专利名称：水平双向地震模拟振动台综合系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有水平双向地震模拟振动台综合系统。
背景技术：
水平双向地震模拟振动台综合系统通常由地震模拟振动台台面、激振器连 接装置和支承及运行机构构成。地震模拟振动台台面有钢筋混凝土结构台面、 钢焊结构台面、铝合金或镁铝合金铸造结构台面。钢筋混凝土结构的地震模拟 振动台台面，自重大因而有效承载荷载小，弯曲频率低使得振动台全系统使用 频率低，模拟的频带往往不能满足地震模拟研究的需要，现己很少使用。铝合 金台面用于中型地震模拟振动台中，镁铝合金铸造台面则用于小型振动台 (2mx2m或以下)。合金台面自重小，有效荷载大，采用网格构造台面刚度有显 著提高，弯曲频率很高。但合金台面不足在于成本很高，而且台面内阻尼小， 当振动台运行于30Hz以上时会引起台体组成的薄板高频局部振动，噪音较大。 目前，绝大部分振动台台面结构采用钢焊结构，它与铝合金及镁铝合金台面相 比，台面强度大，造价略低。国外设计的振动台台面多采用厚度为12cm 15cm 的抗撕裂Z向钢的实心厚钢板，这种台面自重很大，因而有效荷载相对较小。 由于用钢量大且加工工艺复杂，Z向钢的实心厚钢板结构台面造价较高。现有国 内设计的振动台钢焊结构台面是采用上下封闭的格栅板结构，即用薄钢板形成 格栅，上覆一块较厚的钢平板，下垫薄钢板，焊接形成箱体。为了模型与台面 的连接需要在台面上设置强度高、焊接性能好的螺纹、螺母。螺母需要焊接与 格栅肋板的十字交点，或者在螺母四侧焊三角板加劲肋，再将螺母与加劲肋整体焊接在台面板上。加工工艺复杂，制作成本高。
水平双向地震模拟振动台激振器连接装置包括激振固定型连杆铰接式、 激振器摆动型连杆铰接式和静压轴承连接式。激振固定型连杆铰接式和激振器 摆动型连杆铰接式都具有维护简单、成本低，接头刚性易于保证的优点。但是 二者在正交的自由度无约束情况下是不稳定机构，接头部分均存在一定的机械 间隙，有几何交叉耦合影响。静压轴承连接式无几何交叉耦合影响，在无正交 自由度约束情况下可能稳定于所在位置，但其需要另设润滑工作油源予以加压 获得所需的静压油膜刚度，接头刚度难以保证。而且其接头质量大，使激振器 出力做功增大。静压轴承连接式的维护困难，对其必须防污染、防水、防油液 渗漏，成本很高，因而难以广泛应用。
水平双向地震模拟振动台支承及运行机构，采用双头铰接连杆方式或平面静 压导轨方式。这两种支承方式具有摩擦力较小、结构简单易行的优点。但以此 为支承的振动台，在水平运行过程中需克服倾覆力矩，使振动台的水平位移能 力受到限制。而且由于振动台支承点较少，竖向支承能力有限并且受力不均匀， 使得竖向荷载的量值，即试验模型的最大重量受到了制约。(《地震模拟振动台 的设计与应用技术》黄浩华著地震出版社)
综上所述，现有的水平双向地震模拟振动台台面及支承导向系统，由于结 构自身的不足在一定程度上影响了地震模拟振动台的工作性能，也不易进行功 能拓展和设备升级。而且加工工艺复杂、成本和维护费用都很高昂，现有水平 双向地震模拟振动台造价通常高达百万甚至千万。研制水平双向地震模拟振动 台的综合系统十分必要。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题，本发明提供了水平双向地震模拟振动台的综合系统。该综合系统由井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元、 水平双向地震模拟振动台支承运行机构单元和水平双向地震模拟振动台激振器
连接装置单元构成；所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单 元的各个支承接触单元6置于水平双向地震模拟振动台支承运行机构的各支承 接触单元30上，从而使所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面 单元和水平双向地震模拟振动台支承运行机构单元形成连接关系；
所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元的台面主板1的 上表面对应于振动台激振器连接装置的转轴运行轨道401两端位置分别焊接1 块钢垫块700，每块钢垫块700通过2根10.9级高强螺栓802与连接节点板801 连接，转轴运行轨道401通过4根10.9级高强螺栓802与两端各1块节点板801 连接；这样，就把井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元与水平 双向地震模拟振动台激振器连接装置单元连接起来；
所述的水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元的连接板103与激振 器推进钢板102焊接，再通过2个13. 9级高强螺栓105把连接板103与激振器 推进钢板102固接，这样，就把水平双向地震模拟振动台综合系统与激振器连 接起来；
要声明本发明以下所涉及的有关的部件尺寸数值，均为与台面主板1为
4mx4m的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面相配合时，本发明提
供的水平双向地震模拟振动台支承运行机构的部件相应的尺寸数值。
下面介绍所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元的构成。
本发明提供的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元(以下简 称台面)，如图l、 2和图3所示，包括振动台台面主板l、井形钢轨梁加劲单元 2和支承接触单元6;所述的振动台台面主板l由钢板焊接而成，其平面尺寸优选为4mx4m;厚度应 不小于40mm，厚度优选为40ram;其用来承载和固定待测件，该振动台台面主板l 的厚度除保证台面的刚度、强度，还综合考虑了均匀传力、减少应力集中现象 的发生，保证预留高强螺栓孔13的深度，以及减小自重并提供较大内阻尼的因 素；
振动台台面主板l上表面焊接有人字纹防滑覆面钢板5;
在振动台台面主板l的上表面上经机械钻孔得到固定待测件所需的预留高强
螺栓孔13，该预留髙强螺栓孔13不少于16个；该预留高强螺栓孔13也贯通人字 纹防滑覆面钢板5，各个预留高强螺栓孔13均匀布置于台面主板1和人字纹防滑 覆面钢板5的上表面；每个预留高强螺栓孔13优选深入台面1上表面的孔深为 25mm;
所述的井形钢轨梁加劲单元2由2根纵向连续钢轨梁3和2列横向分段钢轨梁 4垂直交叉布置成井字形并且焊接于振动台台面主板1的下表面构成；
如图2、 4、 5、 6所示，纵向连续钢轨梁3和横向分段钢轨梁4的每个交叉节点， 均由4块切角、刨平的三角钢板加劲肋8分别焊接于交叉节点纵向连续钢轨梁3的 梁腹和横向分段钢轨梁4的梁腹；三角钢板加劲肋8为纵向连续钢轨梁3和横向分 段钢轨梁4提供可靠的侧向支撑，保证二者在地震模拟作用下的稳定；
所述的井形钢轨梁加劲单元2对振动台台面主板1起加劲的功能，使台面刚
