专利名称：积木式模拟地震振动台台阵系统机械运动机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模拟地震振动试验的设备，它为模拟地震振动台试验提供一种在试件尺寸可以任意调整，振动方向可以随意组合的极其灵活、方便的积木式地震模拟振动台台阵系统的机械运动机构。
背景技术：
模拟地震振动台是抗地震研究工作中的重要试验设备，多地震国家均已建造了不少此种设备，规模最大的是日本，已建成15×15m2的垂直与一个水平同动的振动台，耗资300亿日元，但试件尺寸也仅15×15m2范围内。为了在节省投资的基础上，以对多跨桥梁、管道、输电线路等细长结构进行试验，早在八十年代日本曾建造了4台2×2m2的单向振动台台阵，日本的单向模拟地震振动台系统如图1所示，振动台系统包括有激振试件振动的激振器、底座2和驱动激振器的控制系统；此台阵只能进行单水平向振动试验，由于安装时难以保证四台之间完全平行，因而有侧向附加力产生。美国MTS公司曾提出采用液压平面导轨来制作四台双水平向的台阵的设想，进行试验时只能将模型浮置而不是固置于台面上，因而只能在小加速度能级上进行试验；九十年代以来，美国正在建造由二台4.5×4.5m2的六自由度振动台组成的台阵，重庆公路所从国外引进了由二台6×3m2的六自由度振动台组成的台阵，如图2所示，其中一台固定，一台移动，以进行可变跨度达20m的地震模拟试验。但是投资很大，只能进行一跨的模型试验，尚不能进行多跨、多点输入的模型试验。
发明内容
本实用新型的目的就是针对上述之不足，设计一种积木式模拟地震振动台台阵系统机械运动机构，根据不同的试验需要，利用部件集成搭接成不同跨度、跨数、不同台面尺寸、不同振动方向、不同输入的台阵系统，提供模拟地震试验。
本实用新型的技术方案参见图3-图10，它包括有激振试件振动的激振器、底座2和驱动激振器的控制系统构成的振动台，特征在于激振器10是由激振部件主体6与采用公知技术连接在其两端的自润滑万向转动铰5构成的带双头万向转动铰的激振器，子振动台的铰接连杆11由连接杆件7与采用公知技术连接在其两端的万向转动铰5构成的带双头万向转动铰的连杆；激振器10、铰接连杆11、台面9与底座2共同构成子振动台，其中采用公知技术将激振器10及连杆11的一端分别与台面连接，铰接连杆11的另一端与底座固定连接，激振器10的另一端与底座固定连接；采用公知技术将两个以上的、位置可移动的子振动台集成在底座上形成模拟地震振动台台阵系统。
所述的子振动台的台面9设置有连接、工件、激振器及连杆的安装螺孔，试件的底盘将各子振动台的台面连成一整体，底座上每个振动台的位置可选择。
所述的两个以上的子振动台组合时，为保证任意组合成一个自由度到六个自由度的振动系统，可将子振动台的激振器10及铰接连杆11与台面9进行水平方向或垂直方向的连接，也可相互替换连接在台面9上的激振器10及铰接连杆11两部件。
所述的试件的底盘将各子振动台的台面连成一整体时，可只在一个子振动台台面的侧向连接振动时不会在x轴向底板连接中产生内力的一根铰接连杆。
本实用新型由于采用铰接连杆方式，导向机构均不受侧力影响，试件也因侧向可以移动而不会产生不应有的侧向内力；再则由于铰接可以任意转动，因而激振器推力方向不要求很平行，故组装安装要求精度低，便于使用操作。
参见技术方案可知本实用新型可以组成多跨结构的单向、双向或三向六自由度的振动试验系统；可以进反向振动、差相位振动、以及细长结构在地震作用下的多点输入地震波的模拟地震振动试验。因此与同面积的单台振动台相比较，投资低，收效显著。
图1日本单向模拟地震振动台系统1-单向导轨 2-底座 3-试件 4-激振器；图2美国和重庆模拟地震振动台系统；图3本实用新型子振动台机构部件示意图a-为驱动台面运动的带双头万向转动铰的激振器部件示意图5-万向转动铰 6-激振器主体，b-为限制其他运动自由度并导向的带双头万向转动铰的连杆部件示意图7-连杆杆件，c-为子振动台台面示意图
8-为连接、工件、激振器及连杆的安装螺孔 9-台面，d——为子振动台底座示意图；图4采用一个子振动台进行单水平方向的模拟地震振动试验台连接结构示意图10-带双头万向转动铰的激振器 11-带双头万向转动铰的铰接连杆图5为进行细长结构的水平向模拟地震振动试验，由三台以上子振动台组成的单水平向模拟地震振动台台阵系统连接结构示意图；图6为进行细长结构的垂直向模拟地震振动试验，由三台以上子振动台组成的单垂直向台阵系统连接结构示意图；图7为进行细长结构的水平和垂直二向的模拟地震振动试验，采用三台以上子振动台组成的水平和垂直二向模拟地震振动台台阵系统的连接结构示意图；图8为进行细长结构的三向的模拟地震振动试验，采用三台以上子振动台组成的三向模拟地震振动台台阵系统的连接结构示意图；图9为进行方形结构的三向的模拟地震振动试验，采用四台以上子振动台组成的三向模拟地震振动台台阵系统的连接结构示意图；图10为进行方形结构的三向的模拟地震振动试验，采用四台以上子振动台组成的三向模拟地震振动台台阵系统的连接结构示意图，该图中竖向激振器可减少为每个子振动台为一个带双头万向转动铰的激振器；
具体实施方式
根据图3-图10所提供的技术方案按公知技术设置连接构成不同模拟地震振动试验所需要的模拟地震振动台台阵系统。
