專利名稱：一種模擬地震發(fā)生及傳播土結(jié)相互作用的試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于模擬地震發(fā)生及傳播土體-結(jié)構(gòu)動力相互作用的試驗裝置， 屬于地震工程研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，地震的發(fā)生多是由斷層錯動而起。振動臺模型試驗是研究土與結(jié)構(gòu)動 力相互作用的一個重要手段，在巖土地震工程界具有重要地位。利用模型試驗真實模擬地 震發(fā)生及傳播中土與結(jié)構(gòu)動力相互作用是地震工程界的一個研究方向。其中，如何模擬斷 層錯動是研究問題的一個難點，設(shè)計相應(yīng)的試驗?zāi)Ｐ拖溲b置是利用多臺陣振動臺試驗系統(tǒng) 對其實現(xiàn)的一個重要環(huán)節(jié)，目前相應(yīng)的試驗?zāi)Ｐ拖溲b置未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
為能試驗實現(xiàn)地震發(fā)生全過程，基于多臺陣振動臺系統(tǒng)，本發(fā)明設(shè)計了一種可用 于多點激勵的分段柔性連接模型箱試驗裝置，并提出了相應(yīng)的試驗方法。該試驗裝置與多 臺陣振動臺系統(tǒng)相結(jié)合，可以實現(xiàn)對斷層(走滑斷層、正斷層、逆斷層)錯動的模擬，進而可 開展地震發(fā)生全過程下土與結(jié)構(gòu)動力相互作用的模型試驗研究。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案該裝置為一分段柔性連接模型 箱，由剛性部分和柔性部分相間組成；所述剛性部分為由剛性材料制成的箱體，相鄰剛性部 分的相對面均敞口 ；所述柔性部分由萬向節(jié)對裝置、U型鋼骨架和橡膠膜構(gòu)成；所述萬向節(jié) 對裝置包括兩個可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)和連接在兩個可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)之間的帶滑道鋼連接桿，所述可 轉(zhuǎn)動萬向節(jié)由固定的弧形底座和上部構(gòu)件構(gòu)成，弧形底座和上部構(gòu)件之間通過上、下兩道 軸承連為整體，以保證萬向節(jié)豎直并能水平轉(zhuǎn)動；所述兩個可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)的弧形底座分別 固定于模型箱的兩相鄰剛性部分上，帶滑道鋼連接桿一端與一萬向節(jié)上部構(gòu)件上端固定連 接，另一端通過滾軸與另一萬向節(jié)上部構(gòu)件上端滑動連接，從而保證兩個萬向節(jié)可相對錯 動。所述U型鋼骨架與帶滑道鋼連接桿構(gòu)成滑動連接，二者之間能夠左右滑動。橡膠膜鋪設(shè) 于由所述U型鋼骨架、萬向節(jié)對裝置組成的U型空間內(nèi)，并與模型箱剛性部分相連接，并保 證密封。U型鋼骨架尺寸與模型箱剛性部分橫截面尺寸一致。所述模型箱剛性部分依據(jù)單 個振動臺臺面尺寸及載重設(shè)計，要求相鄰剛性分段相對面敞口，以保證上覆土層的連續(xù)性。所述可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)的弧形底座與上部構(gòu)件的接觸表面呈弧形，所述可轉(zhuǎn)動萬向節(jié) 的上部構(gòu)件的截面呈倒“凸”字型，且上部構(gòu)件的底部也為弧形，所述弧形底座與上部構(gòu)件 的接觸表面的弧度比上部構(gòu)件的底部弧度大。所述帶滑道鋼連接桿中的滑道為通長滑道，其外表面設(shè)置有凹槽，U型鋼骨架的四 個角端焊接有連接構(gòu)件，該連接構(gòu)件內(nèi)表面設(shè)置有能夠與該凹槽相配合的滾軸，滾軸能夠 沿著凹槽滾動，保證U型鋼骨架能夠沿帶滑道鋼連接桿滑動。所述萬向節(jié)對裝置為四個，分別布置在模型箱剛性部分的四個角端的上/下面。采用本裝置進行試驗，其方法如下