度、强度在均匀分布的基础上明显提髙，保证了台面荷载向运行装置的有效传 递，纵向连续钢轨梁3和横向分段钢轨梁4采用铁路钢轨主要由于其具有刚度大、
抗冲击荷载能力强和取材便利的优点。
如图2所示，振动台台面主板1下面设置12个支承接触单元6，沿每根所述的 纵向连续钢轨梁3和横向分段钢轨梁4各均匀安置3个支承接触单元6;为使支承接触单元6为振动台台面主板1及其上待测件提供均匀支撑，每个支承接触单元6
的中心分别在纵向连续钢轨梁3和横向分段钢轨梁4的互相分割的三段的中心点 上；
如图l、 3所示，所述的各个支承接触单元6由等大的正方形的上层Q235钢板 9和下层Q345Mn钢板10通过埋头高强螺栓ll分别于上层Q235钢板9和下层Q345Mn 钢板10的四角及中心点紧固连接组成；为保证振动台台面l水平双向最大位移为 X=±30omm， Y=±30omm，所述的上层Q235钢板9和下层Q345Mn钢板10的平面尺寸均 应不小于700mmx700mm，优选700mmx700mm，所述的支承接触单元6的上层Q235 钢板9的厚度优选为10mm，下层Q345Mn钢板10厚度优选为10mm;
如图7、 8所示，所述的短钢轨加劲肋7为在支承接触单元6的表面的Q235钢 板9和振动台台面主板1之间设置的4根分别平行纵向连续钢轨梁3和横向分段钢 轨梁4并且与支承接触单元6的边长相等的短钢轨，每个短钢轨加劲肋7均与支承 接触单元6的上层Q235钢板9的上表面和振动台台面主板1的下表面焊接；还用高 强螺栓14把纵向连续钢轨梁3、横向分段钢轨梁4及短钢轨加劲肋7与支承接触单 元6的Q235钢板9连接，各个高强螺栓14沿钢轨梁的梁轴向间距优选为200mm;以 保证支承接触单元6具有足够刚度；
采用Q345Mn钢板10作支承接触单元6的下层表面是利用了该材料抗冲击强度 高的优点，保证振动台台面主板l能够在水平面内自由滑动而不产生附加耗能， 在高频、反复荷载等动力荷载作用下不产生附加振动和变形。
台面的连接、刚度均通过理论计算和试验验证，在安全、可靠的前提下进 行设计。台面制作过程中所用钢构件都预先喷涂防腐漆。本发明所涉及焊接连 接均要经过超声探伤，达到二级焊缝以上等级要求。
由于设计合理、减少能耗，该4mx4m台面自重仅为5吨，仅为常用Z向钢实心厚钢板结构台面的1/4-1/3，用钢量小明显小于其它同级别台面，在保证振动台
台面工作性能的同时造价大为降低，却可获得更大的有效荷载；由于具有较大 的内阻尼也使其运行噪音明显小于同级别的钢焊台面和合金台面。本发明的台 面刚度大，弯曲频率高；内阻尼大，运行噪音小，运行于70Hz以下时不会引起 台体高频局部振动；由于结构合理，台面刚度分布均匀，减小了应力集中现象； 最大位移可达X=±300mm， Y=±30omm。取材方便、工艺简单。
下面介绍所述的水平双向地震模拟振动台支承运行机构单元的构成
如图9、 10、 11所示，本发明提供的水平双向地震模拟振动台支承运行机 构包括运行机构底板25、井形加劲单元20、横纵钢轨梁交叉节点加劲肋23、支 承接触单元30、短钢轨加劲肋34、运行机构固定地锚41-1、 41-2和底板耳板 42;
所述的运行机构底板25由钢板构成，优选其厚度为40mm;其Y方向两个 边缘各焊接不少于3块底板耳板42，厚度与运行机构底板25厚度相同，其中部 有孔径与运行机构固定地锚41-1相匹配的孔，用于穿过运行机构固定地锚41-1;
所述的运行机构固定地锚41-1上部为圆柱体下部为长方体，上部的圆柱体 直径不小于150mm，优选其直径为150mm，下部的长方体尺寸不小于 250mmx250mmxl50mm，优选尺寸为250mmx250mmx 100mm;运4亍禾几构固定 地锚41-1的下部固定在槽道43中，运行机构固定地锚41-1的上部嵌套运行机 构固定地锚41-2， 二者配合使整个支承运行机构固定在槽道43中，槽道43固
定在基础44上；
运行机构底板25上表面按井字形分别焊接2根连续纵向钢轨梁21 (以下简 称纵梁21)和2列分段横向钢轨梁22 (以下简称横梁22)构成井形加劲单元 20;纵梁21和横梁22采用铁路钢轨制作主要由于其刚度大、抗冲击荷载能力强、取材便利的优点。井形加劲单元20使运行机构底板25的刚度、强度在均
匀分布的基础上明显提高；
如图12、 13、 14所示，在每个井形加劲单元20的纵梁21和横梁22的交叉节 点，均分别通过4块强度为Q235级以上的切角、刨平的直角等腰三角形钢板把纵 梁21的梁腹和横梁22的梁腹焊接，为纵梁21和横梁22提供可靠的侧向支撑，保 证二者在地震模拟作用下的稳定；该横纵钢轨梁交叉节点加劲肋23厚度优选为 20mm;
如图9、 10、 11、 15、 16所示，为使水平双向地震模拟振动台支承运行机构 既能承受地震模拟振动台的竖直方向荷载，又能保证振动台台面近似无摩擦地 在水平面内自由滑动，在所述的每根纵梁21上和每列横梁22上各安置3个支承接 触单元30，每个支承接触单元30的中心分别在纵梁21上和横梁22上的互相分割 的三段的中心点上；该支承接触单元30由钢球盒32和置于钢球盒32内的万向转 动钢球33构成；所述的钢球盒32由Q345Mn钢板焊接而成，钢球盒32底的内部平
面尺寸应保证振动台水平双向最大位移和振动台承载力要求，为保证最大位移 为X^300mm， Y-士300mm的振动台，钢球盒32的优选底的内部平面尺寸不应小于
600nmix600mm，钢球盒32的优选底的内部平面尺寸为600mmx600mm;钢球盒32的 深度应该略小于内置万向转动钢球33的直径，目的是保证万向转动钢球33可以 在钢球盒32内自由转动；优选万向转动钢球33直径为50imn;万向转动钢球33密 布于钢球盒32中，万向转动钢球33间空隙由润滑剂填充；
所述的每个钢球盒32分别与其下部的纵梁21或横梁22焊接，并在钢球盒32 的底面与运行机构底板25之间还焊接分别平行于纵梁21或横梁22的并与钢球盒 32等长的短钢轨加劲肋34，所述的短钢轨加劲肋34还与运行机构底板25通过间 距不大于200mm的高强螺栓35固定连接，优选螺栓间距为100mm，以保证水平自由滑动支承单元30具有足够的强度和刚度；
本发明所提供的水平双向地震模拟振动台支承运行机构对振动台台面不产 生倾覆力矩，因而水平位移能力和最大模型重量都明显提高，最大水平位移可
达乂=±300咖，Y二士300mm，最大模型重量可达150吨。由于钢球组提供了均匀的多 区支撑，减少了附加的应力集中，使振动台受力更接近地震模拟的真实情况。 更为可贵的是如需进一步加大振动台位移能力和竖向承载能力，只需加大钢 球盒边长和增设钢球即可完成水平双向地震模拟振动台支承运行机构的设备升级。
下面介绍所述的水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元的构成。
