一种土木工程结构抗震试验装置的制作方法

本发明涉及建筑试验装置技术领域，具体涉及一种土木工程结构抗震试验装置。

背景技术：

在大型土木工程如房屋、桥梁设计，在完成设计图纸后，往往会进行模型的制作以验证设计方案和图纸可行性，而在模型制作完成之后，则需要进行各种各样的模拟试验，以保证结构的稳定可靠，而抗震试验则是众多试验中必不可少的一种。其中，土木工程结构的抗震主要是模拟地震，主要分为纵波和横波。首先，纵波的传播方向和震动方向相平行，使得建筑物上下震动(可参考附图8)，然后在发生横波，横波的传播方向与震动方向相互垂直，使得建筑物左右摆动，极其容易造成破坏(可参考附图9)。目前常见的土木工程结构抗震试验装置虽然能够对其进行波进行模拟，但是对横波进行模拟时仅只能从一个方向进行，为确保整个模拟实验结果的准确性，需要对固定在实验装置上的模型拆卸，然后重新选择不同的方向安装后进行模拟，极大增加来了工作量。

例如专利号为cn107192525b的发明公开了一种土木工程结构抗震试验装置，包括支撑体，支撑体的上方连接有底盘，底盘上通过横向滑轨连接有上拖板，上拖板通过纵向滑轨连接有加载箱，加载箱内的下底面上开设有横向滑槽，横向滑槽内滑动连接滑块，滑块上设有直线电机，滑块上方还固定电机，电机上连接有变频器，电机的输出轴上设有转盘，转盘上设有位置可调的加载质量块，加载质量块的规格有多种，可从转盘上拆装和替换，加载箱上设有转台，转台上设有装夹装置；该试验装置还包括贴在试验件上的与控制器电连接的检测元件。该发明虽然能模拟地震和风能对模型产生的震动影响，但是无法快速切换横波的方向，并且整个震动装置是通过震动电机驱动，虽然通过改变电机的转速达到改变频率的问题，但是其震动幅度无法进行有效调节。因此，针对现有模拟试验装置的不足，设计一种能够能选择不同方向的横波对模型进行震动模拟，并且能够对震动的振幅进行调节的土木工程结构抗震试验装置是一项有待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是设计一种土木工程结构抗震试验装置，用于解决现有土木工程抗震试验装置的以上不足，使得该抗震试验装置能够产生不同方向的横波对模型进行抗震模拟，同时能够对震动的振幅进行有效调节，从而调节抗震试验数据的全面性和精准性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种土木工程结构抗震试验装置，包括底板，所述底板的侧面设置有第一侧板和第二侧板，所述第一侧板与第二侧板之间相互垂直，所述第一侧板和第二侧板的内侧面设置有激振电机，所述激振电机的输出轴上设置有凸轮，所述激振电机的设置在固定板上，所述固定板上设置有两根滑杆，所述第一侧板和第二侧板上均开设有两个滑孔，所述滑杆穿过滑孔，位于两个所述滑孔中间的下方设置有螺纹孔，所述螺纹孔中螺接有螺杆，所述螺杆的内端与固定板相连接；

所述底板的上表面固定有四个立柱，四根所述立柱的上端共同焊接有纵波发生板，所述纵波发生板上开设有若干矩形缺口，所述矩形缺口中转动设置有转杆，所述转杆上设置有多个凸轮柱，且位于同一根转杆上的凸轮柱设置角度不同，所述转杆的一端部伸出纵波发生板的侧面，并在其端部连接有带轮，位于所述带轮正下方的底板上固定有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上也设置有带轮，所述带轮之间通过三角带传动，所述纵波发生板的正上方设置有中间板，所述中间板与纵波发生板之间连接有弹簧圈，所述中间板的正上方设置有模型固定板，所述中间板上表面的两端设置有滑轨，所述模型固定板下表面的两端设置有与滑轨相配合的滑槽，所述滑轨的两侧设置有第一连接块，所述滑槽的两侧设置有第二连接块，所述第一连接块与第二连接块之间设置有复位弹簧，所述模型固定板的两个内侧面均设置有与凸轮相抵接的顶块。

作为上述方案的进一步改进，所述中间板的两端中心处开设有圆孔，所述滑轨的下表面设置有插入圆孔中的转销，所述滑轨的两端开设有限位孔，所述中间板的两端均设置有与限位孔对应的插孔，所述限位孔插孔之间设置有固定螺丝，所述模型固定板的两端也开设有圆孔，所述滑槽的上表面设置有插入圆孔中的转销。

作为上述方案的进一步改进，所述纵波发生板与中间板之间设置有调节机构，所述调节机构包括设置在纵波发生板上表面的四个圆筒，位于所述圆筒下方的纵波发生板上螺接有调节螺丝，所述调节螺丝的上端伸入圆筒中，所述弹簧圈的下端设置有限位圆块，所述限位圆块伸入圆筒中与调节螺丝相连接。

