拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及塌落体触地冲击荷载特征获取的物理模型试验装置技术领域，具体涉及拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置及其实验方法，包括塌落体荷载模型、模型试验箱、加载实施装置和监控量测系统，所述模型试验箱包括试验箱，试验箱外侧设置有泡沫，试验箱内设置有“上硬下软”和“上软下硬”两种层状地面结构。本装置可以简单有效的模拟高层高耸结构爆破拆除塌落体触地冲击及其荷载特征的定量观测，解决了高层高耸结构爆破拆除过程中塌落体触地冲击荷载特征测试难、荷载特征理论研究缺乏实测数据与试验支撑等难题，为高层高耸结构的爆破拆除安全与保护对象的安全防护设计提供理论基础与试验支撑。论基础与试验支撑。论基础与试验支撑。

【技术实现步骤摘要】
拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置及其实验方法


[0001]本专利技术涉及塌落体触地冲击荷载特征获取的物理模型试验装置
，具体涉及拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置及其实验方法。

技术介绍

[0002]爆破拆除方式因具有安全、高效、经济、环保等优点，已成为复杂环境下高层高耸结构拆除的首选方式。爆破拆除过程中，结构倒塌触地冲击及其振动可能会造成邻近建(构) 筑物、设施设备、地下管线、地铁隧道等重要保护目标的损坏，是爆破拆除工程最突出的有害效应。因此，拆除爆破设计阶段需对塌落体的触地冲击荷载特征以及邻近保护目标位置处的质点振动速度与结构的动态响应特性做出预测和校核，并制定安全有效的防护措施。
[0003]但在现有技术中，并未公开有一种相应的实验装置来提供理论研究，对现有的冲击荷载特征无法进行准确的获取以及研究。

