专利名称：一种模拟地震发生及传播土结相互作用的试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于模拟地震发生及传播土体-结构动力相互作用的试验装置， 属于地震工程研究领域。
背景技术：
众所周知，地震的发生多是由断层错动而起。振动台模型试验是研究土与结构动 力相互作用的一个重要手段，在岩土地震工程界具有重要地位。利用模型试验真实模拟地 震发生及传播中土与结构动力相互作用是地震工程界的一个研究方向。其中，如何模拟断 层错动是研究问题的一个难点，设计相应的试验模型箱装置是利用多台阵振动台试验系统 对其实现的一个重要环节，目前相应的试验模型箱装置未见报道。
发明内容
为能试验实现地震发生全过程，基于多台阵振动台系统，本发明设计了一种可用 于多点激励的分段柔性连接模型箱试验装置，并提出了相应的试验方法。该试验装置与多 台阵振动台系统相结合，可以实现对断层(走滑断层、正断层、逆断层)错动的模拟，进而可 开展地震发生全过程下土与结构动力相互作用的模型试验研究。为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案该装置为一分段柔性连接模型 箱，由刚性部分和柔性部分相间组成；所述刚性部分为由刚性材料制成的箱体，相邻刚性部 分的相对面均敞口 ；所述柔性部分由万向节对装置、U型钢骨架和橡胶膜构成；所述万向节 对装置包括两个可转动万向节和连接在两个可转动万向节之间的带滑道钢连接杆，所述可 转动万向节由固定的弧形底座和上部构件构成，弧形底座和上部构件之间通过上、下两道 轴承连为整体，以保证万向节竖直并能水平转动；所述两个可转动万向节的弧形底座分别 固定于模型箱的两相邻刚性部分上，带滑道钢连接杆一端与一万向节上部构件上端固定连 接，另一端通过滚轴与另一万向节上部构件上端滑动连接，从而保证两个万向节可相对错 动。所述U型钢骨架与带滑道钢连接杆构成滑动连接，二者之间能够左右滑动。橡胶膜铺设 于由所述U型钢骨架、万向节对装置组成的U型空间内，并与模型箱刚性部分相连接，并保 证密封。U型钢骨架尺寸与模型箱刚性部分横截面尺寸一致。所述模型箱刚性部分依据单 个振动台台面尺寸及载重设计，要求相邻刚性分段相对面敞口，以保证上覆土层的连续性。所述可转动万向节的弧形底座与上部构件的接触表面呈弧形，所述可转动万向节 的上部构件的截面呈倒“凸”字型，且上部构件的底部也为弧形，所述弧形底座与上部构件 的接触表面的弧度比上部构件的底部弧度大。所述带滑道钢连接杆中的滑道为通长滑道，其外表面设置有凹槽，U型钢骨架的四 个角端焊接有连接构件，该连接构件内表面设置有能够与该凹槽相配合的滚轴，滚轴能够 沿着凹槽滚动，保证U型钢骨架能够沿带滑道钢连接杆滑动。所述万向节对装置为四个，分别布置在模型箱刚性部分的四个角端的上/下面。采用本装置进行试验，其方法如下
1)将试验土层放置于刚性部分的箱体内；2)将模型箱刚性分段放置于相应的振动台台面上；3)试验时将试验土体放置于此试验箱内，并将结构模型埋置其中，按需要布置相 应的传感器；4)对模拟断层错动的两相邻振动台施加不同的激励，以模拟地震发生；5)考虑地震动在介质中传播的行波效应，按相似律对其他振动台施加相应的不同 速度激励，从而考虑地震动的传播；6)通过传感器记录土体与结构的动力响应，完成试验。本发明的有益效果是，保证振动台上模型箱的刚性分段的相对水平转动和竖向运 动，从而模拟断层(走滑断层、正断层、逆断层)错动；同时，又能保证上覆土层的连续性。 通过对其中两台面施加不同激励模拟断层错动，然后考虑地震波传播的行波效应，按相似 律通过对其他台面施加不同速度激励模拟地震发生全过程，进而研究土与结构动力相互作用。
图1是本发明模型箱试验装置整体构造示意图；图2是局部连接部分剖面图；图3是万向节对装置剖面图；图4是图3中左端万向节剖面图；图5是图3中右端万向节剖面图；图6是滚轴示意图；图7是轴承示意图；图8是带滑道连接钢杆的横截面示意图；图9是连接U型钢骨架与带滑道钢杆的连接构件剖面示意图；图中1-模型箱刚性段，2-模型箱柔性段，3-万向节对，4-可转动万向节，5-带滑 道钢连接杆，6-弧形底座，7-上部构件，8-轴承，9-销钉，10-滚轴。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明如图1 图9所示，本发明中的模拟地震发生及传播土结相互作用的模型试验装 置，利用软连接试验模型箱结合多台阵振动台系统实现，试验中考虑地震动传播介质及模 型相似律。软连接试验模型箱为盛土及结构容器，由刚性部分和柔性部分两部分相间组成。 如图1、图2所示，刚性部分为由刚性材料制成的箱体，相邻刚性部分的相对面均敞口。如 图3所示，柔性部分由万向节对装置3、U型钢骨架和橡胶膜构成。