一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力試驗激振裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)抗震及振動試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力試驗激振裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]建筑結(jié)構(gòu)動力試驗是檢驗結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)和抗沖擊能力的重要手段。通過原型或模型動力試驗?zāi)軝z測出結(jié)構(gòu)的周期、振型、動力反應(yīng)、薄弱部位以及其它振動特性，為結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。
[0003]結(jié)構(gòu)動力試驗的方法很多，根據(jù)激振源的不同主要有:擬動力試驗、環(huán)境脈動激振試驗、人工爆破和沖擊荷載試驗、地震模擬振動臺試驗等。由于地震引起地面的振動主要是水平振動，對建筑物的破壞也主要是水平地面運動造成的，所以目前絕大多數(shù)的抗震研究主要是研究水平地震作用下建筑物的地震反應(yīng)和破壞特征。
[0004]擬動力試驗可以進行大尺寸模型試驗，加載方便，但由于其原理是按照數(shù)值積分求解結(jié)構(gòu)動力方程進行的，以集中力代替實際的分布慣性力，對結(jié)構(gòu)振動狀態(tài)和進入塑性狀態(tài)的阻尼進行人為假定，使得試驗結(jié)果與實際有較大差別。
[0005]環(huán)境脈動激振試驗主要用于測量結(jié)構(gòu)的動力特性，由于脈動的激勵很小且隨機性較大，對研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞特征沒有幫助。
[0006]人工爆破和沖擊荷載試驗常用于結(jié)構(gòu)的抗震研究，不僅能測量結(jié)構(gòu)的動力特性，還能分析結(jié)構(gòu)的破壞特征，為改進結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考依據(jù)。但爆炸和沖擊荷載試驗的作用時間很短，與地震波相比，激振波的頻率較高，其中爆炸激振會對周圍建筑物和環(huán)境產(chǎn)生不利影響。
[0007]地震模擬振動臺試驗?zāi)茉佻F(xiàn)各種形式的地震波，能模擬若干次地震現(xiàn)象的初震、主震以及余震的全過程，能夠讓人們更直觀的了解結(jié)構(gòu)在地震中的反應(yīng)特征。但由于地震模擬振動臺的造價過于昂貴，維護費用很高，通常情況下其臺面尺寸和承重很有限。對于大型建筑的抗震試驗，要求模型的比例很小，使得節(jié)點很難制作，甚至不得不采用其它的材料來模擬，而且需要按照相似比增加大量的配重，導(dǎo)致試驗?zāi)Ｐ团c實際結(jié)構(gòu)存在較大差別。當(dāng)模型比例太小時也無法觀測結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞過程。
[0008]實際工程中，建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)埋于地基土中一定深度，地基土作為一種彈塑性介質(zhì)對地震波具有過濾和放大效應(yīng)，而不同性質(zhì)的土層對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響也不同。傳統(tǒng)的直接將模型固定于振動臺面的地震模擬試驗忽略了土層對結(jié)構(gòu)的振動影響，考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)更符合實際。目前國內(nèi)地震模擬振動臺的承載力都非常有限，當(dāng)考慮土與結(jié)構(gòu)的相互作用時，振動臺的承重往往不能滿足土體模型的重量要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力試驗激振裝置，該種激振裝置造價低廉，能夠建造更大的尺寸，承載能力大大超過地震模擬振動臺，滿足大尺寸模型的振動試驗需要，能產(chǎn)生持續(xù)的、不同頻率和峰值的激振波，可以多次反復(fù)試驗，可用于研究土與結(jié)構(gòu)相互作用下建筑結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)和破壞特征。
[0010]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn):
