一种提供地震倾覆振动荷载的振动台模型试验装置

摘要

本发明涉及一种提供地震倾覆振动荷载的振动台模型试验装置。由底座、作动器固定支架、作动器、振动台台面、振动台铰链支座、作动器卡口装置、扭转传递装置卡口装置、扭扭转传递装置伸缩杆、作动器传力杆、作动器加速度传感器、振动台铰链上、下卡口和振动台铰链旋转轴组成。振动台铰链支座和作动器支架分别焊在底座上，作动器与传力杆连接，振动台铰链上、下卡口由振动台铰链旋转轴铰接，扭转传递装置伸缩杆和传力杆由卡口装置固定螺栓铰接的作动器卡口装置和扭转传递装置卡口装置分别牢固固定。本发明需要将试验对象固定在振动台台面上，作动器输出激振，通过装置的协同作用测量试验对象在不同地震倾覆作用下的结构响应、力学特性和破坏形式。

权利要求

1.一种提供地震倾覆振动荷载的振动台模型试验装置，由：固定系统、作动器系统、振动台台面系统组成，其特征在于：

固定系统由：底座（1）、作动器固定支架（2）、振动台铰链支座（5）和振动台铰链下卡口（16）组成；振动台铰链支座（5）焊接于底座（1）上方，作动器固定支架（2）焊接于底座（1）侧面，振动台铰链下卡口（16）对齐固定于振动台铰链支座（5）上；

作动器系统由：作动器（3）、作动器卡口装置（6）、作动器传力杆（13）和作动器加速度传感器（14）组成；作动器加速度传感器（14）连接在作动器（3）低端通过作动器加速度传感器（14）可精确控制输出激振的模式和能量大小；作动器传力杆（13）从作动器（3）中伸出，作动器传力杆（13）一端与作动器卡口装置（6）固定，另一端插入作动器（3）中，且能在作动器（3）内来回移动，作动器（3）焊接于作动器固定支架（2）下方；

振动台台面系统由：振动台台面（4）、扭转传递装置卡口装置（7）、卡口装置固定螺栓（8）、扭转传递装置固定支座（9）、扭转传递装置伸缩杆（10）、振动台铰链上卡口（15）和振动台铰链旋转轴（17）组成；所述振动台铰链上卡口（15）和振动台铰链旋转轴（17）一一配对，结构模型通过振动台台面固定螺栓（12）固定在振动台台面（4）上；振动台铰链上卡口（15）对齐焊接于振动台台面（4）底部；扭转传递装置固定支座（9）焊接于振动台台面（4）侧面，扭转传递装置伸缩杆（10）一端与扭转传递装置卡口装置（7）固定，另一端插入扭转传递装置固定支座（9）内，且能在扭转传递装置固定支座（9）内来回移动，可将作动器传力杆（13）的伸缩运动转变为振动台台面（４）的竖向运动；

所述振动台铰链上卡口（15）、振动台铰链下卡口（16）和振动台铰链旋转轴（17）数量各为4个，且规格完全一样；振动台铰链上卡口（15）焊接在振动台台面（4）下方对称轴位置且均匀排布，每个振动台铰链下卡口（16）固定在振动台铰链支座（5）上且均匀排布，通过振动台铰链旋转轴（17）形成可自由旋转的铰接连接；

所述扭转传递装置卡口装置（7）与作动器系统的作动器卡口装置（6）通过卡口装置固定螺栓（8）形成铰接连接；

所述振动台模型试验装置可以对安装于振动台台面（４）上的结构模型施加竖向扭转荷载，开展倾覆振动试验。

说明书

一种提供地震倾覆振动荷载的振动台模型试验装置

技术领域

[0001] 本发明属结构工程和地震工程技术领域，具体涉及一种提供地震倾覆振动荷载的振动台模型试验装置。

背景技术

[0002] 地震下在近断层区域的建筑结构将会出现大量破坏，目前国内外灾后重建过程中于近断层地区修建的基础隔震结构明显增多，且建筑高度日益增加。断层地震动中包含动态长周期脉冲，近断层区结构的最大地震反应明显大于远场地震作用下的地震反应，因此，隔震结构在近断层地震下的抗倾覆问题值得关注。此外在研究港口海堤构筑物时，海浪荷载对这类构筑物产生倾覆式的周期荷载，地震引起的海啸会对这类构筑物产生严重的破坏倾覆作用，因此港口堤坝类构筑物在波浪、海啸作用下的抗倾覆问题值得研究。目前尚不能用理论解释或数值方法来精确模拟这两种现象，理论分析与数值方法往往需要大量的条件假设，为解决以上两类方法的局限性，需要进行试验研究，而目前研究这一机理地试验装置地研制尚不充分，亟需提出一种提供地震倾覆振动荷载的振动台模型试验装置。基于能够模拟地震振动地振动台试验平台，通过设计能够提供倾覆振动荷载的试验装置，可以使这方面研究顺利进行。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提出一种提供地震倾覆振动荷载的振动台模型试验装置。

