專利名稱：積木式模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種模擬地震振動試驗的設(shè)備，它為模擬地震振動臺試驗提供一種在試件尺寸可以任意調(diào)整，振動方向可以隨意組合的極其靈活、方便的積木式地震模擬振動臺臺陣系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
模擬地震振動臺是抗地震研究工作中的重要試驗設(shè)備，多地震國家均已建造了不少此種設(shè)備，規(guī)模最大的是日本，已建成15×15m2的垂直與一個水平同動的振動臺，耗資300億日元，但試件尺寸也僅15×15m2范圍內(nèi)。為了在節(jié)省投資的基礎(chǔ)上，以對多跨橋梁、管道、輸電線路等細(xì)長結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗，早在八十年代日本曾建造了4臺2×2m2的單向振動臺臺陣，日本的單向模擬地震振動臺系統(tǒng)如圖1所示，振動臺系統(tǒng)包括有激振試件振動的激振器、底座2和驅(qū)動激振器的控制系統(tǒng)；此臺陣只能進(jìn)行單水平向振動試驗，由于安裝時難以保證四臺之間完全平行，因而有側(cè)向附加力產(chǎn)生。美國MTS公司曾提出采用液壓平面導(dǎo)軌來制作四臺雙水平向的臺陣的設(shè)想，進(jìn)行試驗時只能將模型浮置而不是固置于臺面上，因而只能在小加速度能級上進(jìn)行試驗；九十年代以來，美國正在建造由二臺4.5×4.5m2的六自由度振動臺組成的臺陣，重慶公路所從國外引進(jìn)了由二臺6×3m2的六自由度振動臺組成的臺陣，如圖2所示，其中一臺固定，一臺移動，以進(jìn)行可變跨度達(dá)20m的地震模擬試驗。但是投資很大，只能進(jìn)行一跨的模型試驗，尚不能進(jìn)行多跨、多點(diǎn)輸入的模型試驗。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是針對上述之不足，設(shè)計一種積木式模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)，根據(jù)不同的試驗需要，利用部件集成搭接成不同跨度、跨數(shù)、不同臺面尺寸、不同振動方向、不同輸入的臺陣系統(tǒng)，提供模擬地震試驗。
本實用新型的技術(shù)方案參見圖3-圖10，它包括有激振試件振動的激振器、底座2和驅(qū)動激振器的控制系統(tǒng)構(gòu)成的振動臺，特征在于激振器10是由激振部件主體6與采用公知技術(shù)連接在其兩端的自潤滑萬向轉(zhuǎn)動鉸5構(gòu)成的帶雙頭萬向轉(zhuǎn)動鉸的激振器，子振動臺的鉸接連桿11由連接桿件7與采用公知技術(shù)連接在其兩端的萬向轉(zhuǎn)動鉸5構(gòu)成的帶雙頭萬向轉(zhuǎn)動鉸的連桿；激振器10、鉸接連桿11、臺面9與底座2共同構(gòu)成子振動臺，其中采用公知技術(shù)將激振器10及連桿11的一端分別與臺面連接，鉸接連桿11的另一端與底座固定連接，激振器10的另一端與底座固定連接；采用公知技術(shù)將兩個以上的、位置可移動的子振動臺集成在底座上形成模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)。
所述的子振動臺的臺面9設(shè)置有連接、工件、激振器及連桿的安裝螺孔，試件的底盤將各子振動臺的臺面連成一整體，底座上每個振動臺的位置可選擇。
所述的兩個以上的子振動臺組合時，為保證任意組合成一個自由度到六個自由度的振動系統(tǒng)，可將子振動臺的激振器10及鉸接連桿11與臺面9進(jìn)行水平方向或垂直方向的連接，也可相互替換連接在臺面9上的激振器10及鉸接連桿11兩部件。
所述的試件的底盤將各子振動臺的臺面連成一整體時，可只在一個子振動臺臺面的側(cè)向連接振動時不會在x軸向底板連接中產(chǎn)生內(nèi)力的一根鉸接連桿。
本實用新型由于采用鉸接連桿方式，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)均不受側(cè)力影響，試件也因側(cè)向可以移動而不會產(chǎn)生不應(yīng)有的側(cè)向內(nèi)力；再則由于鉸接可以任意轉(zhuǎn)動，因而激振器推力方向不要求很平行，故組裝安裝要求精度低，便于使用操作。
參見技術(shù)方案可知本實用新型可以組成多跨結(jié)構(gòu)的單向、雙向或三向六自由度的振動試驗系統(tǒng)；可以進(jìn)反向振動、差相位振動、以及細(xì)長結(jié)構(gòu)在地震作用下的多點(diǎn)輸入地震波的模擬地震振動試驗。因此與同面積的單臺振動臺相比較，投資低，收效顯著。