所述的一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力試驗激振裝置，包括振動臺裝置及激振裝置，其特征在于所述振動臺裝置包括土臺及設(shè)置在土臺上的試驗?zāi)Ｐ?，所述土臺的四周采用薄鋼板支護，土臺相對面通過拉索和錨板拉結(jié)加固，所述土臺的上方還設(shè)置有振動信號采集傳感器，所述激振裝置包括由立柱和橫梁組成的擺錘支架、設(shè)置在擺錘支架上的擊打裝置，所述擊打裝置與起吊機組配合連接。擺錘支架用周圍土體固定約束，必要時可增設(shè)斜撐保證其穩(wěn)定性。
[0011]所述的一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力試驗激振裝置，其特征在于所述擊打裝置包括橫向軸、擺桿、擺錘、鋼筒、插接設(shè)置在鋼筒內(nèi)的鋼粧，所述橫向軸設(shè)置在同側(cè)立柱之間，該立柱的上端設(shè)置有滑槽，所述橫向軸的兩端分別設(shè)置在滑槽內(nèi)，所述橫向軸的兩端垂直設(shè)置有絲桿，所述絲桿上套接設(shè)置有控制盤，所述擺桿垂直焊接設(shè)置在擺錘的上下兩端，可通過絲桿和控制盤控制橫向軸在滑槽內(nèi)上下移動，所述起吊機組通過吊繩與擺錘下端的擺桿相連，擺桿的上端通過軸承與橫向軸連接，所述鋼筒埋入土臺內(nèi)。其中，擺錘為鋼制材料的實心體，錘擊面為平面，擺錘上下兩端擺桿的連線通過擺錘的重心。將滑槽設(shè)置在立柱的上端，保證橫向軸能上下移動的位移量為上下鋼筒的中心距。
[0012]所述的一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力試驗激振裝置，其特征在于所述土臺的平面投影為長方形，土臺每個側(cè)面上的薄鋼板由多塊豎直的長條狀窄鋼板連接而成，相連窄鋼板的連接處為鉸接，采用鉸接設(shè)置，可有效保證土臺自身的彈性。
[0013]所述的一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力試驗激振裝置，其特征在于所述薄鋼板的寬度為500-800mm，長度與土臺的高度相同，且薄鋼板的底部插入到地基內(nèi)。
[0014]所述的一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力試驗激振裝置，其特征在于所述鋼筒和鋼粧呈水平設(shè)置，所述鋼筒和鋼粧的外端面與豎直狀態(tài)的擺錘的側(cè)面平行。
[0015]所述的一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力試驗激振裝置，其特征在于所述擺錘采用鋼制材料制成的實心長方體，擺錘的數(shù)量與起吊機組的數(shù)量相同。
[0016]所述的一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)動力試驗激振裝置，其特征在于所述土臺的四周留有空間，空間以外的土體采用邊坡或擋土墻加固，可有效防止振動造成空間以外的土體滑塌。
[0017]作為優(yōu)選，所述土臺的平面為矩形，沖擊方向為平行于長邊方向。
[0018]作為優(yōu)選，所述鋼筒深入土臺的長度為土臺長邊尺寸的1/3以內(nèi)，鋼筒距離土臺底面為土臺總高度的1/2以內(nèi)。
[0019]作為優(yōu)選，拉索為高強鋼絞線，縱橫方向等間距分布，上下層拉索的間距大于鋼筒的直徑。
[0020]作為優(yōu)選，鋼粧的長度大于鋼筒長度100mm以上，鋼粧外端面與擺錘下落垂直時的撞擊面平行，間隙小于100mm。
[0021]本發(fā)明利用土構(gòu)筑建筑結(jié)構(gòu)動力試驗振動臺，通過擺錘撞擊鋼粧在土臺內(nèi)部產(chǎn)生巨大的夯擊能和沖擊波，使土臺產(chǎn)生水平振動，為結(jié)構(gòu)模型的抗震試驗提供震源。
[0022]本發(fā)明與傳統(tǒng)的爆破震源振動試驗相比，具有激振靈活，持續(xù)時間長的優(yōu)點，能夠產(chǎn)生較大的水平振動，對周圍建筑物的影響小。與直接沖擊荷載試驗相比，能夠?qū)δＰ瓦M行整體沖擊，能產(chǎn)生低頻振動波，可以考慮土與結(jié)構(gòu)的相互作用，更接近地震破壞的實際情況。與地震模擬振動臺相比，造價非常低廉，運行費用和維護費用低，可以建造更大的尺寸，承載能力大大提高，滿足大尺寸模型的振動試驗需要。
[0023]本發(fā)明可在擺錘回擺的瞬間降低擺錘高度，讓三個擺錘在土臺的不同高度交替沖擊，從而產(chǎn)生持續(xù)的、不同頻率和峰值的激振波，能夠改變土體材料和密實度，滿足不同場地類別地震動模擬的需要。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2是本發(fā)明土臺的水平剖面圖；
圖3是本發(fā)明土臺的立面圖；
圖4是本發(fā)明激振擺錘和支架的立面圖；
圖中，1-土臺，2-試驗?zāi)Ｐ停?-薄鋼板，4-拉索，5-銷板，6-振動彳目號米集傳感器，7-立柱，8-橫梁，9-起吊機組，I O-橫向軸，11 -擺桿，12-擺錘，1