[0004] 本发明提出的提供地震倾覆振动荷载的振动台模型试验装置，由固定系统、作动器系统和振动台台面系统组成，其中：

[0005] 固定系统由底座1、作动器固定支架2、振动台铰链支座5和振动台铰链下卡口16组成，所述振动台铰链下卡口16为4个，振动台铰链支座5焊接于底座1上方，作动器固定支架2焊接于底座1侧面，每个振动台铰链下卡口16固定于振动台铰链支座5上；

[0006] 作动器系统由作动器3、作动器卡口装置6、作动器传力杆13和作动器加速度传感器14组成，作动器加速度传感器14连接在作动器3低端，作动器传力杆13从作动器3中伸出，作动器传力杆13一端与作动器卡口装置6固定，另一端插入作动器3中，且能在作动器3内来回移动，作动器3焊接于作动器固定支架2下方；

[0007] 振动台台面系统由振动台台面4、扭转传递装置卡口装置7、卡口装置固定螺栓8、扭转传递装置固定支座9、扭转传递装置伸缩杆10、振动台铰链上卡口15和振动台铰链旋转轴17组成，所述振动台铰链上卡口15和振动台铰链旋转轴17各为4个，结构模型通过振动台台面固定螺栓12与振动台台面4固定连接，振动台铰链上卡口15焊接在振动台台面4底部，扭转传递装置固定支座9焊接于振动台台面4侧面，扭转传递装置伸缩杆10一端与扭转传递装置卡口装置7固定，另一端插入扭转传递装置固定支座9内，且能在扭转传递装置固定支座9内来回移动；振动台铰链上卡口15和振动台铰链下卡口16通过振动台铰链旋转轴17连接，扭转传递装置卡口装置7和作动器卡口装置6通过卡口装置固定螺栓8连接。

[0008] 本发明中，振动台铰链上卡口15和振动台铰链下卡口16通过振动台铰链旋转轴17形成铰接连接，扭转传递装置卡口装置7与作动器系统的作动器卡口装置6通过卡口装置固定螺栓8形成铰接连接，使振动台台面系统、固定系统和作动器系统形成一个整体，并通过作动器传力杆13的主动伸缩，扭转传递装置伸缩杆10的被动伸缩，振动台铰链上卡口15和振动台铰链下卡口16之间以及扭转传递装置卡口装置7和作动器卡口装置6的转动，使振动台台面4产生倾覆运动。

[0009] 本发明中，振动台铰链上卡口15、振动台铰链下卡口16和振动台铰链旋转轴17数量各为4个，且规格完全一样，振动台铰链上卡口15焊接在振动台台面4下方对称轴位置且均匀排布，振动台铰链下卡口16焊接在振动台铰链支座5上且均匀排布，通过振动台铰链旋转轴17形成可自由旋转的铰接连接。

[0010] 本发明中，作动器3设有作动器加速度传感器14，可精确控制输出激振的模式和能量大小。

[0011] 本发明的工作过程：

[0012] 将试验试件通过振动台台面固定螺栓12穿过振动台台面固定螺孔11形成牢固固定。通过作动器3对作动器传力杆13的作用使作动器传力杆13可以带动作动器卡口装置6上下运动，通过振动台铰链上卡口15和振动台铰链下卡口16之间、扭转传递装置卡口装置7和作动器卡口装置6的转动和扭转传递装置伸缩杆10的被动伸缩，使振动台系统对试验试件产生倾覆作用，并通过对作动器3的控制，基于不同试验目的设定振动台的激振输入，进行振动台试验，并通过作动器加速度传感器14分析试验试件的倾覆作用响应，研究不同振动输入情况下的结构特性和破坏模式。

[0013] 本发明的有益效果：

[0014] 本发明装置的最大优点是可以测量不同倾覆作用输出下的结构特性和破坏模式。结构振动台测试可研究试件在设定振动输入过程中发生的运动规律，填补目前对结构抗地震倾覆力的试验研究的空白。