圖1日本單向模擬地震振動臺系統(tǒng)1-單向?qū)к? 2-底座 3-試件 4-激振器；圖2美國和重慶模擬地震振動臺系統(tǒng)；圖3本實用新型子振動臺機(jī)構(gòu)部件示意圖a-為驅(qū)動臺面運(yùn)動的帶雙頭萬向轉(zhuǎn)動鉸的激振器部件示意圖5-萬向轉(zhuǎn)動鉸 6-激振器主體，b-為限制其他運(yùn)動自由度并導(dǎo)向的帶雙頭萬向轉(zhuǎn)動鉸的連桿部件示意圖7-連桿桿件，c-為子振動臺臺面示意圖
8-為連接、工件、激振器及連桿的安裝螺孔 9-臺面，d——為子振動臺底座示意圖；圖4采用一個子振動臺進(jìn)行單水平方向的模擬地震振動試驗臺連接結(jié)構(gòu)示意圖10-帶雙頭萬向轉(zhuǎn)動鉸的激振器 11-帶雙頭萬向轉(zhuǎn)動鉸的鉸接連桿圖5為進(jìn)行細(xì)長結(jié)構(gòu)的水平向模擬地震振動試驗，由三臺以上子振動臺組成的單水平向模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為進(jìn)行細(xì)長結(jié)構(gòu)的垂直向模擬地震振動試驗，由三臺以上子振動臺組成的單垂直向臺陣系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為進(jìn)行細(xì)長結(jié)構(gòu)的水平和垂直二向的模擬地震振動試驗，采用三臺以上子振動臺組成的水平和垂直二向模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為進(jìn)行細(xì)長結(jié)構(gòu)的三向的模擬地震振動試驗，采用三臺以上子振動臺組成的三向模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為進(jìn)行方形結(jié)構(gòu)的三向的模擬地震振動試驗，采用四臺以上子振動臺組成的三向模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為進(jìn)行方形結(jié)構(gòu)的三向的模擬地震振動試驗，采用四臺以上子振動臺組成的三向模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖，該圖中豎向激振器可減少為每個子振動臺為一個帶雙頭萬向轉(zhuǎn)動鉸的激振器；
具體實施方式
根據(jù)圖3-圖10所提供的技術(shù)方案按公知技術(shù)設(shè)置連接構(gòu)成不同模擬地震振動試驗所需要的模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)。
積木式模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)，每個子振動臺臺面9下用激振器10或鉸接連桿11與底座連接為力學(xué)中的三點(diǎn)靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)多個子振動臺組成臺陣時，可僅在臺面中心點(diǎn)處與底座之間只連接一臺激振器。
其中圖4為由四種部件組裝成的單臺稱謂子臺的一般地震模擬振動臺，此為單水平向運(yùn)動。如果將鉸接連桿11全部替換為激振器10，在控制系統(tǒng)的驅(qū)動下可以實現(xiàn)單子臺三向六自由度振動。這種子振動臺視需要可有若干臺，以組合成臺陣系統(tǒng)。
圖5為由圖4所示的子臺多個組合成的單水平向振動的模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)，其中只有一個子臺有側(cè)向一根鉸接連桿連接。試件的底盤將各子臺臺面連成一整體，可進(jìn)行多跨橋梁、管道、輸電線路的地震模擬試驗。這種組合，尚可進(jìn)行轉(zhuǎn)動試驗。由于豎向支承是雙頭鉸接連桿，側(cè)向可以移動，因而激振器方向少許不平行不會給試件在x向帶來內(nèi)力產(chǎn)生。也不會給激振器部分帶來附加外力。如果試件是一彈性體，尚可進(jìn)行多點(diǎn)不同振幅的試驗，不會產(chǎn)生側(cè)向力，而試件彈性變形力則由激振器承擔(dān)。
圖6為由多個子臺組合成的單垂直向振動的模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)，其中一端子臺保留一根側(cè)向鉸接連桿，水平激振器用鉸接連桿替代，另一端的子臺的水平激振器處改為鉸接連桿，側(cè)向鉸接連桿去掉，其余子臺水平激振器和側(cè)向鉸接連桿去掉，豎向各子臺的鉸接連桿均替換為激振器，可以進(jìn)行單垂直向的振動試驗，并可進(jìn)行二個上下轉(zhuǎn)動試驗。也解決了振動時模型不會在x軸向底板連接中產(chǎn)生內(nèi)力。如果試件是彈性體，也可做不同幅值的多點(diǎn)輸入激振，僅是試件的彈性力由激振器承受。