作为上述方案的进一步改进，所述中间板和模型固定板的形状相同，均由矩形加两个半圆形组成。

作为上述方案的进一步改进，所述纵波发生板上的矩形缺口为三个，每根转杆上的凸轮柱也设置为三个，每个所述转杆上的凸轮柱设置的状态不同。

作为上述方案的进一步改进，所述底板的下表面设置有橡胶减震垫。

作为上述方案的进一步改进，所述螺杆的外端设置有螺帽。

有益效果：

1、本发明能够产生竖向的纵波和水平方向的横波用于对地震的状态进行模拟，而且其在纵波发生板开设矩形缺口，在矩形缺口中设置转杆，在转杆上设置多个凸轮柱，每个凸轮柱的方向不同，通过驱动电机和三角带的传动左右使得矩形缺口中转杆快速转动，从而利用不同角度的凸轮实现震动的方向性模拟，其模拟的纵波更接近地震时的状态，有效保证了抗震试验的准确性。

2、本发明将中间板上的滑轨可转动设置，且模型固定板上的滑槽可随着滑轨角度的转动而转动，当使用横波对模型进行地震模拟时，可通过改变滑轨的角度，再启动不同的激振电机即可模拟出不同传播方向的横波对模型的作用效果，无需改变模型放置的位置、方向即可达到多方向横波的模拟，从而得到不同方向上横波模拟的数据，使得试验结果更具有可行性。

3、本发明通过调节激振电机上的凸轮与顶块之间的距离，以及转杆上的凸轮柱与中间板之间的距离即可实现模拟时振幅的调节，而震动频率的调节只需要改变电流、电压大小即可控制电机的转动速度，从而达到改变其震动频率的效果，整个装置结构简单、控制方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第一角度立体结构图；

图2为本发明中底板、第一侧板和第二侧板的立体图；

图3为本发明中纵波发生板的第一角度立体图；

图4为本发明中纵波发生板的第二角度立体图；

图5为本发明中中间板和模型固定板的第一角度装配立体图；

图6为本发明中中间板和模型固定板的第二角度装配立体图；

图7为本发明中滑轨和滑槽的装配立体图；

图8为地震时纵波的示意图；

图9为地震时横波的示意图。

其中，1-底板，2-第一侧板，3-第二侧板，4-激振电机，5-固定板，6-滑杆，7-螺杆，8-螺帽，9-立柱，10-纵波发生板，101-矩形缺口，102-转杆，11-带轮，12-驱动电机，13-三角带，14-凸轮柱，15-中间板，151-插孔，152-固定螺丝，16-弹簧圈，17-模型固定板，18-滑轨，181-转销，182-限位孔，19-滑槽，20-第一连接块，21-第二连接块，22-复位弹簧，23-顶块，24-圆筒，25-调节螺丝，26-橡胶减震垫，27-限位圆块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

由现有技术可知，纵波的传播方向和震动方向相平行，使得建筑物上下震动(可参考附图8)，然后在发生横波，横波的传播方向与震动方向相互垂直，使得建筑物左右摆动，极其容易造成破坏(可参考附图9)。目前常见的土木工程结构抗震试验装置虽然能够对其进行波进行模拟，但是对横波进行模拟时仅只能从一个方向进行，为确保整个模拟实验结果的准确性，需要对固定在实验装置上的模型拆卸，然后重新选择不同的方向安装后进行模拟，极大增加来了工作量。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1～7，并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

实施例1公开了一种土木工程结构抗震试验装置，包括底板1，为了提高整个装置的减震降噪效果，在底板1的下表面设置有橡胶减震垫26。底板1的侧面设置有第一侧板2和第二侧板3，并且将第一侧板2与第二侧板3之间相互垂直设置。在第一侧板2和第二侧板3的内侧面设置有激振电机4，激振电机4的输出轴上设置有凸轮(图中未标注)，激振电机4的设置在固定板5上，固定板5上设置有两根滑杆6，第一侧板2和第二侧板3上均开设有两个滑孔，滑杆6穿过滑孔，位于两个滑孔中间的下方设置有螺纹孔，螺纹孔中螺接有螺杆7，螺杆7的内端与固定板5相连接，为了便于转动螺杆7对激振电机4的位置进行调节，在螺杆7的外端设置有螺帽8。

底板1的上表面固定有四个立柱9，四根立柱9的上端共同焊接有纵波发生板10，纵波发生板10上开设有若干矩形缺口101，本实施例优先设置为三个矩形缺口101，在每个矩形缺口101中转动设置有转杆102，转杆11上设置有多个凸轮柱14，本实施例中每根转杆102上的凸轮柱14也优先设置为三个，且位于同一根转杆102上的凸轮柱14设置角度不同，转杆102的一端部伸出纵波发生板10的侧面，并在其端部连接有带轮11，位于带轮11正下方的底板1上固定有驱动电机12，驱动电机12的输出轴上也设置有带轮11，带轮11之间通过三角带13传动。

