一種可視化的應用于地下結構液化大變形振動臺試驗結構水平向大位移測試方法和裝置的制造方法
【專利摘要】一種可視化的應用于地下結構液化大變形振動臺試驗結構水平向大位移測試方法和裝置屬于土木工程技術領域。裝置包括疊層剪切形模型箱、位移測量系統(tǒng)裝置和需要測定位移的結構；位移量測系統(tǒng)裝置包括位移測試系統(tǒng)讀入裝置、虹吸管、位移測試系統(tǒng)讀出裝置；虹吸管內部有液壓油，虹吸管左右兩端分別通過位移測試系統(tǒng)讀入裝置虹吸管連接口和位移測試系統(tǒng)讀出裝置虹吸管連接口同位移測試系統(tǒng)讀入裝置和位移測試系統(tǒng)讀出裝置相連；位移測試系統(tǒng)讀入裝置和位移測試系統(tǒng)讀出裝置必須處于同一水平高度，以保證兩頭端口處保持同一大氣壓；本發(fā)明可靠性高，解決振動臺試驗條件下液化場地中地下結構大變形的測量問題。
【專利說明】
一種可視化的應用于地下結構液化大變形振動臺試驗結構水平向大位移測試方法和裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于土木工程技術領域，涉及一種可視化的應用于地下結構液化大變形振動臺試驗結構水平向大位移測試方法和裝置。
【背景技術】
[0002]近年來的地震災害表明，地鐵等地下結構的破壞很大一部分是因地基產(chǎn)生過大變形引起的傾覆和開裂，或因差異沉降引起的裂縫而影響工程結構的正常使用，即土體的大變形引起的地下結構的破壞。隨著大規(guī)模的軌道交通建設，地鐵車站結構不可避免穿越可液化土層，砂土液化產(chǎn)生大變形會對地鐵車站結構產(chǎn)生重要影響，研究地下結構在液化場地下的位移變化規(guī)律就顯得尤其重要。由于缺乏現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，近年來，振動臺試驗是測取結構變形的重要手段之一。
[0003]但由于測量技術的相對滯后，在土的動力試驗，尤其是在地下結構的大型振動臺試驗中，結構的位移以及動態(tài)變化過程一直缺乏合適的測試方法。
[0004]接觸式測量，需要將測試儀器固定或貼緊在所測結構表面，目前常用的是拉線式位移計，但是振動過程中結構的位移變化難易實時觀測。非接觸性位移測試技術作為一類新的位移測試方法，與常規(guī)物理或機械式位移測試方法相比，具有測試精度高并可以有效消除由于接觸而產(chǎn)生的位移測試誤差等優(yōu)點，但也存在測試點位置及測試量程受限等缺點。針對目前的接觸性、非接觸性位移測試技術的缺陷，近年來學者開展了采用光學相機采集的照片、動態(tài)視頻結合后期圖像處理的全局化、自動化位移測試技術的研究。但是對于土體內部結構，受內部結構可視化的影響，目前的測試手段難以實現(xiàn)。
[0005]接觸式位移測量和非接觸式位移測量的結合，既可以獲得地下結構位移變化值，又可以實現(xiàn)振動臺試驗中結構位移變化過程的實時監(jiān)測，將更有效得監(jiān)測地下結構的位移變化。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種可靠性高，用于地下結構振動臺試驗中地下結構位移測試的裝置和方法。克服上述的不足，解決振動臺試驗條件下液化場地中地下結構大變形的測量問題。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]一種可視化的應用于地下結構液化大變形振動臺試驗結構水平向大位移測試方法和裝置，包括疊層剪切形模型箱1、位移測量系統(tǒng)裝置2和需要測定位移的結構3;其中，
[0009]所述結構3上所測位移位置處應該設置有結構預埋件螺釘4，方便同位移測量系統(tǒng)2的結構預埋件連接活塞桿8相連，其中結構預埋件連接活塞桿8端頭部位內部設有螺紋孔。
[0010]所述位移量測系統(tǒng)裝置2包括位移測試系統(tǒng)讀入裝置5、虹吸管6、位移測試系統(tǒng)讀出裝置7。虹吸管6內部有液壓油，虹吸管左右兩端分別通過位移測試系統(tǒng)讀入裝置虹吸管連接口 11和位移測試系統(tǒng)讀出裝置虹吸管連接口 12同位移測試系統(tǒng)讀入裝置5和位移測試系統(tǒng)讀出裝置7相連。位移測試系統(tǒng)讀入裝置5和位移測試系統(tǒng)讀出裝置7必須處于同一水平高度，以保證兩頭端口處保持同一大氣壓。補充
[0011]所述位移測試系統(tǒng)讀入裝置5包括結構預埋件連接活塞桿8、位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞9、位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞桶10、位移測試系統(tǒng)讀入裝置虹吸管連接口 U。當結構3發(fā)生運動時，引起結構預埋件螺釘4和結構預埋件連接活塞桿8的運動，推動位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞9的位移變化，導致位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞桶10內部氣壓變化引起虹吸管6內液壓油的左右運動。
[0012]所述位移測試系統(tǒng)讀出裝置7包括位移測試系統(tǒng)讀出裝置虹吸管連接口12、位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶13、位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞14、標尺15、液體刻度顯示管16。虹吸管6內液壓油的左右運動引起位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶13左側桶內的氣壓變化，帶動位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞14的左右移動，由此改變位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶13右側桶內的氣壓變化，造成液體刻度顯示管16內部液壓油的移動，液體刻度顯示管16管體表面標有相應刻度，液體刻度顯示管16內部液壓油初始位置為標尺15所標定位置。利用高速攝像機記錄試驗過程中液體刻度顯示管16內部液壓油的運動，這樣疊層剪切形模型箱I內部結構3的絕對位移變化過程就通過液體刻度顯示管16內部液壓油的左右運動體現(xiàn)出來，再利用數(shù)字圖像處理技術，獲得標示點處的試驗結果，不同位置處的絕對位移變化差值就體現(xiàn)了結構的變形。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