圖7為由多個子臺組合成的細(xì)長結(jié)構(gòu)試驗的垂直與一個水平振動的模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)，每個子臺水平向和垂直向均為激振器，端部一子臺保留側(cè)向一根鉸接連桿。可以進(jìn)行二個平移和三個轉(zhuǎn)動的振動試驗。圖8為圖7中的端部一子臺保留側(cè)向一根鉸接連桿也改為激振器，則可進(jìn)行三個平移和三個轉(zhuǎn)動的六自由度振動試驗。
圖9為由4個子臺組成的方型結(jié)構(gòu)的模擬地震振動臺臺陣試驗系統(tǒng)，試件底盤將四個子臺臺面形成一整體，實現(xiàn)三個平移和三個轉(zhuǎn)動的六自由度振動。圖10也是由4個子臺組成的模擬地震振動臺臺陣試驗系統(tǒng)，由于試件底盤與四個子臺臺面形成一個整體，故豎向激振器可減少為每個子臺為一個支承并激勵，同樣實現(xiàn)了三個平移和三個轉(zhuǎn)動的六自由度振動。
本實用新型與同面積的單臺振動臺相比較，投資低，收效顯著。
權(quán)利要求1.積木式模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)，包括有激振試件振動的激振器、底座(2)和驅(qū)動激振器的控制系統(tǒng)構(gòu)成的振動臺，本實用新型其特征在于激振器(10)是由激振部件主體(6)與采用公知技術(shù)連接在其兩端的萬向轉(zhuǎn)動鉸(5)構(gòu)成的帶雙頭萬向轉(zhuǎn)動鉸的激振器，鉸接連桿(11)由連接桿件(7)與采用公知技術(shù)連接在其兩端的萬向轉(zhuǎn)動鉸(5)構(gòu)成的帶雙頭萬向轉(zhuǎn)動鉸的連桿；激振器(10)、鉸接連桿(11)、臺面(9)與底座(2)共同構(gòu)成子振動臺，其中采用公知技術(shù)將激振器(10)及鉸接連桿(11)的一端分別與臺面連接，鉸接連桿(11)的另一端與底座固定連接，激振器(10)的另一端與底座固定連接；采用公知技術(shù)將兩個以上的、位置可移動的子振動臺集成在底座上形成模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的積木式模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其特征在于子振動臺的臺面(9)設(shè)置有連接、工件、激振器及連桿的安裝螺孔，試件的底盤將各子振動臺的臺面連成一整體，底座上每個振動臺的位置可選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的積木式模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其特征在于兩個以上的子振動臺組合時，為保證任意組合成一個自由度到六個自由度的振動系統(tǒng)，可將子振動臺的激振器(10)及鉸接連桿(11)與臺面(9)進(jìn)行水平方向或垂直方向的連接，也可相互替換連接在臺面(9)上的激振器(10)及鉸接連桿(11)兩部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的積木式模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其特征在于試件的底盤將各子振動臺的臺面連成一整體時，只在一個子振動臺臺面的側(cè)向連接振動時不會在x軸向底板連接中產(chǎn)生內(nèi)力的一根鉸接連桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的積木式模擬地震振動臺臺陣系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其特征在于激振器(10)和鉸接連桿(11)的兩端所連接的萬向轉(zhuǎn)動鉸(5)分別采用自潤滑萬向轉(zhuǎn)動鉸。
專利摘要積木式地震模擬振動臺臺陣系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)，涉及一種模擬地震振動試驗的設(shè)備；它包括若干個集成在底座上的、位置可選擇的子振動臺構(gòu)成；其中每個振動子臺可由臺面、激振器、鉸接連桿和底座集裝組成，激振器和鉸接連桿兩端均設(shè)置有萬向轉(zhuǎn)動鉸，以與臺面和底座相連；為保證任意組合成一個到六個自由度的振動系統(tǒng)，可將子振動臺的激振器及鉸接連桿與臺面進(jìn)行水平或垂直方向的連接，也可相互替換連接在臺面上的激振器及鉸接連桿兩部件；按需要組合成臺陣系統(tǒng)后，因側(cè)向可以移動，消除了側(cè)力的產(chǎn)生，實現(xiàn)了任意跨度、跨數(shù)的一自由度到六自由度的任意自由度振動試驗，因此靈活性高，安裝方便，與同面積的單臺振動臺振動相比較，投資低，收效顯著。
文檔編號G01V1/00GK2716851SQ20042000775
公開日2005年8月10日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者黃浩華, 閻維明, 周錫元, 何浩祥 申請人:北京工業(yè)大學(xué)