本发明提供一种水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元的构成包括 (1)如图17、 19、 20所示，激振器推进钢板102与连接板103焊接，再通 过2个13. 9级高强螺栓105把激振器推进钢板102与连接板103固接，所述的 激振器推迸钢板102和连接板103均为矩形钢板，二者平面尺寸相同且均不应 小于400鹏x400mm，优选平面尺寸为700mmx700mm;所述的激振器推进钢板102 和连接板103 二者厚度均不应小于40mm，厚度优选为50mm;
(2)如图17、 19、 20、 22、 23所示，与连接板103的上端平齐焊接转轴 连动钢板201，在连接板103的下部焊接转轴连动钢板202，转轴连动钢板201 与转轴连动钢板202为平面尺寸及厚度均相同的两块矩形钢板，转轴连动钢板 201与转轴连动钢板202各设有分别同心的4个钢板圆孔203,所述的转轴连动 钢板201、 202平面不应小于500nmix500fflffl， 二者厚度均不应小于50咖，转轴连 动钢板201、 202优选平面尺寸为700nmix700mm，所述的转轴连动钢板201、 202
厚度优选为60fflffl;
所述的钢板圆孔203直径与钢转轴301的两端直径小的圆柱体的直径相匹配，钢转轴301两端直径小的圆柱体分别穿过钢板圆孔203，并使钢转轴301能 在钢板圆孔203中自由转动，各个钢板圆孔203之间中心距不应小于3倍的钢 板圆孔203圆孔直径，且孔中心至钢板边缘距离不应小于2倍的钢板圆孔203 圆孔直径；
转轴连动钢板201的下表面加工有一列5个半球形凹坑201-1，转轴连动钢 板202的上表面加工有两列半球形凹坑202-1、 202-2，每列凹坑个数为5个， 所述的半球形凹坑201-1与半球形的钢球凹槽602配合，钢球凹槽602安置有钢 球902并且两者是动配合；半球形凹坑202-1与转轴运行轨道401下表面配合， 半球形凹坑202-1安置有钢球903并且两者是动配合；半球形凹坑202-2与振动 台台面主板l下表面配合，半球形凹坑202-2安置有钢球904并且两者是动配合；
半球形凹坑201-1深度应略小于钢球902的半径，半球形凹坑202-1的深度 应略大于钢球903的半径，半球形凹坑202-2的深度应略大于钢球904的半径； 钢球902、 903、 904的直径相等且不应小于20mm，钢球902、 903、 904的直径 优选为30鹏；
两块矩形钢板加劲肋104分别与激振器推进钢板102和连接板103及转轴 连动钢板201、 202的两端的侧面焊接，进一步保证激振器推进钢板102与的连 接板103与转轴连动钢板201、 202的连接强度和刚度，所述的矩形钢板加劲肋 104厚度优选为20mm、平面尺寸优选为600mmx600mm;
(3)如图17、 20、 21所示，4个钢转轴301为中部直径大两端直径小的三 段式同心的变截面圆柱体，中部优选直径为120nrni，两端优选直径为lOOmrn;每 个钢转轴301两端直径小的圆柱体分别穿入转轴连动钢板201和转轴连动钢板 202对应的同心钢板圆孔203中，中部直径大的圆柱体可以沿着转轴运行轨道 401自由来回滚动，从而实现振动台台面主板1垂直于激振器推进方向的水平位移；每个钢转轴301底部中心加工有深度略小于钢球905半径的半球形凹坑302， 每个凹坑302与方形凹坑座303的半球形凹坑304配合，使钢球905可以在凹 坑302和半球形凹坑304之间自由转动，使钢转轴301在圆孔203内顺畅转动， 并将钢转轴301的自重传递给转轴支承钢板501;所述的钢球905直径应不小于 20咖，直径优选为30mm;
(4)如图17、 20、 21所示，在连接板103与激振器推进钢板102下端焊接 转轴支承钢板501，该转轴支承钢板501上表面焊接4个方形凹坑座303和1个 条形的钢垫块506;所述的方形凹坑座303中心有半球形凹坑304，方形凹坑座 303的长X宽X高应不小于70mmX70mmx50ram，方形凹坑座303优选尺寸为 100imnxl00nmix6(kni;半球形凹坑304用于容纳钢球905并将钢转轴301的自重 传递给转轴支承钢板501;用于承托5和转轴连动钢板2的自重；
所述的钢垫块506上表面与转轴连动钢板202焊接，下表面与转轴支承钢 板501焊接，用于将连动钢板202的自重荷载传递至转轴支承钢板501;钢垫块 506是长度与转轴连动钢板202的宽度相等的棱柱体，优选尺寸长X宽X高为 700mm x 50咖x 50咖；
(5)如图19、 20、 21所示，转轴支承钢板501的下表面焊接不少于2个支座 钢滚轴502，优选个数为4个钢滚轴502;每个支座钢滚轴502上穿过并嵌套不 少于2个支座滚动轴承503，优选嵌套3个支座滚动轴承503;支座滚动轴承503 以支座钢滚轴502为轴自由转动，实现转轴支承钢板501及其上部承托部件在 水平横向的自由位移；
(6)如图17、 18、 19、 21、 24、 25、 26、 27所示，转轴运行轨道401是 平面形状为U形的扁体钢梁，其内壁净长/l优选为700nrni，转轴运行轨道401 U 形中部横截面尺寸hlxbl优选为50mmx 150mffl，转轴运行轨道401 U形两端横截面尺寸h2xb2优选50mmxl00咖；
在振动台台面主板1的上表面对应于转轴运行轨道401两端位置分别焊接1 块钢垫块700，每块钢垫块700通过2根10.9级高强螺栓802与连接节点板801 连接，转轴运行轨道401通过4根10.9级高强螺栓802与两端各1块节点板801 连接；这样，就把振动台台面主板1与一种振动台激振器连接装置连接起来；
转轴运行轨道401上表面中部设有钢球槽402，钢球槽402深度略小于钢球 901的直径，钢球槽402与转轴连动钢板201配合使钢球901可以在钢球槽402 内自由滚动；转轴运行轨道401的自重由两端的各2个矩形钢板柱404和各1 个箱形钢板柱403共同承担；每个矩形钢板柱404与箱形钢板柱403等高，矩 形钢板柱404优选高X宽X厚为500mmxi00mmx40咖；箱形钢板柱403由四块钢
板焊接而成，每块钢板优选厚度为40mm;
矩形钢板柱404和箱形钢板柱403的上端焊接于转轴运行轨道401的下表面， 下端焊接于轨道支座支承钢板405的上表面；
每个支座支承钢板405下面各安置一个满布钢球505的钢球盒504，支座支 承钢板405的几何中心与箱形钢板柱403的截面几何中心重合，支座支承钢板 405沿相应激振器推进方向各向外伸出长度/3 ，该外伸出长度/3应该使使振动台 达能够达到到最大位移X=±300mm， Y=±300mm，优选长度/3为350imi;
钢球505和钢球盒504用于承载转轴运行轨道401的自重并允许转轴运行 轨道401在水平面内自由滑动，钢球盒504将转轴运行轨道401、矩形钢板柱 404和箱形钢板柱403以及钢球505自重传递给钢球盒504下面的基础507;钢 球505的优选直径是50mm，每个钢球盒504由20mm厚Q345Mn钢板焊接而成， 优选盒内壁的平面尺寸为600mmx600mm的正方形盒，盒内净深度略小于钢球505 的直径；钢球505之间由润滑剂填充空隙；(8) 如图17、 24、 25所示，转轴运行轨道401 U形两端的内侧各粘贴一块 的聚氨酯垫块406，所述的聚氨酯垫块406厚度优选为20mm，用以防止钢转轴 301运行过程中对转轴运行轨道401U形两端意外撞击产生的不利影响；
