朝向配重箱一端铰接有可上下摆动的活动托板，活动托板与一液压千斤顶的驱动端相铰接，液压千斤顶的底部铰接于滑座下端以使液压千斤顶伸长时推动活动托板上摆以托着配重箱。进一步的，所述配重箱内的凹槽沿方阵排列，同一列的凹槽内的金属砝码由穿过配重箱和该列凹槽的螺杆串联在一起，螺杆两端穿出配重箱侧壁后由螺母锁紧，所述配重箱上沿其高度方向分布有多层用以穿设螺杆的穿孔，每层穿孔数量与配重箱内凹槽的列数相一致。进一步的，所述支撑架下端设置有倒锥形部，所述球形体安装于倒锥形部的下端尖部上，所述支撑架包括多根型钢立柱，所有型钢立柱的下端部斜向中间弯折以形成倒锥形部，型钢立柱的下端与球形体固连在一起，所述配重箱上开设有供四根型钢立柱向上穿过的孔洞，所述配重箱底部设置有与型钢立柱连接在一起的支撑连接件；相邻的两根型钢立柱之间通过型钢连接件连接在一起，所述型钢立柱上每隔一段距离设置节点耳板，所述型钢连接件的两端开设有以利螺栓穿过的螺孔，型钢连接件通过螺栓与节点耳板相连接。进一步的，所述配重箱朝向缩尺模型一侧设置有与水平连接架一端相连接的质量端连接件，所述缩尺模型上设置有与水平连接架另一端相连接的模型端连接件；所述模型端连接件包括套在缩尺模型外围的抱箍，位于抱箍内侧设置有橡胶圈，所述抱箍由两个半箍体连接而成，朝向水平连接架一侧的半箍体与水平连接架焊接在一起，两个半箍体的两端设置有连接在一起的箍耳。进一步的，所述水平连接架由多段水平连接架组成，相邻的两段水平连接架之间通过法兰盘连接，每段水平连接架均包括多根型钢横梁，所述法兰盘安装于型钢横梁的端部；同一段水平连接架上的相邻两根型钢横梁之间通过型钢连接件连接在一起，所述型钢横梁上每隔一段距离设置节点耳板，所述型钢连接件的两端开设有以利螺栓穿过的螺孔，型钢连接件通过螺栓与节点耳板相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：包括振动台以及驱动振动台工作的作动器，振动台上方设置有与振动台连接在一起的底座，底座上方设置有缩尺模型，缩尺模型上方设置有锚板，锚板与底座之间连接有预应力钢绞线；振动台旁侧设置有与振动台留出一定间距的刚性底盘，所述刚性底盘上方设置有支撑架，支撑架上端设置有与支撑架连接在一起的配重箱，支撑架下端设置有球形件，所述刚性底盘上表面开设有与球形件配合的球形槽；所述配重箱内布设有用以放入金属砝码的凹槽，所述配重箱与缩尺模型之间连接有水平连接架。

【技术特征摘要】
1.一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：包括振动台以及驱动振动台工作的作动器，振动台上方设置有与振动台连接在一起的底座，底座上方设置有缩尺模型，缩尺模型上方设置有锚板，锚板与底座之间连接有预应力钢绞线；振动台旁侧设置有与振动台留出一定间距的刚性底盘，所述刚性底盘上方设置有支撑架，支撑架上端设置有与支撑架连接在一起的配重箱，支撑架下端设置有球形件，所述刚性底盘上表面开设有与球形件配合的球形槽；所述配重箱内布设有用以放入金属砝码的凹槽，所述配重箱与缩尺模型之间连接有水平连接架。2.根据权利要求1所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述配重箱的外围设置有防护架，所述防护架包括多个分布在配重箱周围的刚性立柱，相邻两根刚性立柱上端通过刚性横梁连接；所述刚性立柱朝向配重箱一侧设置有竖向滑轨，竖向滑轨上设置有用以托着配重箱并可沿竖向轨道上下滑动的液压承托组件。3.根据权利要求2所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述液压承托组件包括安装于竖向滑轨上的滑座，所述刚性立柱上可拆卸连接有位于滑座下方并支撑着滑座的固定连接件，滑座的上端固连有水平设置的固定托板，固定托板朝向配重箱一端铰接有可上下摆动的活动托板，活动托板与一液压千斤顶的驱动端相铰接，液压千斤顶的底部铰接于滑座下端以使液压千斤顶伸长时推动活动托板上摆以托着配重箱。4.根据权利要求1所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述配重箱内的凹槽沿方阵排列，同一列的凹槽内的金属砝码由穿过配重箱和该列凹槽的螺杆串联在一起，螺杆两端穿出配重箱侧壁后由螺母锁紧，所述配重箱上沿其高度方向分布有多层用以穿设螺杆的穿孔，每层穿孔数量与配重箱内凹槽的列数相一致。5.根据权利要求1所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述支撑架下端设置有倒锥形部，所述球形体安装于倒锥形部的下端尖部上，所述支撑架包括多根型钢立柱，所有型钢立柱的下端部斜向中间弯折以形成倒锥形部，型钢立柱的下端与球形体固连在一起，所述配重箱上开设有供型钢立柱向上穿过的孔洞，所述配重箱底部设置有与型钢立柱连接在一起的支撑连接件；相邻的两根型钢立柱之间通过型钢连接件连接在一起，所述型钢立柱上每隔一段距离设置节点耳板，所述型钢连接件的两端开设有以利螺栓穿过的螺孔，型钢连接件通过螺栓与节点耳板相连接。6.根据权利要求1所述的克服缩尺模型重...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆雄，袁辉辉，程浩德，黄宛昆，王渠，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35