专利名称：井字形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及井字形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面。
背景技术：
国内外地震模拟振动台台面主要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，内阻尼大，振动台运行中无高频 噪声， 一次性投入成本低。但其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 已很少使用。
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，即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。
与铝合金及镁铝合金台面相比，钢焊结构台面强度大，造价略低。公知的 绝大部分振动台台面结构采用钢焊结构。
目前，国外设计的振动台台面多采用厚度为120mm-150mm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。现有中国国内设计的振 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。为了待测件与台面的连接需要在台面上设置螺母。螺母需要焊接在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。(《地震模拟振动台 的设计与应用技术》黄浩华著地震出版社)其加工工艺复杂，加之格栅钢板制
作成本又较高，使得4mx4m格栅钢焊结构振动台台面的造价通常需要数十万人 民币。而整个地震模拟振动台的造价，通常高达数百万甚至千万元以上。 发明内容
为了降低制造成本及维护费用，在减轻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，本实用新型提供一种 井字形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面。该台面是利用铁路上常用 的钢轨按井字形加劲的水平双向地震模拟振动台台面。
本实用新型提供的井字形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面(以下 简称台面)，如图1、 2和图3所示，包括振动台台面主板、井字形钢轨梁加劲 单元、支承接触单元构成；
要说明:本实用新型以下所涉及的部件的尺寸数值，均为台面主板为4mx4m 规格的井字形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面的相应的部件尺寸数 值。
所述的振动台台面主板由钢板焊接而成，其平面尺寸优选为4mx4m;厚度应 不小于40mm，厚度优选为40mm;其用来承载和固定待测件，该振动台台面主板的 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；
振动台台面主板上表面焊接有人字纹防滑覆面钢板5;
在振动台台面主板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，该预留高强螺栓孔不少于16个；该预留高强螺栓孔也贯通人字纹防滑覆面钢板，各个预留高强螺栓孔均匀布置于台面主板和人字纹防滑覆面钢
板的上表面；每个预留高强螺栓孔优选深入台面上表面的孔深为25mm;
所述的井字形钢轨梁加劲单元由2根横向连续钢轨梁和2列纵向分段钢轨梁 垂直交叉布置成井字形并且焊接于振动台台面主板的下表面构成；
如图2、 4、 5、 6所示，横向连续钢轨梁和纵向分段钢轨梁的每个交叉节点， 均由4块切角、刨平的三角钢板加劲肋分别焊接于交叉节点横向连续钢轨梁的梁 腹和纵向分段钢轨梁的梁腹；三角钢板加劲肋为横向连续钢轨梁和纵向分段钢 轨梁提供侧向支撑，保证二者在地震模拟作用下保持稳定；
所述的井字形钢轨梁加劲单元对振动台台面主板起加劲的功能，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，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，振动台台面主板下面设置12个支承接触单元，沿每根所述的横 向连续钢轨梁和纵向分段钢轨梁各均匀安置3个支承接触单元；为使支承接触单 元为振动台台面主板及其上待测件提供均匀支撑，每个支承接触单元的中心分 别在横向连续钢轨梁和纵向分段钢轨梁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由等大的正方形的上层Q235钢板 和下层Q345Mn钢板通过埋头高强螺栓分别于上层Q235钢板和下层Q345Mn钢板的 四角及中心点紧固连接组成；为保证振动台台面水平双向最大位移为X二i3oomm， Y=±300mm，所述的上层Q235钢板和下层Q345Mn钢板的平面尺寸均应不小于 700mmx700mm，优选700咖x700mm，所述的支承接触单元的上层Q235钢板的厚度 优选为10mm，下层Q345Mn钢板厚度优选为10mm;
如图7、 8所示，所述的短钢轨加劲肋为在支承接触单元的表面的Q235钢板和振动台台面主板之间设置的4根分别平行横向连续钢轨梁和纵向分段钢轨梁 并且与支承接触单元的边长相等的短钢轨，每个短钢轨加劲肋均与支承接触单 元的上层Q235钢板的上表面和振动台台面主板的下表面焊接；还用高强螺栓把 横向连续钢轨梁、纵向分段钢轨梁及短钢轨加劲肋与支承接触单元的Q235钢板 连接，各个高强螺栓沿钢轨梁的梁轴向间距优选为200咖；以保证支承接触单元 具有足够刚度；
采用Q345Mn钢板作支承接触单元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。本实用新型所涉及焊 接连接均要经过超声探伤，达到二级焊缝以上等级要求。