技术实现思路

[0004]针对问题，本专利技术提供了拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置，包括塌落体荷载模型、模型试验箱、加载实施装置和监控量测系统，所述模型试验箱包括试验箱，试验箱外侧设置有泡沫，试验箱内设置有“上硬下软”和“上软下硬”两种层状地面结构；所述加载试验装置与所述塌落体荷载模型相连，所述模型试验箱位于所述加载试验装置的下方，所述监控量测系统安装在所述加载试验装置上。
[0005]作为本专利技术的再进一步技术方案是：所述塌落体荷载模型中的塌落体在触地时与土体的接触方式共设置有三种：分别为平面接触、棱边接触和弧面接触。
[0006]作为本专利技术的再进一步技术方案是：所述“上硬下软”层状地面结构为：在试验箱内设置有混凝土面板，在混凝土面板下侧布置有粉质黏土层；所述“上软下硬”层状地面结构为：在试验箱内设置有粉质黏土层，在粉质黏土层下侧布置有碎石土。
[0007]作为本专利技术的再进一步技术方案是：所述加载试验装置包括小型龙门吊，在小型龙门吊上安装有定滑轮，定滑轮上穿过有主缆绳，所述主缆绳一端连接有绞车，主缆绳另一端连接有连接钩，所述连接钩与所述塌落体荷载模型相连。
[0008]作为本专利技术的再进一步技术方案是：所述监控量测系统包括加速度计、土压力计、土体位移计、应变片、动态信号采集仪、激光发射器、光电接收装置、标尺和高速摄像机，在所述试验箱沿落锤点径向布设有三组测点，每组测点包括混凝土表面的动态应变测试点，在所述动态应变测试点均布置有所述应变片，沿试验箱的深度方向均匀布置有土压力计、位移计和加速度计，在所述小型龙门吊上对称设置有两组激光发射器和光电接收装置，在所述试验箱一侧放置有标尺，所述试验箱正前方布置有高速摄像机。
[0009]一种基于上述所述的拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置的实验方法，包括如下步骤：
[0010]1)试验箱的制作以及监控量测系统的布置：试验箱内设置有“上硬下软”和“上软下硬”两种层状地面结构，同时考虑模型试验的相似理论以及试验的实际可操作性，计算获得基本物理量的相似比尺，选取典型地层模型，制作与两种典型地层相似的三维缩尺模型；在所述试验箱沿落锤点径向布设有三组测点，每组测点包括混凝土表面的动态应变测试点，在所述动态应变测试点均布置有所述应变片，沿试验箱的深度方向均匀布置有土压力计、位移计和加速度计，在所述小型龙门吊上对称设置有两组激光发射器和光电接收装置，在所述试验箱一侧放置有标尺，所述试验箱正前方布置有高速摄像机；
[0011]2)塌落体荷载模型的选取：在爆破拆除工程中，高层高耸结构倒塌时塌落体大小各异、形状也不规则，导致塌落体触地时与土体的接触方式也大不相同，塌落体荷载模型中的塌落体在触地时与土体的接触方式共设置有三种：分别为平面接触、棱边接触和弧面接触；同时考虑到不同塌落体触地时存在时间差，故而设计了相同触地方式、不同落地高度的触地冲击荷载形式以及不同落地高度、不同接触方式的触地荷载形式；
[0012]3)模型加载施加：在安装试验箱后，通过加载试验装置对塌落体荷载模型进行提升，通过标尺测量塌落体荷载模型的上升高度；
[0013]4)试验测试以及数据记录：通过选取不同塌落体荷载模型，控制荷载下落高度进行触地冲击试验，获取不同触地荷载条件下不同地面结构的破坏形式、变形特征以及加速度、动土压力、动应力的动土响应特征参数。
[0014]作为本专利技术的再进一步技术方案是：所述步骤1)中试验箱的制作具体包括以下步骤：
[0015]A、确定相似比
[0016]根据第一、第二相似理论相似准则进行参数设计，确定实际工程中原型几何尺寸和装置几何尺寸的几何相似比为L＝10，根据几何相似比，模型地面尺寸和深度按原型尺寸的 1/10进行设计；重力加速度相似比Cg＝1，密度相似比Cρ＝1，容重相似比Cγ＝1，以几何相似比和容重相似比为基础相似比，实现泊松比、摩擦角的全相似，弹性模量按照原型结构材料弹性模量的L进行设计；同时根据量纲关系保证塌落荷载质量以及塌落荷载速度相似，确定土层相似比如下：
[0017]几何相似比：C
L
＝L；
[0018]容重相似比：Cγ＝1；
[0019]压力相似比C
ξ
＝C
γ
×
C
L
；
[0020]集中力相似比ψ＝C
γ
×
C
L3
；
[0021]应力相似比C
σ
＝L；
[0022]位移相似比Cs＝C
L
；
[0023]B、制作模型试验箱
[0024]以实际原型为参考，同时根据动力边界效应及弹性波传递速度，模型面积应大于荷载主作用面积的5倍以上，考虑到长方体块体、三棱柱块体荷载最长边长不小于300mm，大型球体半径不小于100mm，试验平台尺寸为1000mm
×
1000mm，模型试验箱模型长、宽、高尺寸均为900mm，试验箱周围四边是钢板材质，采用砂浆抹面打光处理后，各粘贴3cm厚度的海绵，根据所设定的几何相似比，以实际原型为参考，在试验箱的钢板内侧标记不同地层填埋位置，其中“混凝土面板
‑
粉质黏土层”上硬下软地层中粉质黏土层位于试验箱底部，厚
850mm，混凝土面板位于粉质黏土层上部，厚为50mm，在试验箱A中标出尺寸，并按照上述要求制作模型试验箱；“粉质黏土层
‑
碎石土”上软下硬地层中碎石土位于模型试验箱的底部，厚500mm，粉质黏土层位于试验箱的顶部厚400mm，在试验箱B中标出尺寸，并按照上述要求制作模型试验箱；
[0025]C、制作土层材料
[0026]按照加权平均算法计算出实际土层的加权平均重度，按照确定的相似比例值求得模型试验中的土层相似材料的物理参数，分层放入制备好的模型试验箱中进行锤击夯实，预先设置好塌落点。