1)將試驗土層放置于剛性部分的箱體內(nèi)；2)將模型箱剛性分段放置于相應(yīng)的振動臺臺面上；3)試驗時將試驗土體放置于此試驗箱內(nèi)，并將結(jié)構(gòu)模型埋置其中，按需要布置相 應(yīng)的傳感器；4)對模擬斷層錯動的兩相鄰振動臺施加不同的激勵，以模擬地震發(fā)生；5)考慮地震動在介質(zhì)中傳播的行波效應(yīng)，按相似律對其他振動臺施加相應(yīng)的不同 速度激勵，從而考慮地震動的傳播；6)通過傳感器記錄土體與結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，完成試驗。本發(fā)明的有益效果是，保證振動臺上模型箱的剛性分段的相對水平轉(zhuǎn)動和豎向運 動，從而模擬斷層(走滑斷層、正斷層、逆斷層)錯動；同時，又能保證上覆土層的連續(xù)性。 通過對其中兩臺面施加不同激勵模擬斷層錯動，然后考慮地震波傳播的行波效應(yīng)，按相似 律通過對其他臺面施加不同速度激勵模擬地震發(fā)生全過程，進而研究土與結(jié)構(gòu)動力相互作用。


圖1是本發(fā)明模型箱試驗裝置整體構(gòu)造示意圖；圖2是局部連接部分剖面圖；圖3是萬向節(jié)對裝置剖面圖；圖4是圖3中左端萬向節(jié)剖面圖；圖5是圖3中右端萬向節(jié)剖面圖；圖6是滾軸示意圖；圖7是軸承示意圖；圖8是帶滑道連接鋼桿的橫截面示意圖；圖9是連接U型鋼骨架與帶滑道鋼桿的連接構(gòu)件剖面示意圖；圖中1-模型箱剛性段，2-模型箱柔性段，3-萬向節(jié)對，4-可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)，5-帶滑 道鋼連接桿，6-弧形底座，7-上部構(gòu)件，8-軸承，9-銷釘，10-滾軸。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明如圖1 圖9所示，本發(fā)明中的模擬地震發(fā)生及傳播土結(jié)相互作用的模型試驗裝 置，利用軟連接試驗?zāi)Ｐ拖浣Y(jié)合多臺陣振動臺系統(tǒng)實現(xiàn)，試驗中考慮地震動傳播介質(zhì)及模 型相似律。軟連接試驗?zāi)Ｐ拖錇槭⑼良敖Y(jié)構(gòu)容器，由剛性部分和柔性部分兩部分相間組成。 如圖1、圖2所示，剛性部分為由剛性材料制成的箱體，相鄰剛性部分的相對面均敞口。如 圖3所示，柔性部分由萬向節(jié)對裝置3、U型鋼骨架和橡膠膜構(gòu)成。萬向節(jié)對裝置的結(jié)構(gòu)如 圖3所示，包括兩個可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)4和連接在兩個可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)之間的帶滑道鋼連接桿5。 萬向節(jié)對裝置通過帶滑道鋼連接桿5分別與兩個可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)4相連。可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)4的 結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示，由弧形底座6和上部構(gòu)件7構(gòu)成，弧形底座6和上部構(gòu)件7之間通 過上、下兩道軸承8連為整體，以保證萬向節(jié)4豎直并能水平轉(zhuǎn)動。帶滑道鋼連接桿5 —端 通過銷釘9與一萬向節(jié)上部構(gòu)件7上端固定連接，帶滑道鋼連接桿5另一端通過滑軸10與另一萬向節(jié)上部構(gòu)件7上端滑動連接，從而保證兩個萬向節(jié)4可相對錯動。其中，萬向節(jié)上 部構(gòu)件截面呈倒“凸”字型，且萬向節(jié)上部構(gòu)件底面也為弧形，弧形底座的弧度比上部構(gòu)件 的底面弧度大，弧形底座與模型箱剛性段連為整體。U型鋼骨架通過滑動連接構(gòu)件與帶滑 道鋼連接桿相連，如圖8、圖9所示，帶滑道鋼連接桿的外表面設(shè)置有凹槽，U型鋼骨架的四 個角端與連接構(gòu)件焊接，該連接構(gòu)件內(nèi)表面設(shè)置有能夠與該凹槽相配合的滾軸，滾軸能夠 沿著凹槽滾動，保證U型鋼骨架能夠沿帶滑道鋼連接桿滑動。橡膠膜鋪設(shè)于所述U型鋼骨 架、萬向節(jié)對裝置組成的U型空間內(nèi)，并與模型箱剛性分段連接。U型鋼骨架尺寸與模型箱 剛性分段橫截面尺寸一致。帶滑道鋼連接桿中的滑道為通長滑道，萬向節(jié)對裝置為四個，分 別布置在模型箱剛性部分的四個角端的上/下面。應(yīng)用本裝置進行試驗時，地震發(fā)生通過兩個相鄰振動臺臺面及其上的模型箱剛性 段的錯動實現(xiàn)，具體試驗方法如下1)將試驗土層放置于剛性部分的箱體內(nèi)；2)將所述分段軟連接模型箱試驗裝置放置于相應(yīng)的振動臺臺面上，模型箱剛性部 分與振動臺臺面對應(yīng)。3)試驗時將模型土體放置于此試驗箱內(nèi)，并將結(jié)構(gòu)模型埋置其中，按需要布置相 應(yīng)的傳感器。4)對模擬斷層錯動的兩相鄰振動臺施加不同的激勵，以模擬地震發(fā)生。5)考慮地震波在介質(zhì)中傳播的行波效應(yīng)，按相似律對其他振動臺施加相應(yīng)的不同 速度激勵，從而考慮地震動的傳播。6)通過傳感器記錄土體與結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，完成試驗。以上是本發(fā)明的一個典型實施例，本發(fā)明的實施不限于此。