使用时，本实用新型提供的井字形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台 台面置于水平双向地震模拟振动台支承运行机构上，并与水平双向地震模拟振 动台激振器连接装置连接，具体的是本实用新型的钢轨梁加劲的水平双向地震 模拟振动台台面的各个支承接触单元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上面配合使用。
有益效果由于设计合理、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l/4-l/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 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。 本实用新型的台面刚度大，弯曲频率高，台面线刚度为公知的同类格栅板结构 钢焊台面的1.5-3倍；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^士300咖，Y-土300咖。取材方便、工艺简单。
图l是本实用新型实施例的台面结构构成的示意图的主视图。 图2是本实用新型实施例的台面结构构成的示意图的俯视图。 图3是本实用新型实施例的台面结构构成的示意图的左视图。 图4是图2中井字形钢轨梁加劲单元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剖面视图局部放大图。 图6是图5中的C-C剖面视图局部放大图。 图7是图1中的D-D剖面视图局部放大图。 图8是图3中的E-E剖面视图局部放大图。
具体实施方式
如图l、 2和图3所示，本实用新型提供的井字形钢轨梁加劲的水平双向地 震模拟振动台台面(以下简称台面)，包括振动台台面主板1、井字形钢轨梁加 劲单元2、支承接触单元6构成；
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4iDx4m;厚度应 不小于40mm，厚度优选为40咖；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为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;
所述的井字形钢轨梁加劲单元2由2根横向连续钢轨梁3和2列纵向分段钢轨 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，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；三角钢板加劲肋8为横向连续钢轨粱3和纵向分 段钢轨梁4提供侧向支撑，保证二者在地震模拟作用下保持稳定；
所述的井字形钢轨梁加劲单元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 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;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；
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=±300M，所述的上层Q235钢板9和下层Q345Mn钢板10的平面尺寸均 为700mmx700mm，所述的支承接触单元6的上层Q235钢板9的厚度为10咖，下层Q345Mn钢板10厚度为10咖；
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，各个高强螺栓14沿钢轨梁的梁轴向间距为200mm;以保证 支承接触单元6具有足够刚度；
釆用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。本实用新型所涉及焊 接连接均要经过超声探伤，达到二级焊缝以上等级要求。
使用时，本实用新型提供的井字形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台 台面置于水平双向地震模拟振动台支承运行机构上，并与水平双向地震模拟振 动台激振器连接装置连接，具体的是本实用新型的井字形钢轨梁加劲的水平双 向地震模拟振动台台面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上面配合使用。
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权利要求1、井字形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面，其特征在于，该台面包括台面主板(1)、井字形钢轨梁加劲单元(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；所述的井字形钢轨梁加劲单元(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。
专利摘要本实用新型提供了井字形钢轨梁加劲的水平双向地震模拟振动台台面，其构成包括振动台台面主板(1)、井字形钢轨梁加劲单元(2)和支承接触单元(6)。按本实用新型的技术方案制备的4m×4m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，材料节省，造价低，有效荷载更大；由于内阻尼大，其运行噪音明显小于同级别的钢焊台面和合金台面，运行于70Hz以下时不会引起台体高频局部振动。本实用新型的台面刚度大，弯曲频率高，台面线刚度为公知的同类格栅板结构钢焊台面的1.5-3倍；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＝<sub>±300</sub>mm，Y＝<sub>±300</sub>mm。
文档编号G01M7/06GK201397224SQ20092009305
公开日2010年2月3日 申请日期2009年2月24日 优先权日2009年2月24日
发明者苟志民, 董世贵, 董丽欣 申请人:吉林建筑工程学院