纵波发生板10的正上方设置有中间板15，中间板15与纵波发生板10之间连接有弹簧圈16，中间板15的正上方设置有模型固定板17，本实施例中的中间板15和模型固定板17的形状相同，均由矩形加两个半圆形组成。在中间板15上表面的两端设置有滑轨18，模型固定板17下表面的两端设置有与滑轨18相配合的滑槽19，滑轨18的两侧设置有第一连接块20，滑槽19的两侧设置有第二连接块21，第一连接块20与第二连接块21之间设置有复位弹簧22，模型固定板17的两个内侧面均设置有与凸轮相抵接的顶块23。在模拟横波抗震时，启动对于的激振电机4，使得激振电机4上的凸轮与模型固定板17上的顶块23相抵触，然后在复位弹簧22的作用下，中间板15和模型固定板17周期性相对滑动，从而对横波进行模拟。

实施例2

实施例2是在实施例1的基础上进一步的改进，主要增加了可对不同方向上的横波进行模拟的功能，下面进行具体介绍。

其包括底板1，为了提高整个装置的减震降噪效果，在底板1的下表面设置有橡胶减震垫26。底板1的侧面设置有第一侧板2和第二侧板3，并且将第一侧板2与第二侧板3之间相互垂直设置。在第一侧板2和第二侧板3的内侧面设置有激振电机4，激振电机4的输出轴上设置有凸轮(图中未标注)，激振电机4的设置在固定板5上，固定板5上设置有两根滑杆6，第一侧板2和第二侧板3上均开设有两个滑孔，滑杆6穿过滑孔，位于两个滑孔中间的下方设置有螺纹孔，螺纹孔中螺接有螺杆7，螺杆7的内端与固定板5相连接，为了便于转动螺杆7对激振电机4的位置进行调节，在螺杆7的外端设置有螺帽8。

底板1的上表面固定有四个立柱9，四根立柱9的上端共同焊接有纵波发生板10，纵波发生板10上开设有若干矩形缺口101，本实施例优先设置为三个矩形缺口101，在每个矩形缺口101中转动设置有转杆102，转杆102上设置有多个凸轮柱14，本实施例中每根转杆102上的凸轮柱14也优先设置为三个，且位于同一根转杆102上的凸轮柱14设置角度不同，转杆102的一端部伸出纵波发生板10的侧面，并在其端部连接有带轮11，位于带轮11正下方的底板1上固定有驱动电机12，驱动电机12的输出轴上也设置有带轮11，带轮11之间通过三角带13传动。

纵波发生板10的正上方设置有中间板15，中间板15与纵波发生板10之间连接有弹簧圈16，中间板15的正上方设置有模型固定板17，本实施例中的中间板15和模型固定板17的形状相同，均由矩形加两个半圆形组成。在中间板15上表面的两端设置有滑轨18，模型固定板17下表面的两端设置有与滑轨18相配合的滑槽19，滑轨18的两侧设置有第一连接块20，滑槽19的两侧设置有第二连接块21，第一连接块20与第二连接块21之间设置有复位弹簧22，模型固定板17的两个内侧面均设置有与凸轮相抵接的顶块23。在模拟横波抗震时，启动对于的激振电机4，使得激振电机4上的凸轮与模型固定板17上的顶块23相抵触，然后在复位弹簧22的作用下，中间板15和模型固定板17周期性相对滑动，从而对横波进行模拟。

本实施例在具体设置时，在中间板15的两端中心处开设有圆孔，滑轨18的下表面设置有插入圆孔中的转销181，通过转销181的作用使得滑轨18转动，滑轨18的两端开设有限位孔182，中间板15的两端均设置有与限位孔182对应的插孔151，限位孔182插孔151之间设置有固定螺丝152，通过固定螺丝152再讲滑轨固定。在模型固定板17的两端也开设有圆孔，滑槽19的上表面设置有插入圆孔中的转销181，在滑轨18转动的过程中滑槽19也随着滑轨18转动。

另外，为了对模拟纵波时的振幅进行调节，还在纵波发生板10与中间板15之间设置有调节机构，调节机构包括设置在纵波发生板10上表面的四个圆筒24，位于圆筒24下方的纵波发生板10上螺接有调节螺丝25，调节螺丝25的上端伸入圆筒24中，弹簧圈16的下端设置有限位圆块27，限位圆块277伸入圆筒24中与调节螺丝25相连接，通过转动调节螺丝25即可改变中间板15与凸轮柱14之间的距离，从而改变转动时中间板的振幅。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。