[0014]該裝置克服了振動臺試驗中地下結構位移監(jiān)測困難的問題，將接觸式位移測量和非接觸式位移測量進行結合，既可以獲得地下結構位移變化值，又可以實現(xiàn)振動臺試驗中結構位移變化過程的實時監(jiān)測，將更有效得了解地下結構的位移變化情況。具有結構簡單，可靠性高，易于實施和圍護的特點，可望在其他類似試驗中得以應用。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種疊層剪切模型箱和結構位移測試系統(tǒng)整體裝配示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明一種結構和位移測試系統(tǒng)連接裝置示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明一種位移測試系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明一種位移測試系統(tǒng)讀入裝置示意圖；
[0019]圖5是本發(fā)明一種位移測試系統(tǒng)讀出裝置示意圖；
[0020]圖6是本發(fā)明效果圖。
[0021]附圖標記:
[0022]I疊層剪切箱2位移測試系統(tǒng)
[0023]3結構4結構預埋件螺釘
[0024]5位移測試系統(tǒng)讀入裝置6虹吸管
[0025]7位移測試系統(tǒng)讀出裝置8結構預埋件連接活塞桿
[0026]9位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞10位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞桶
[0027]11位移測試系統(tǒng)讀入裝置虹吸管連接口 12位移測試系統(tǒng)讀出裝置虹吸管連接口
[0028]
[0029]13位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶 14位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞
[0030]15標尺16液體刻度顯示管
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述。如圖1-5所示，一種可視化的應用于地下結構液化大變形振動臺試驗結構水平向大位移測試方法和裝置，包括疊層剪切形模型箱1、位移測量系統(tǒng)裝置2和需要測定位移的結構3。
[0032]如圖1、圖2和圖4所示，結構3上所測位移位置處應該設置有結構預埋件螺釘4，方便同位移測量系統(tǒng)2的結構預埋件連接活塞桿8相連，其中結構預埋件連接活塞桿8端頭部位內部設有螺紋孔。
[0033]如圖1和圖3所示，位移量測系統(tǒng)裝置2包括位移測試系統(tǒng)讀入裝置5、虹吸管6、位移測試系統(tǒng)讀出裝置7。虹吸管6內部有液壓油，虹吸管左右兩端分別通過位移測試系統(tǒng)讀入裝置虹吸管連接口 11和位移測試系統(tǒng)讀出裝置虹吸管連接口 12同位移測試系統(tǒng)讀入裝置5和位移測試系統(tǒng)讀出裝置7相連。位移測試系統(tǒng)讀入裝置5和位移測試系統(tǒng)讀出裝置7必須處于同一水平高度，以保證兩頭端口處保持同一大氣壓。
[0034]如圖1、圖3和圖4所示，位移測試系統(tǒng)讀入裝置5包括結構預埋件連接活塞桿8、位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞9、位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞桶10、位移測試系統(tǒng)讀入裝置虹吸管連接口 11。當結構3發(fā)生運動時，引起結構預埋件螺釘4和結構預埋件連接活塞桿8的運動，推動位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞9的位移變化，導致位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞桶10內部氣壓變化弓I起虹吸管6內液壓油的左右運動。
[0035]如圖1、圖3和圖5所示，位移測試系統(tǒng)讀出裝置7包括位移測試系統(tǒng)讀出裝置虹吸管連接口 12、位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶13、位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞14、標尺15、液體刻度顯示管16。虹吸管6內液壓油的左右運動引起位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶13左側桶內的氣壓變化，帶動位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞14的左右移動，由此改變位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶13右側桶內的氣壓變化，造成液體刻度顯示管16內部液壓油的移動，液體刻度顯示管16管體表面標有相應刻度，液體刻度顯示管16內部液壓油初始位置為標尺15所標定位置。利用高速攝像機記錄試驗過程中液體刻度顯示管16內部液壓油的運動，這樣疊層剪切形模型箱I內部結構3的絕對位移變化過程就通過液體刻度顯示管16內部液壓油的左右運動體現(xiàn)出來，再利用數(shù)字圖像處理技術，獲得標示點處的試驗結果，不同位置處的絕對位移變化差值就體現(xiàn)了結構的變形。