(9) 如图17、 18、 19、 20所示，在振动台台面主板1上表面焊接与转轴 运行轨道401位置对应且与转轴运行轨道401内壁净长/l相等的钢球滚动槽道 601，钢球滚动槽道601宽度不为小于50mm的条形块体，钢球滚动槽道601厚 度不应小于30mm,钢球滚动槽道601上表面中部沿长度方向设深度略大于钢球 902半径的钢球凹槽602，钢球凹槽602与半球形坑201-1配合使钢球902可以 在二者之间自由滚动。
制作连接板103，矩形钢板加劲肋104，转轴连动钢板201、 202，钢转轴301， 方形凹坑座303，转轴运行轨道401，箱形钢板柱403，矩形钢板柱404，轨道支 座支承钢板405，转轴支承钢板501，支座钢滚轴502，支座滚动轴承503，钢球 盒504，钢球505，钢垫块506，钢球滚动槽道601，钢垫板700，钢球901、 902、 903、 904、 905和节点板801均采用Q345Mn级钢材，所有钢部件都预先喷涂防腐 漆，所述的焊接连接均要经过超声探伤，达到二级焊缝以上等级要求。
该水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元，通过所述的激振器推进钢 板102推动振动台台面主板1完成沿激振器101出力方向的位移和水平地震作用 通过所述的钢转轴301沿转轴运行轨道401的滚动实现振动台台面主板1垂直激 振器101出力方向的位移。
整个水平双向地震模拟振动台激振器连接装置的自重荷载由钢球盒504和支 座滚动轴承503传递给了基础507，因此激振器101只需克服钢球505之间极小的 滚动摩擦，激振器出力额外作功很小。
本发明提供的水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元，结构科学合理，克服了现有的水平双向地震模拟振动台激振器连接装置的机械间隙和几何 耦合影响，使振动台XY两个方向的位移和激振力互相独立；由于整个水平双向
地震模拟振动台激振器连接装置的自重荷载由钢球盒504和支座滚动轴承503传 递给了基础507，因此激振器101只需克服钢球505之间极小的滚动摩擦，激振器
出力额外作功很小。本发明提供一种振动台激振器连接装置能够达到最大位移 X=±30omm， Y=±300mm，而且，激振器额外作功极小，激振器效率显著提高。造
价低廉、易于维护。
有益效果本发明提供了水平双向地震模拟振动台的综合系统，减轻了台 面自重以获得更大的有效荷载的同时提供较大的内阻尼以减小局部振动、降低 运行噪音，采用的振动台激振器连接装置无几何耦合、接头刚度易保证、激振 器额外功小、易于维护、造价低廉；采用的支承运行机构不仅能为振动台面和 大吨位的模型试件提供安全有效的竖向支承，而且振动台台面可以在水平面任 意方向自由滑动，减小了运行摩擦，振动台水平位移能力不再受倾覆力矩的制 约。同时，水平双向地震模拟振动台的综合系统结构简单、造价低廉、能耗小、 能效高易于升级，实现承载和位移能力的进一步拓展。该综合系统能够达到最 大^立禾多X二土300mm， Y二土300mm，
图l是水平双向地震模拟振动台的综合系统的台面单元构成的示意图的主视图。
图2是水平双向地震模拟振动台的综合系统的台面单元构成的示意图的俯视图。
图3是水平双向地震模拟振动台的综合系统的台面单元构成的示意图的左视图。图4是图2中井形钢轨梁加劲单元2的节点A局部放大图。 图5是图4中节点A局部放大图的B-B剖面视图。 图6是图5中的C-C剖面视图。 图7是图1中的D-D剖面视图。 图8是图3中的E-E剖面视图。
图9是水平双向地震模拟振动台的综合系统的支承及运行单元构成俯视图。
图10是图9的F-F剖视图。
图11是图9的G-G剖视图。
图12是图9中S节点的局部放大视图。
图13是图12中的H-H剖视图。
图14是图13中的J-J剖视图。
图15是图10中的K-K剖视图。
图16是图11中的L-L剖视图。
图17是水平双向地震模拟振动台的综合系统的激振器连接装置的构成示意 图的主视图。
图18是图17的M-M剖视图的放大视图。
图19是图17的N-N剖视图的放大视图。
图20是图17的0-O剖视图的放大视图。
图21是图17的P-P剖视图的放大视图。
图22是图19的Q-Q剖视图的放大视图。
图23是图19的R-R剖视图的放大视图。 图24是水平双向地震模拟振动台的综合系统的激振器连接装置中转轴运行 轨道401及其辅助部件构成示意图的俯视图。图25是转轴运行轨道401的构成示意图 图26是图25的1-1剖视图 图27是图25的2-2剖视图
具体实施例方式
实施例l 本发明提供了水平双向地震模拟振动台的综合系统。该综合系 统由井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元、水平双向地震模拟 振动台支承运行机构单元和水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元构 成；所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元的各个支承接 触单元6置于水平双向地震模拟振动台支承运行机构的各支承接触单元30上，从
而使所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元和水平双向地 震模拟振动台支承运行机构单元形成连接关系；
所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元的台面主板1的 上表面对应于振动台激振器连接装置的转轴运行轨道401两端位置分别焊接1 块钢垫块700，每块钢垫块700通过2根10.9级高强螺栓802与连接节点板801 连接，转轴运行轨道401通过4根10.9级高强螺栓802与两端各1块节点板801 连接；这样，就把井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元与水平 双向地震模拟振动台激振器连接装置单元连接起来；
所述的水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元的连接板103与激振 器推进钢板102焊接，再通过2个13. 9级高强螺栓105把连接板103与激振器 推进钢板102固接，这样，就把水平双向地震模拟振动台综合系统与激振器连 接起来；
下面介绍所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元的构成。本发明提供的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元(以下简 称台面)，如图l、 2和图3所示，包括振动台台面主板l、井形钢轨梁加劲单元 2和支承接触单元6;
所述的振动台台面主板l由钢板焊接而成，其平面尺寸为4inx4m;厚度为40mm;
其用来承载和固定待测件，该振动台台面主板l的厚度除保证台面的刚度、强度，