[0027]作为本专利技术的再进一步技术方案是：所述步骤2)中塌落体荷载模型的选取操作步骤为：
[0028]荷载根据实际常见的塌落体在触地时与土体的接触方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置，其特征在于，包括塌落体荷载模型(1)、模型试验箱、加载实施装置和监控量测系统，所述模型试验箱包括试验箱(2)，试验箱(2)外侧设置有泡沫(16)，试验箱(2)内设置有“上硬下软”和“上软下硬”两种层状地面结构；所述加载试验装置与所述塌落体荷载模型(1)相连，所述模型试验箱位于所述加载试验装置的下方，所述监控量测系统安装在所述加载试验装置上。2.根据权利要求1所述的拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置，其特征在于，所述塌落体荷载模型(1)中的塌落体在触地时与土体的接触方式共设置有三种：分别为平面接触、棱边接触和弧面接触。3.根据权利要求1所述的拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置，其特征在于，所述“上硬下软”层状地面结构为：在试验箱(2)内设置有混凝土面板，在混凝土面板下侧布置有粉质黏土层；所述“上软下硬”层状地面结构为：在试验箱(2)内设置有粉质黏土层，在粉质黏土层下侧布置有碎石土。4.根据权利要求1所述的拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置，其特征在于，所述加载试验装置包括小型龙门吊(3)，在小型龙门吊(3)上安装有定滑轮(4)，定滑轮(4)上穿过有主缆绳(5)，所述主缆绳(5)一端连接有绞车(6)，主缆绳(5)另一端连接有连接钩(7)，所述连接钩(7)与所述塌落体荷载模型(1)相连。5.根据权利要求4所述的拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置，其特征在于，所述监控量测系统包括加速度计(8)、土压力计(9)、土体位移计(10)、应变片(11)、动态信号采集仪、激光发射器(12)、光电接收装置(13)、标尺(14)和高速摄像机(15)，在所述试验箱(2)沿落锤点径向布设有三组测点，每组测点包括混凝土表面的动态应变测试点，在所述动态应变测试点均布置有所述应变片(11)，沿试验箱(2)的深度方向均匀布置有土压力计(9)、位移计(10)和加速度计(8)，在所述小型龙门吊(3)上对称设置有两组激光发射器(12)和光电接收装置(13)，在所述试验箱(2)一侧放置有标尺(14)，所述试验箱(2)正前方布置有高速摄像机(15)。6.一种基于权利要求5所述的拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：1)试验箱(2)的制作以及监控量测系统的布置：试验箱(2)内设置有“上硬下软”和“上软下硬”两种层状地面结构，同时考虑模型试验的相似理论以及试验的实际可操作性，计算获得基本物理量的相似比尺，选取典型地层模型，制作与两种典型地层相似的三维缩尺模型；在所述试验箱(2)沿落锤点径向布设有三组测点，每组测点包括混凝土表面的动态应变测试点，在所述动态应变测试点均布置有所述应变片(11)，沿试验箱(2)的深度方向均匀布置有土压力计(9)、位移计(10)和加速度计(8)，在所述小型龙门吊(3)上对称设置有两组激光发射器(12)和光电接收装置(13)，在所述试验箱(2)一侧放置有标尺(14)，所述试验箱(2)正前方布置有高速摄像机(15)；2)塌落体荷载模型(1)的选取：在爆破拆除工程中，高层高耸结构倒塌时塌落体大小各异、形状也不规则，导致塌落体触地时与土体的接触方式也大不相同，塌落体荷载模型(1)中的塌落体在触地时与土体的接触方式共设置有三种：分别为平面接触、棱边接触和弧面接触；同时考虑到不同塌落体触地时存在时间差，故而设计了相同触地方式、不同落地高度的触地冲击荷载形式以及不同落地高度、不同接触方式的触地荷载形式；
3)模型加载施加：在安装试验箱(2)后，通过加载试验装置对塌落体荷载模型(1)进行提升，通过标尺(14)测量塌落体荷载模型(1)的上升高度；4)试验测试以及数据记录：通过选取不同塌落体荷载模型(1)，控制荷载下落高度进行触地冲击试验，获取不同触地荷载条件下不同地面结构的破坏形式、变形特征以及加速度、动土压力、动应力的动土响应特征参数。7.根据权利要求6所述的拆除塌落体触地冲击荷载特征获取实验装置的实验方法，其特征在于，所述步骤1)中试验箱(1)的制作具体包括以下步骤：A、确定相似比根据第一、第二相似理论相似准则进行参数设计，确定实际工程中原型几何尺寸和装置几何尺寸的几何相似比为L＝10，根据几何相似比，模型地面尺寸和深度按原型尺寸的1/10进行设计；重力加速度相似比Cg＝1，密度相似比Cρ＝1，容重相似比Cγ＝1，以几何相似比和容重相似比为基础相似比，实现泊松比、摩擦角的全相似，弹性模量按照原型结构材料弹性模量的L进行设计；同时根据量纲关系保证塌落荷载质量以及塌落荷载速度相似，确定土层相似比如下：几何相似比：C
L
＝L；容重相似比：Cγ＝1；压力相似比C
ξ
＝C
γ
×
C

【专利技术属性】
技术研发人员：姚颖康，贾永胜，孙金山，谢先启，刘昌邦，黄小武，蒋楠，谢全民，陈德志，赵珂，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：