积木式模拟地震振动台台阵系统机械运动机构，每个子振动台台面9下用激振器10或铰接连杆11与底座连接为力学中的三点静定结构，当多个子振动台组成台阵时，可仅在台面中心点处与底座之间只连接一台激振器。
其中图4为由四种部件组装成的单台称谓子台的一般地震模拟振动台，此为单水平向运动。如果将铰接连杆11全部替换为激振器10，在控制系统的驱动下可以实现单子台三向六自由度振动。这种子振动台视需要可有若干台，以组合成台阵系统。
图5为由图4所示的子台多个组合成的单水平向振动的模拟地震振动台台阵系统，其中只有一个子台有侧向一根铰接连杆连接。试件的底盘将各子台台面连成一整体，可进行多跨桥梁、管道、输电线路的地震模拟试验。这种组合，尚可进行转动试验。由于竖向支承是双头铰接连杆，侧向可以移动，因而激振器方向少许不平行不会给试件在x向带来内力产生。也不会给激振器部分带来附加外力。如果试件是一弹性体，尚可进行多点不同振幅的试验，不会产生侧向力，而试件弹性变形力则由激振器承担。
图6为由多个子台组合成的单垂直向振动的模拟地震振动台台阵系统，其中一端子台保留一根侧向铰接连杆，水平激振器用铰接连杆替代，另一端的子台的水平激振器处改为铰接连杆，侧向铰接连杆去掉，其余子台水平激振器和侧向铰接连杆去掉，竖向各子台的铰接连杆均替换为激振器，可以进行单垂直向的振动试验，并可进行二个上下转动试验。也解决了振动时模型不会在x轴向底板连接中产生内力。如果试件是弹性体，也可做不同幅值的多点输入激振，仅是试件的弹性力由激振器承受。
图7为由多个子台组合成的细长结构试验的垂直与一个水平振动的模拟地震振动台台阵系统，每个子台水平向和垂直向均为激振器，端部一子台保留侧向一根铰接连杆。可以进行二个平移和三个转动的振动试验。图8为图7中的端部一子台保留侧向一根铰接连杆也改为激振器，则可进行三个平移和三个转动的六自由度振动试验。
图9为由4个子台组成的方型结构的模拟地震振动台台阵试验系统，试件底盘将四个子台台面形成一整体，实现三个平移和三个转动的六自由度振动。图10也是由4个子台组成的模拟地震振动台台阵试验系统，由于试件底盘与四个子台台面形成一个整体，故竖向激振器可减少为每个子台为一个支承并激励，同样实现了三个平移和三个转动的六自由度振动。
本实用新型与同面积的单台振动台相比较，投资低，收效显著。
权利要求1.积木式模拟地震振动台台阵系统机械运动机构，包括有激振试件振动的激振器、底座(2)和驱动激振器的控制系统构成的振动台，本实用新型其特征在于激振器(10)是由激振部件主体(6)与采用公知技术连接在其两端的万向转动铰(5)构成的带双头万向转动铰的激振器，铰接连杆(11)由连接杆件(7)与采用公知技术连接在其两端的万向转动铰(5)构成的带双头万向转动铰的连杆；激振器(10)、铰接连杆(11)、台面(9)与底座(2)共同构成子振动台，其中采用公知技术将激振器(10)及铰接连杆(11)的一端分别与台面连接，铰接连杆(11)的另一端与底座固定连接，激振器(10)的另一端与底座固定连接；采用公知技术将两个以上的、位置可移动的子振动台集成在底座上形成模拟地震振动台台阵系统。
2.根据权利要求1所述的积木式模拟地震振动台台阵系统机械运动机构，其特征在于子振动台的台面(9)设置有连接、工件、激振器及连杆的安装螺孔，试件的底盘将各子振动台的台面连成一整体，底座上每个振动台的位置可选择。
3.根据权利要求1或2所述的积木式模拟地震振动台台阵系统机械运动机构，其特征在于两个以上的子振动台组合时，为保证任意组合成一个自由度到六个自由度的振动系统，可将子振动台的激振器(10)及铰接连杆(11)与台面(9)进行水平方向或垂直方向的连接，也可相互替换连接在台面(9)上的激振器(10)及铰接连杆(11)两部件。
4.根据权利要求3所述的积木式模拟地震振动台台阵系统机械运动机构，其特征在于试件的底盘将各子振动台的台面连成一整体时，只在一个子振动台台面的侧向连接振动时不会在x轴向底板连接中产生内力的一根铰接连杆。
5.根据权利要求1所述的积木式模拟地震振动台台阵系统机械运动机构，其特征在于激振器(10)和铰接连杆(11)的两端所连接的万向转动铰(5)分别采用自润滑万向转动铰。
专利摘要积木式地震模拟振动台台阵系统的机械运动机构，涉及一种模拟地震振动试验的设备；它包括若干个集成在底座上的、位置可选择的子振动台构成；其中每个振动子台可由台面、激振器、铰接连杆和底座集装组成，激振器和铰接连杆两端均设置有万向转动铰，以与台面和底座相连；为保证任意组合成一个到六个自由度的振动系统，可将子振动台的激振器及铰接连杆与台面进行水平或垂直方向的连接，也可相互替换连接在台面上的激振器及铰接连杆两部件；按需要组合成台阵系统后，因侧向可以移动，消除了侧力的产生，实现了任意跨度、跨数的一自由度到六自由度的任意自由度振动试验，因此灵活性高，安装方便，与同面积的单台振动台振动相比较，投资低，收效显著。
文档编号G01V1/00GK2716851SQ20042000775
公开日2005年8月10日 申请日期2004年3月26日 优先权日2004年3月26日
发明者黄浩华, 阎维明, 周锡元, 何浩祥 申请人:北京工业大学