还综合考虑了均匀传力、减少应力集中现象的发生，保证预留高强螺栓孔13的 深度，以及减小自重并提供较大内阻尼的因素；
振动台台面主板1上表面焊接有人字纹防滑覆面钢板5;
在振动台台面主板l的上表面上经机械钻孔得到固定待测件所需的预留高强 螺栓孔13,该预留高强螺栓孔13不少于16个；该预留高强螺栓孔13也贯通人字 纹防滑覆面钢板5，各个预留高强螺栓孔13均匀布置于台面主板1和人字纹防滑 覆面钢板5的上表面；每个预留高强螺栓孔13深入台面l上表面的孔深为25mm;
所述的井形钢轨梁加劲单元2由2根纵向连续钢轨梁3和2列横向分段钢轨梁 4垂直交叉布置成井字形并且焊接于振动台台面主板1的下表面构成；
如图2、 4、 5、 6所示，纵向连续钢轨梁3和横向分段钢轨梁4的每个交叉节点， 均由4块切角、刨平的三角钢板加劲肋8分别焊接于交叉节点纵向连续钢轨梁3的 梁腹和横向分段钢轨梁4的梁腹；三角钢板加劲肋8为纵向连续钢轨梁3和横向分 段钢轨梁4提供侧向支撑，保证交叉节点在地震模拟作用中不产生附加应力集 中；
所述的井形钢轨梁加劲单元2对振动台台面主板1起加劲的功能，使台面刚 度、强度在均匀分布的基础上明显提高，保证了台面荷载向运行装置的有效传 递，采用铁路钢轨主要由于其具有刚度大、抗冲击荷载能力强和取材便利的优点。如图2所示，振动台台面主板1下面设置12个支承接触单元6，沿每根所述的 纵向连续钢轨梁3和横向分段钢轨梁4各均匀安置3个支承接触单元6;为使支承 接触单元6为振动台台面主板1及其上待测件提供均匀支撑，每个支承接触单元6 的中心分别在纵向连续钢轨梁3和横向分段钢轨梁4的互相分割的三段的中心点 上；
如图l、 3所示，所述的各个支承接触单元6由等大的正方形的上层Q235钢板 9和下层Q345Mn钢板10通过埋头高强螺栓ll分别于上层Q235钢板9和下层Q345Mn 钢板iO的四角及中心点紧固连接组成；为保证振动台台面l水平双向最大位移为 X二土3oomm， Y二士3oo咖，所述的上层Q235钢板9和下层Q345Mn钢板10的平面尺寸为 700mmx700mm，所述的支承接触单元6的上层Q235钢板9的厚度为K)mm，下层 Q345Mn钢板10厚度为10mm;
如图7、 8所示，所述的短钢轨加劲肋7为在支承接触单元6的表面的Q235钢 板9和振动台台面主板1之间设置的4根分别平行纵向连续钢轨梁3和横向分段钢 轨梁4并且与支承接触单元6的边长相等的短钢轨，每个短钢轨加劲肋7均与支承 接触单元6的上层Q235钢板9的上表面和振动台台面主板1的下表面焊接；还用高 强螺栓14把纵向连续钢轨梁3、横向分段钢轨梁4及短钢轨加劲肋7与支承接触单 元6的Q235钢板9连接，各个高强螺栓14沿钢轨梁的梁轴向间距为200mra;以保证 支承接触单元6具有足够刚度；
采用Q345Mn钢板10作支承接触单元6的下层表面是利用了该材料抗冲击强 度高的优点，保证振动台台面主板l能够在水平面内自由滑动而不产生附加耗 能，在高频、反复荷载等动力荷载作用下不产生附加振动和变形。
台面的连接、刚度均通过理论计算和试验验证，在安全、可靠的前提下进 行设计。台面制作过程中所用钢构件都预先喷涂防腐漆。本发明所涉及焊接连接均要经过超声探伤，达到二级焊缝以上等级要求。
下面介绍所述的平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元的构成。
本发明提供一种平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元的构成，，如图
9、 10、 ll所示，包括运行机构底板25、井形加劲单元20、横纵钢轨梁交叉节点 加劲肋23、支承接触单元30、短钢轨加劲肋34、运行机构固定地锚41-1、 41-2 和底板耳板42;
所述的运行机构底板25由钢板构成，其厚度为40tnm;其Y方向两个边缘各 焊接不少于3块底板耳板42，厚度与运行机构底板25厚度相同，其中部有孔径 与运行机构固定地锚41-1相匹配的孔，用于穿过运行机构固定地锚41-1;
所述的运行机构固定地锚41-1上部为圆柱体下部为长方体，上部的圆柱体 直径不小于150mm ，直径为150mm ，下部的长方体尺寸不小于 250mmx250mmxl50mm，尺寸为250咖x250咖x 100mm;运行机构固定地锚41-1的 下部固定在槽道43中，运行机构固定地锚41-1的上部嵌套运行机构固定地锚 41-2， 二者配合使整个支承运行机构固定在槽道43中，槽道43固定在基础44
上；
运行机构底板25上表面按井字形分别焊接纵梁21和横梁22，井形加劲单 元20使运行机构底板25的刚度、强度在均匀分布的基础上明显提高-，
如图12、 13、 14所示，在井形加劲单元20的纵梁21和横梁22的交叉节点， 分别通过4块横纵钢轨梁交叉节点加劲肋23把纵梁21的梁腹和横梁22的梁腹焊 接，该三角形钢板23切角、刨平，直角等腰三角形钢板的强度为Q235级；由横 纵钢轨梁交叉节点加劲肋23为纵梁21和横梁22提供侧向支撑，保证交叉节点在 地震模拟作用中不产生附加应力集中；该横纵钢轨梁交叉节点加劲肋23厚度为 2()n'm;如图9、 10、 11、 15、 16所示，为使水平双向地震模拟振动台支承运行机构 既能承受地震模拟振动台的竖直方向荷载，又能保证振动台台面近似无摩擦地 在水平面内自由滑动，在所述的每根纵梁21上和每列横梁22上各安置3个支承接 触单元30，每个支承接触单元30的中心分别在纵梁21上和横梁22上的互相分割 的三段的中心点上；该支承接触单元30由钢球盒32和置于钢球盒32内的万向转 动钢球33构成；所述的钢球盒32由Q345Mn钢板焊接而成，钢球盒32底的内部平
面尺寸应保证振动台水平双向最大位移和振动台承载力要求，为保证最大位移 为X^30omm， Y-土30omin的振动台，钢球盒32的优选底的内部平面尺寸不应小于 600咖x600mm，钢球盒32的底的内部平面尺寸为600mmx600mm;钢球盒32的深度 应该略小于内置万向转动钢球33的直径，目的是保证万向转动钢球33可以在钢 球盒32内自由转动；万向转动钢球33直径为50mm;万向转动钢球33密布于钢球 盒32中，万向转动钢球33间空隙由润滑剂填充；
所述的每个钢球盒32分别与其下部的纵梁21或横梁22焊接，并在钢球盒32 的底面与运行机构底板25之间还焊接分别平行于纵梁21或横梁22的并与钢球盒 32等长的短钢轨加劲肋34，所述的短钢轨加劲肋34还与运行机构底板25通过间 距不大于200ram的高强螺栓35固定连接，螺栓间距为100mm，以保证水平自由滑 动支承单元30具有足够的强度和刚度；
下面介绍所述的平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元的构成。
本发明提供一种水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元的构成包括
(1)如图17、 19、 20所示，激振器推进钢板102与激振器101为固接，激 振器推进钢板102与连接板103焊接，再通过2个13. 9级高强螺栓105把激振 器推进钢板102与连接板103固接，所述的激振器推进钢板102和连接板103 均为矩形钢板，二者平面尺寸相同且为700mmx700nim;所述的激振器推进钢板102和连接板103 二者厚度均为50fflm;