万向节对装置的结构如 图3所示，包括两个可转动万向节4和连接在两个可转动万向节之间的带滑道钢连接杆5。 万向节对装置通过带滑道钢连接杆5分别与两个可转动万向节4相连。可转动万向节4的 结构如图4、图5所示，由弧形底座6和上部构件7构成，弧形底座6和上部构件7之间通 过上、下两道轴承8连为整体，以保证万向节4竖直并能水平转动。带滑道钢连接杆5 —端 通过销钉9与一万向节上部构件7上端固定连接，带滑道钢连接杆5另一端通过滑轴10与另一万向节上部构件7上端滑动连接，从而保证两个万向节4可相对错动。其中，万向节上 部构件截面呈倒“凸”字型，且万向节上部构件底面也为弧形，弧形底座的弧度比上部构件 的底面弧度大，弧形底座与模型箱刚性段连为整体。U型钢骨架通过滑动连接构件与带滑 道钢连接杆相连，如图8、图9所示，带滑道钢连接杆的外表面设置有凹槽，U型钢骨架的四 个角端与连接构件焊接，该连接构件内表面设置有能够与该凹槽相配合的滚轴，滚轴能够 沿着凹槽滚动，保证U型钢骨架能够沿带滑道钢连接杆滑动。橡胶膜铺设于所述U型钢骨 架、万向节对装置组成的U型空间内，并与模型箱刚性分段连接。U型钢骨架尺寸与模型箱 刚性分段横截面尺寸一致。带滑道钢连接杆中的滑道为通长滑道，万向节对装置为四个，分 别布置在模型箱刚性部分的四个角端的上/下面。应用本装置进行试验时，地震发生通过两个相邻振动台台面及其上的模型箱刚性 段的错动实现，具体试验方法如下1)将试验土层放置于刚性部分的箱体内；2)将所述分段软连接模型箱试验装置放置于相应的振动台台面上，模型箱刚性部 分与振动台台面对应。3)试验时将模型土体放置于此试验箱内，并将结构模型埋置其中，按需要布置相 应的传感器。4)对模拟断层错动的两相邻振动台施加不同的激励，以模拟地震发生。5)考虑地震波在介质中传播的行波效应，按相似律对其他振动台施加相应的不同 速度激励，从而考虑地震动的传播。6)通过传感器记录土体与结构的动力响应，完成试验。以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。
权利要求
一种模拟地震发生及传播土结相互作用的试验装置，其特征在于该装置为一分段柔性连接模型箱，由刚性部分和柔性部分相间组成；所述刚性部分为由刚性材料制成的箱体，相邻刚性部分的相对面均敞口；所述柔性部分由万向节对装置、U型钢骨架和橡胶膜构成；所述万向节对装置包括两个可转动万向节和连接在两个可转动万向节之间的带滑道钢连接杆，所述可转动万向节由弧形底座和上部构件构成，弧形底座和上部构件之间通过上、下两道轴承连为整体，以保证万向节竖直并能水平转动；所述两个可转动万向节的弧形底座分别固定于模型箱的两相邻刚性部分上，带滑道钢连接杆一端与一万向节上部构件上端固定连接，另一端通过滚轴与另一万向节上部构件上端滑动连接；所述U型钢骨架与带滑道钢连接杆构成滑动连接，二者之间能够左右滑动；橡胶膜铺设于由所述U型钢骨架、万向节对装置组成的U型空间内，并与模型箱刚性部分相连接，所述U型钢骨架尺寸与模型箱刚性部分横截面尺寸一致。
2.根据权利要求1所述的一种模拟地震发生及传播土结相互作用的试验装置，其特征 在于所述可转动万向节的弧形底座与上部构件的接触表面呈弧形，所述可转动万向节的 上部构件的截面呈倒“凸”字型，且上部构件的底面也为弧形，所述弧形底座与上部构件的 接触表面的弧度比上部构件的底面弧度大。
3.根据权利要求1所述的一种模拟地震发生及传播土结相互作用的试验装置，其特征 在于所述的带滑道钢连接杆的外表面设置有凹槽，U型钢骨架的四个角端焊接有连接构 件，该连接构件内表面设置有能够与该凹槽相匹配的滚轴，滚轴能够沿着凹槽滚动，保证U 型钢骨架能够沿带滑道钢连接杆滑动。
4.根据权利要求1所述的一种模拟地震发生及传播土结相互作用的试验装置，其特征 在于所述万向节对装置为四个，分别布置在模型箱刚性部分的四个角端的上下面。
全文摘要
本发明是地震工程研究中的一种模拟地震发生及传播土结相互作用的试验装置。该装置由刚性部分和柔性部分相间组成。柔性部分由万向节对装置、U型钢骨架和橡胶膜构成。带滑道钢连接杆一端与一万向节上部构件上端固定连接，另一端通过滚轴与另一万向节上部构件上端连接。U型钢骨架通过可滑动连接构件与带滑道钢连接杆相连。橡胶膜铺设于U型钢骨架、万向节对装置组成的U型空间内，并与模型箱刚性分段连接。本发明结合多台阵振动台系统，通过对模拟断层错动的两相邻振动台施加不同的激励，以模拟地震发生。按相似律对其他振动台施加相应的不同速度激励，从而考虑地震动在介质中的传播，进而研究土与结构动力相互作用。
文档编号G01V1/28GK101957453SQ20101025999
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者张盛夏, 李立云, 杜修力, 黄增斌 申请人:北京工业大学