附图说明

[0015] 图1为本发明的示意图。

[0016] 图2为本发明的前视图。

[0017] 图3为本发明的左视图。

[0018] 图4为本发明的右视图。

[0019] 图5为本发明的俯视图。

[0020] 图6为本发明的后视图。

[0021] 图7为本发明的移除振动台台面4后的示意图。

[0022] 图8为本发明的实验例的示意图。

[0023] 图中标号：1为底座，2为作动器固定支架，3为作动器，4为振动台台面，5为振动台铰链支座，6为作动器卡口装置，7为扭转传递装置卡口装置，8为卡口装置固定螺栓，9为扭转传递装置固定支座，10为扭转传递装置伸缩杆，11为振动台台面固定螺孔，12为振动台台面固定螺栓，13为作动器传力杆，14为作动器加速度传感器，15为振动台铰链上卡口，16为振动台铰链下卡口，17为振动台铰链旋转轴，18为实施例中三层柱板式缩尺框架结构模型。

具体实施方式

[0024] 下面通过实施例进一步描述本发明。

[0025] 实施例：

[0026] 本实施例为预制装配混凝土三层柱板式缩尺结构模型试验装置的设置，振动台台面4的形状为正方形，在振动台台面4中央按照对称布置三层柱板式缩尺框架结构模型，用16个振动台台面固定螺栓12将结构模型的4条支撑柱和振动台台面4牢固固定。基于不同试验目的设定振动台的激振输入，进行倾覆荷载的振动台试验，并通过加速度传感器检测结构模型的倾覆振动响应，研究预制装配混凝土三层柱板式缩尺结构模型在不同振动输入情况下的力学特性和破化形式，参照图1 8，试验装置由固定系统、作动器系统、振动台台面系~
统组成。其中：

[0027] 固定系统由底座1、作动器固定支架2、振动台铰链支座5和振动台铰链下卡口16组成，所述振动台铰链下卡口16为4个，振动台铰链支座5焊接在底座1上面，作动器固定支架2焊接在底座1侧面，振动台铰链下卡口16牢固固定在振动台铰链支座5上；

[0028] 作动器系统由作动器3、作动器卡口装置6、作动器传力杆13和作动器加速度传感器14组成，作动器加速度传感器14连接在作动器3低端，作动器传力杆13从作动器3中伸出，作动器传力杆13另一端与作动器卡口装置6牢固固定，通过作动器3与作动器固定支架2的焊接与固定系统连接；

[0029] 振动台台面系统由振动台台面4、扭转传递装置卡口装置7、卡口装置固定螺栓8、扭转传递装置固定支座9、扭转传递装置伸缩杆10、振动台台面固定螺孔11、振动台台面固定螺栓12、振动台铰链上卡口15和振动台铰链旋转轴17组成，所述振动台铰链上卡口15和振动台铰链旋转轴17各为4个，振动台台面4上按试验要求布置振动台台面固定螺孔11，依靠振动台台面固定螺栓12牢固连接试验试件后插入振动台台面固定螺孔11完成构件与振动台台面4得连接，振动台铰链上卡口15焊接在振动台台面4底部，扭转传递装置固定支座9焊接在振动台台面4侧面，扭转传递装置伸缩杆10从扭转传递装置固定支座9中伸出，另一端与扭转传递装置卡口装置7牢固固定。

[0030] 所述模型的振动台台面系统的振动台铰链上卡口15和扭转传递装置卡口装置7可分别与固定系统的振动台铰链下卡口16和作动器系统的作动器卡口装置6通过振动台铰链旋转轴17和卡口装置固定螺栓8分别形成铰接连接，使、振动台台面系统、固定系统和作动器系统形成一个整体，并通过作动器传力杆13的主动伸缩和扭转传递装置伸缩杆10的被动伸缩以及振动台铰链上卡口15和振动台铰链下卡口16之间、扭转传递装置卡口装置7和作动器卡口装置6的转动使振动台台面4产生倾覆运动。

[0031] 振动台铰链上卡口15、振动台铰链下卡口16和振动台铰链旋转轴17数量各为4个，且规格完全一样，振动台铰链上卡口15焊接在振动台台面4下方对称轴位置且均匀排布，振动台铰链下卡口16焊接在振动台铰链支座5上且均匀排布，通过振动台铰链旋转轴17形成可自由旋转的铰接连接。

[0032] 作动器3设有作动器加速度传感器14，可精确控制输出激振的模式和能量大小。