[0036]該裝置克服了振動臺試驗中地下結構位移監(jiān)測困難的問題，將接觸式位移測量和非接觸式位移測量進行結合，既可以獲得地下結構位移變化值，又可以實現(xiàn)振動臺試驗中結構位移變化過程的實時監(jiān)測，將更有效得了解地下結構的位移變化情況。具有結構簡單，可靠性高，易于實施和圍護的特點，可望在其他類似試驗中得以應用。
[0037]在某場地波作用下，采用本說明中位移測試方法測得的非液化場地下地下結構位移，與同類型振動臺試驗中，采用拉線式位移計測得的結構的位移，只是大小上存在略微差另IJ，位移變化趨勢基本相似，說明自行研發(fā)的位移測試方法具有較好的測試效果，同時克服了拉線式位移計需要在箱體一側開洞引出測線從而不能在液化工況下使用的弊端，可以用于液化場地下振動臺試驗中結構位移的測試。
[0038]最后所應該說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或等同替代，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在發(fā)明權利要求范圍中。
【主權項】
1.一種可視化的應用于地下結構液化大變形振動臺試驗結構水平向大位移測試裝置，其特征在于: 包括疊層剪切形模型箱(I)、位移測量系統(tǒng)裝置(2)和需要測定位移的結構(3);其中， 所述結構(3)上所測位移位置處應該設置有結構預埋件螺釘(4)，方便同位移測量系統(tǒng)(2)的結構預埋件連接活塞桿(8)相連，其中結構預埋件連接活塞桿(8)端頭部位內部設有螺紋孔； 所述位移量測系統(tǒng)裝置(2)包括位移測試系統(tǒng)讀入裝置(5)、虹吸管(6)、位移測試系統(tǒng)讀出裝置(7);虹吸管(6)內部有液壓油，虹吸管左右兩端分別通過位移測試系統(tǒng)讀入裝置虹吸管連接口(11)和位移測試系統(tǒng)讀出裝置虹吸管連接口(12)同位移測試系統(tǒng)讀入裝置(5)和位移測試系統(tǒng)讀出裝置(7)相連;位移測試系統(tǒng)讀入裝置(5)和位移測試系統(tǒng)讀出裝置(7)必須處于同一水平高度，以保證兩頭端口處保持同一大氣壓； 所述位移測試系統(tǒng)讀入裝置(5)包括結構預埋件連接活塞桿(8)、位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞(9)、位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞桶(10)、位移測試系統(tǒng)讀入裝置虹吸管連接口(11);位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞桶(10) —端為位移測試系統(tǒng)讀入裝置虹吸管連接口(11)，另一端為連接有位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞(9)的結構預埋件連接活塞桿(8); 所述位移測試系統(tǒng)讀出裝置(7)包括位移測試系統(tǒng)讀出裝置虹吸管連接口(12)、位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶(13)、位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞(14)、標尺(15)、液體刻度顯示管(16);位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶(13)—端為位移測試系統(tǒng)讀出裝置虹吸管連接口(12)，另一端為連接有位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞(14)的液體刻度顯示管(16);液體刻度顯示管(16)上設有標尺(15)。2.應用如權利要求1所述裝置的方法，其特征在于: 當結構(3)發(fā)生運動時，引起結構預埋件螺釘(4)和結構預埋件連接活塞桿(8)的運動，推動位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞(9)的位移變化，導致位移測試系統(tǒng)讀入裝置活塞桶(10)內部氣壓變化引起虹吸管(6)內液壓油的左右運動;虹吸管(6)內液壓油的左右運動引起位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶(13)左側桶內的氣壓變化，帶動位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞(14)的左右移動，由此改變位移測試系統(tǒng)讀出裝置活塞桶(13)右側桶內的氣壓變化，造成液體刻度顯示管(16)內部液壓油的移動，液體刻度顯示管(16)管體表面標有相應刻度，液體刻度顯示管(16)內部液壓油初始位置為標尺(15)所標定位置;利用攝像機記錄試驗過程中液體刻度顯示管(16)內部液壓油的運動，這樣疊層剪切形模型箱(I)內部結構(3)的絕對位移變化過程就通過液體刻度顯示管(16)內部液壓油的左右運動體現(xiàn)出來，不同位置處的絕對位移變化差值就體現(xiàn)了結構的變形。
【文檔編號】G01B13/02GK105910557SQ201610476414
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月25日
【發(fā)明人】陶連金, 劉春曉, 郭飛, 丁鵬, 張倍, 任志國, 田治旺, 王凱麗, 高勝雷, 王 忠
【申請人】北京工業(yè)大學