(2)如图17、 19、 20、 22、 23所示，与连接板103的上端平齐焊接转轴 连动钢板201，在连接板103的下部焊接转轴连动钢板202，转轴连动钢板201 与转轴连动钢板202为平面尺寸及厚度均相同的两块矩形钢板，转轴连动钢板 201与转轴连动钢板202各设有分别同心的4个钢板圆孔203，转轴连动钢板201、 202平面尺寸为700mmx700mm，所述的转轴连动钢板201、 202厚度为60rnm;
钢板圆孔203用于使钢转轴301穿过转轴连动钢板201、 202，并使钢转轴 301能在钢板圆孔203中自由转动，所述的钢板圆孔203直径与钢转轴301的直 径相匹配，各个钢板圆孔203之间中心距为300mm，且孔中心至钢板边缘距离为 300mm;
转轴连动钢板201的下表面加工有一列5个半球形凹坑201-1，转轴连动钢 板202的上表面加工有两列半球形凹坑202-1、 202-2，每列凹坑个数为5个， 所述的半球形凹坑201-1与半球形的钢球凹槽602配合，钢球凹槽602安置有 钢球902并且两者是动配合；半球形凹坑202-1与转轴运行轨道401下表面配 合，半球形凹坑202-1安置有钢球903并且两者是动配合；半球形凹坑202-2 与振动台台面主板1下表面配合，半球形凹坑202-2安置有钢球904并且两者 是动配合；
半球形凹坑201-1深度为10mm，半球形凹坑202-1的深度为16mm，半球形 凹坑202-2的深度为25mm;钢球902、 903、 904的直径为30mm;
两块矩形钢板加劲肋104分别与激振器推进钢板102和连接板103及转轴连 动钢板201、 202的两端的侧面焊接，进一步保证激振器推进钢板102与的连接 板103与转轴连动钢板201 、202的连接强度和刚度，所述的矩形钢板加劲肋104 厚度为20mm、平面尺寸为600mmx600mm;(3) 如图17、 20、 21所示，所述的4个钢转轴301为中部直径大两端直径 小的三段式同心的变截面圆柱体，中部直径为120mm，两端直径为100mm;每个 钢转轴301两端直径小的圆柱体分别穿入转轴连动钢板201和转轴连动钢板202 对应的同心钢板圆孔203中，中部直径大的圆柱体可以沿着转轴运行轨道401 自由来回滚动，从而实现振动台台面主板1垂直于激振器推进方向的水平位移-, 每个钢转轴301底部中心加工有深度为lOmm的半球形凹坑302，每个凹坑302 与方形凹坑座303的半球形凹坑304配合，使钢球905可以在凹坑302和半球 形凹坑304之间自由转动，使钢转轴301在圆孔203内顺畅转动，并将钢转轴 301的自重传递给转轴支承钢板501;所述的钢球905直径为30mm;
(4) 如图17、 20、 21所示，在连接板103与激振器推进钢板102下端焊接 转轴支承钢板501，该转轴支承钢板501上表面焊接4个方形凹坑座303和1个 条形的钢垫块506;所述的方形凹坑座303中心为半球形凹坑304同心，方形凹 坑座303的长X宽X高为100mmx 100mmx60mm;半球形凹坑304用于容纳钢球905 并将钢转轴301的自重传递给转轴支承钢板501;用于承托5和转轴连动钢板2 的自重；
所述的钢垫块506上表面与转轴连动钢板202焊接，下表面与转轴支承钢 板501焊接，用于将连动钢板202的自重荷载传递至转轴支承钢板501;钢垫块 506是长度与转轴连动钢板202的宽度相等的棱柱体，其长X宽X高为 700mm x 50mm x 50mm;
(5) 如图19、 20、 21所示，所述的转轴支承钢板501的下表面焊接4个钢 滚轴502;每个支座钢滚轴502上穿过并嵌套3个支座滚动轴承503;支座滚动 轴承503以支座钢滚轴502为轴自由转动，实现转轴支承钢板501及其上部承 托部件在水平横向的自由位移；(6)如图17、 18、 19、 21、 24、 25、 26、 27所示，转轴运行轨道401是内 壁净长/l为700nrni平面形状为U形的扁钢梁，转轴运行轨道401U形中部横截面 尺寸hlxbl为50mmxl50mm，转轴运行轨道401U形两端横截面尺寸h2xb2为 50mmx 100mm;
先在振动台台面主板1的上表面对应于转轴运行轨道401两端位置分别焊 接1块钢垫块700，每块钢垫块700通过2根10. 9级高强螺栓802与连接节点 板801连接，转轴运行轨道401通过4根10. 9级高强螺栓802与两端各1块节 点板801连接；
转轴运行轨道401上表面中部设有钢球槽402，钢球槽402深度略小于钢球 901的直径，钢球槽402与转轴连动钢板201配合使钢球901可以在钢球槽402 内自由滚动；转轴运行轨道401的自重由两端的各2个矩形钢板柱404和各1 个箱形钢板柱403共同承担；每个矩形钢板柱404与箱形钢板柱403等高，矩 形钢板柱404高X宽X厚为500咖xl00mmx40mm;箱形钢板柱403由四块钢板焊 接而成，每块钢板厚度为40imn;
矩形钢板柱404和箱形钢板柱403的上端焊接于转轴运行轨道401的下表面， 下端焊接于轨道支座支承钢板405的上表面；
每个支座支承钢板405下面各安置一个满布钢球505的钢球盒504，支座支 承钢板405的几何中心与箱形钢板柱403的截面几何中心重合，支座支承钢板 405沿相应激振器推进方向各向外伸出箱形钢板柱403两端的长度/3为350mm; 钢球505和钢球盒504用于承载转轴运行轨道401的自重并允许转轴运行轨道 401在水平面内自由滑动，钢球盒504将转轴运行轨道401、矩形钢板柱404和 箱形钢板柱403以及钢球505自重传递给钢球盒504下面的基础507;钢球505 的直径是50mm，每个钢球盒504由20mm厚Q345Mn钢板焊接而成，内壁为600mmx600fflin的正方形，盒内净深度为45mm;钢球505之间由润滑剂填充空隙；
(8) 如图17、 24、 25所示，转轴运行轨道401两端的内侧各粘贴一块的聚 氨酯垫块406，所述的聚氨酯垫块406厚度为20ram，用以防止钢转轴301运行 过程中对转轴运行轨道401端部意外撞击产生的不利影响；
(9) 如图17、 18、 19、 20所示，在振动台台面主板1上表面焊接与转轴 运行轨道401位置对应且长度为700mm的钢球滚动槽道601，钢球滚动槽道601 为宽度为60mm的条形块体，钢球滚动槽道601厚度为30mm，钢球滚动槽道601 上表面中部沿长度方向设深度为20mm的钢球凹槽602，钢球凹槽602与半球形 坑201-1配合使钢球902可以在二者之间自由滚动。
连接板103，矩形钢板加劲肋104，转轴连动钢板201、 202，钢转轴301，方 形凹坑座303，转轴运行轨道401，箱形钢板柱403，矩形钢板柱404，轨道支座 支承钢板405，转轴支承钢板501，支座钢滚轴502，支座滚动轴承503，钢球盒 504，钢球505，钢垫块506，钢球滚动槽道601，钢垫板700，钢球901、 902、 903、 904、 905和节点板801均采用Q345Mn级钢材制成，所有钢部件都预先喷涂防腐漆， 所述的焊接连接均要经过超声探伤，达到二级焊缝以上等级要求。