權(quán)利要求
一種模擬地震發(fā)生及傳播土結(jié)相互作用的試驗裝置，其特征在于該裝置為一分段柔性連接模型箱，由剛性部分和柔性部分相間組成；所述剛性部分為由剛性材料制成的箱體，相鄰剛性部分的相對面均敞口；所述柔性部分由萬向節(jié)對裝置、U型鋼骨架和橡膠膜構(gòu)成；所述萬向節(jié)對裝置包括兩個可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)和連接在兩個可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)之間的帶滑道鋼連接桿，所述可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)由弧形底座和上部構(gòu)件構(gòu)成，弧形底座和上部構(gòu)件之間通過上、下兩道軸承連為整體，以保證萬向節(jié)豎直并能水平轉(zhuǎn)動；所述兩個可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)的弧形底座分別固定于模型箱的兩相鄰剛性部分上，帶滑道鋼連接桿一端與一萬向節(jié)上部構(gòu)件上端固定連接，另一端通過滾軸與另一萬向節(jié)上部構(gòu)件上端滑動連接；所述U型鋼骨架與帶滑道鋼連接桿構(gòu)成滑動連接，二者之間能夠左右滑動；橡膠膜鋪設(shè)于由所述U型鋼骨架、萬向節(jié)對裝置組成的U型空間內(nèi)，并與模型箱剛性部分相連接，所述U型鋼骨架尺寸與模型箱剛性部分橫截面尺寸一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬地震發(fā)生及傳播土結(jié)相互作用的試驗裝置，其特征 在于所述可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)的弧形底座與上部構(gòu)件的接觸表面呈弧形，所述可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)的 上部構(gòu)件的截面呈倒“凸”字型，且上部構(gòu)件的底面也為弧形，所述弧形底座與上部構(gòu)件的 接觸表面的弧度比上部構(gòu)件的底面弧度大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬地震發(fā)生及傳播土結(jié)相互作用的試驗裝置，其特征 在于所述的帶滑道鋼連接桿的外表面設(shè)置有凹槽，U型鋼骨架的四個角端焊接有連接構(gòu) 件，該連接構(gòu)件內(nèi)表面設(shè)置有能夠與該凹槽相匹配的滾軸，滾軸能夠沿著凹槽滾動，保證U 型鋼骨架能夠沿帶滑道鋼連接桿滑動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬地震發(fā)生及傳播土結(jié)相互作用的試驗裝置，其特征 在于所述萬向節(jié)對裝置為四個，分別布置在模型箱剛性部分的四個角端的上下面。
全文摘要
本發(fā)明是地震工程研究中的一種模擬地震發(fā)生及傳播土結(jié)相互作用的試驗裝置。該裝置由剛性部分和柔性部分相間組成。柔性部分由萬向節(jié)對裝置、U型鋼骨架和橡膠膜構(gòu)成。帶滑道鋼連接桿一端與一萬向節(jié)上部構(gòu)件上端固定連接，另一端通過滾軸與另一萬向節(jié)上部構(gòu)件上端連接。U型鋼骨架通過可滑動連接構(gòu)件與帶滑道鋼連接桿相連。橡膠膜鋪設(shè)于U型鋼骨架、萬向節(jié)對裝置組成的U型空間內(nèi)，并與模型箱剛性分段連接。本發(fā)明結(jié)合多臺陣振動臺系統(tǒng)，通過對模擬斷層錯動的兩相鄰振動臺施加不同的激勵，以模擬地震發(fā)生。按相似律對其他振動臺施加相應(yīng)的不同速度激勵，從而考慮地震動在介質(zhì)中的傳播，進而研究土與結(jié)構(gòu)動力相互作用。
文檔編號G01V1/28GK101957453SQ20101025999
公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者張盛夏, 李立云, 杜修力, 黃增斌 申請人:北京工業(yè)大學(xué)