制作和安装首先分别加工水平双向地震模拟振动台的台面单元、激振器 连接装置单元和支承运行机构单元。然后吊装、固定支承运行机构，通过地锚 使其固定于基础。吊装台面结构，将其放置与运行机构正上方，使台面单元的 支承接触单元6与支承接触单元30的形心重合。再将激振器连接装置单元与台面 单元连接。最后连接激振器的激振器推进钢板102与激振器连接装置单元的连接 板103，使激振器连接装置和激振器刚接。加工、制作过程中所用钢构件都预先 喷涂防腐漆。本发明所涉及焊接连接均经过超声探伤，达到二级焊缝以上等级 要求。本发明的有益效果是振动台台面自重轻，有效荷载大；台面刚度大，弯曲 频率高；内阻尼大，运行噪音小；系统刚度分布均匀，减小了应力集中现象；
增大了振动台的负载能力和水平位移能力；减小了运行摩擦，避免了连接装置
的机械间隙和几何耦合影响，提高了振动台的工作效率。易于维护和升级，结 构简单、造价低廉、能耗小、能效高。
权利要求
1、水平双向地震模拟振动台的综合系统，其特征在于，该综合系统由井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元、水平双向地震模拟振动台支承运行机构单元和水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元构成；所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元的各个支承接触单元6置于水平双向地震模拟振动台支承运行机构的各支承接触单元30上，从而使所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元和水平双向地震模拟振动台支承运行机构单元形成连接关系；所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元的台面主板1的上表面对应于振动台激振器连接装置的转轴运行轨道401两端位置分别焊接1块钢垫块700，每块钢垫块700通过2根10.9级高强螺栓802与连接节点板801连接，转轴运行轨道401通过4根10.9级高强螺栓802与两端各1块节点板801连接；这样，就把井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元与水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元连接起来；所述的水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元的连接板103与激振器推进钢板102焊接，再通过2个13.9级高强螺栓105把连接板103与激振器推进钢板102固接，这样，就把水平双向地震模拟振动台综合系统与激振器连接起来；所述的井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面的构成有台面主板(1)、井形钢轨梁加劲单元(2)和支承接触单元(6)；所述的台面主板(1)由钢板焊接而成；台面主板(1)上表面焊接有人字纹防滑覆面钢板(5)；在所述的台面主板(1)的上表面上经机械钻孔得到固定待测件所需的多个预留高强螺栓孔(13)，该预留高强螺栓孔(13)也贯通人字纹防滑覆面钢板(5)，各个预留高强螺栓孔(13)均匀布置于台面主板(1)和人字纹防滑覆面钢板(5)的上表面；所述的井形钢轨梁加劲单元(2)由横向连续钢轨梁(3)和纵向分段钢轨梁(4)垂直交叉放置并且焊接于台面主板(1)的下表面构成；横向连续钢轨梁(3)和纵向分段钢轨梁(4)的每个交叉节点，均由4块切角、刨平的三角钢板加劲肋(8)分别焊接于交叉节点横向连续钢轨梁(3)的梁腹和纵向分段钢轨梁(4)的梁腹；所述的台面主板(1)的下面的每根横向连续钢轨梁(3)和纵向分段钢轨梁(4)各均匀安置3个支承接触单元(6)；每个支承接触单元(6)的中心分别在横向连续钢轨梁(3)和纵向分段钢轨梁(4)的互相分割的三段的中心点上；所述的支承接触单元(6)均由等大的正方形的上层Q235钢板(9)和下层Q345Mn钢板(10)通过埋头高强螺栓(11)分别于上层Q235钢板(9)和下层Q345Mn钢板(10)的四角及中心点紧固连接组成；所述的短钢轨加劲肋(7)为在支承接触单元(6)的上表面的Q235钢板(9)和台面主板(1)之间设置的4根分别平行横向连续钢轨梁(3)和纵向分段钢轨梁(4)并且与支承接触单元(6)的长度相等的短钢轨，短钢轨加劲肋(7)均与支承接触单元(6)的上层Q235钢板(9)的上表面和台面主板(1)的下表面焊接，还用高强螺栓(14)把横向连续钢轨梁(3)、纵向分段钢轨梁(4)及短钢轨加劲肋(7)与支承接触单元(6)的Q235钢板(9)连接；所述的水平双向地震模拟振动台支承运行机构有运行机构的构成能够有底板(25)、井形加劲单元(20)、横纵钢轨梁交叉节点加劲肋(23)、支承接触单元(30)、短钢轨加劲肋(34)、运行机构固定地锚(41-1、41-2)和底板耳板(42)；所述的运行机构底板(25)由钢板构成；其两个边缘各焊接不少于3块底板耳板(42)，厚度与运行机构底板(25)厚度相同，其中部有孔径与运行机构固定地锚(41-1)相匹配的孔，用于穿过运行机构固定地锚(41-1)；所述的运行机构固定地锚(41-1)上部为圆柱体下部为长方体，运行机构固定地锚(41-1)的下部固定在槽道(43)中，运行机构固定地锚(41-1)的上部嵌套运行机构固定地锚(41-2)，二者配合使整个支承运行机构固定在槽道(43)中，槽道(43)固定在基础(44)上；运行机构底板(25)上表面按井字形分别焊接2根连续纵向钢轨梁(21)和2列分段横向钢轨梁(22)构成井形加劲单元(20)；在每个井形加劲单元20的连续纵向钢轨梁(21)和2列分段横向钢轨梁(22)的交叉节点，均分别通过4块强度为Q235级以上的切角、刨平的直角等腰三角形钢板把纵梁(21)的梁腹和横梁22的梁腹焊接；所述的每根纵梁(21)上和每列横梁(22)上各安置3个支承接触单元(30)，每个支承接触单元(30)的中心分别在纵梁(21)上和横梁(22)上的互相分割的三段的中心点上；该支承接触单元(30)由钢球盒(32)和置于钢球盒(32)内的万向转动钢球(33)构成；所述的钢球盒(32)由Q345Mn钢板焊接而成，钢球盒32底的内部平面尺寸应保证振动台水平双向最大位移和振动台承载力要求，钢球盒(32)的深度应该略小于内置万向转动钢球(33)的直径，保证万向转动钢球(33)可以在钢球盒(32)内自由转动，万向转动钢球33密布于钢球盒(32)中，球间空隙由润滑剂填充；所述的每个钢球盒(32)分别与其下部的纵梁(21)或横梁(22)焊接，并在钢球盒(32)的底面与运行机构底板(25)之间还焊接分别平行于连续纵向钢轨梁(21)和2列分段横向钢轨梁(22)的并与钢球盒(32)等长的短钢轨加劲肋(34)，所述的短钢轨加劲肋(34)还与运行机构底板25通过高强螺栓(35)固定连接；水平双向地震模拟振动台激振器连接装置的构成如下连接板(103)与激振器推进钢板(102)焊接，通过2个13.9级高强螺栓(105)把二者再固接，所述的连接板(103)和激振器推进钢板(102)均为尺寸相等的矩形钢板；与连接板(103)的上端平齐焊接转轴连动钢板(201)，在连接板(103)的下部焊接转轴连动钢板(202)，转轴连动钢板(201)与转轴连动钢板(202)为平面尺寸及厚度均相同的两块矩形钢板，转轴连动钢板(201)与转轴连动钢板(202)各设有分别同心的4个钢板圆孔(203)；所述的转轴连动钢板(201)和转轴连动钢板(202)尺寸相同；所述的钢板圆孔(203)直径与钢转轴(301)的两端直径小的圆柱体的直径相匹配，钢转轴(301)的两端直径小的圆柱体分别穿过钢板圆孔(203)，并使钢转轴(301)能在钢板圆孔(203)中自由转动，各个钢板圆孔(203)之间中心距不应小于3倍的钢板圆孔(203)圆孔直径，且孔中心至钢板边缘距离不应小于2倍的钢板圆孔(203)圆孔直径；转轴连动钢板(201)的下表面加工有一列5个半球形凹坑(201-1)，转轴连动钢板(202)的上表面加工有两列半球形凹坑(202-1、202-2)，每列凹坑个数为5个，所述的半球形凹坑(201-1)与半球形的钢球凹槽(602)配合，钢球凹槽(602)安置有钢球(902)并且两者是动配合；半球形凹坑(202-1)与转轴运行轨道(401)下表面配合，半球形凹坑(202-1)安置有钢球(903)并且两者是动配合；半球形凹坑(202-2)与振动台台面主板(1)下表面配合，半球形凹坑(202-2)安置有钢球(904)并且两者是动配合；半球形凹坑(201-1)深度应略小于钢球(902)的半径，半球形凹坑(202-1)的深度应略大于钢球(903)的半径，半球形凹坑(202-2)的深度应略大于钢球(904)的半径；钢球(902)、钢球(903)和钢球(904)的直径相等；两块矩形钢板加劲肋(104)分别与激振器推进钢板(102)、连接板(103)、转轴连动钢板(201)和(202)的两端的侧面焊接；4个钢转轴(301)为中部直径大两端直径小的三段式同心的变截面圆柱体，每个钢转轴(301)两端直径小的圆柱体分别穿入转轴连动钢板(201)和转轴连动钢板(202)对应的同心钢板圆孔(203)中，中部直径大的圆柱体可以沿着转轴运行轨道(401)自由来回滚动实现振动台台面主板(1)垂直于激振器推进方向的水平位移；每个钢转轴(301)底部中心加工有深度略小于钢球(905)半径的半球形凹坑(302)，每个凹坑(302)与方形凹坑座(303)的半球形凹坑(304)配合，使钢球(905)可以在凹坑(302)和半球形凹坑(304)之间自由转动，使钢转轴(301)在圆孔(203)内顺畅转动，并将钢转轴(301)的自重传递给转轴支承钢板(501)；在连接板(103)与激振器推进钢板(102)下端焊接转轴支承钢板(501)，该转轴支承钢板(501)上表面焊接4个方形凹坑座(303)和1个条形的钢垫块(506)；所述的方形凹坑座(303)中心有半球形凹坑(304)，半球形凹坑(304)用于容纳钢球(905)并将钢转轴(301)的自重传递给转轴支承钢板(501)；所述的钢垫块(506)上表面与转轴连动钢板(202)焊接，下表面与转轴支承钢板(501)焊接，用于将连动钢板(202)的自重荷载传递至转轴支承钢板(501)；钢垫块(506)是长度与转轴连动钢板(202)的宽度相等的棱柱体；转轴支承钢板(501)的下表面焊接不少于2个支座钢滚轴(502)；每个支座钢滚轴(502)上穿过并嵌套不少于2个支座滚动轴承(503)；支座滚动轴承(503)以支座钢滚轴(502)为轴自由转动，实现转轴支承钢板(501)及其上部承托部件在水平横向的自由位移；转轴运行轨道(401)是平面形状为U形的扁钢梁；在振动台台面主板(1)的上表面对应于转轴运行轨道(401)两端位置分别焊接1块钢垫块(700)，每块钢垫块(700)通过2根10.9级高强螺栓(802)与连接节点板(801)连接，转轴运行轨道(401)通过4根10.9级高强螺栓(802)与两端各1块节点板(801)连接；转轴运行轨道(401)上表面中部设有钢球槽(402)，钢球槽(402)深度略小于钢球(901)的直径，钢球槽(402)与转轴连动钢板(201)配合使钢球(901)可以在钢球槽(402)内自由滚动；转轴运行轨道(401)的自重由两端的各2个矩形钢板柱(404)和各1个箱形钢板柱(403)共同承担；每个矩形钢板柱(404)与箱形钢板柱(403)等高；箱形钢板柱(403)由四块等尺寸的钢板焊接而成；矩形钢板柱(404)和箱形钢板柱(403)的上端焊接于转轴运行轨道(401)的下表面，下端焊接于轨道支座支承钢板(405)的上表面；每个支座支承钢板(405)下面各安置一个满布钢球(505)的钢球盒(504)，支座支承钢板(405)的几何中心与箱形钢板柱(403)的截面几何中心重合，支座支承钢板(405)沿相应激振器推进方向各向外伸出箱形钢板柱(403)两端的长度l3应保证振动台达到最大位移X＝±300mm，Y＝±300mm；钢球(505)和钢球盒(504)用于承载转轴运行轨道(401)的自重并允许转轴运行轨道(401)在水平面内自由滑动，钢球盒(504)将转轴运行轨道(401)、矩形钢板柱(404)和箱形钢板柱(403)以及钢球(505)自重传递给钢球盒(504)下面的基础(507)；每个钢球盒(504)由Q345Mn钢板焊接而成，盒内净深度略小于钢球(505)的直径；钢球(505)之间由润滑剂填充空隙；转轴运行轨道(401)U形两端的内侧各粘贴一块的聚氨酯垫块(406)；在振动台台面主板(1)上表面焊接与转轴运行轨道(401)位置对应且与转轴运行轨道(401)内壁净长l1相等的钢球滚动槽道(601)，钢球滚动槽道(601)上表面中部沿长度方向设深度略大于钢球(902)半径的钢球凹槽(602)，钢球凹槽(602)与半球形坑(201-1)配合使钢球(902)可以在二者之间自由滚动。
全文摘要
本发明提供了水平双向地震模拟振动台的综合系统。该综合系统由井形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面单元、水平双向地震模拟振动台支承运行机构单元和水平双向地震模拟振动台激振器连接装置单元构成；所述的台面单元的自重轻有效荷载大，大的内阻尼使局部振动小、噪音低；所述的振动台激振器连接装置无几何耦合、接头刚度易保证、激振器额外功小；所述的支承运行机构承载模型试件重，振动台台面可在水平面任意方向滑动，运行摩擦小，振动台水平位移能力不受倾覆力矩制约。水平双向地震模拟振动台能够达到最大位移为X＝±300mm，Y＝±300mm，结构简单、造价低廉、能耗小、能效高，易于升级，实现承载和位移能力的进一步拓展。
文档编号G01V1/145GK101556333SQ200910066560
公开日2009年10月14日 申请日期2009年2月24日 优先权日2009年2月24日
发明者董世贵, 董丽欣 申请人:吉林建筑工程学院