本发明属于结构试验技术领域，具体涉及一种装配式水平双向地震模拟振动台的台面扩展装置。
技术背景
地震模拟振动台试验可以直接输入地震动记录，推动台面模拟地震过程，是一种最直接反应结构动力性能的抗震试验方法。然而，目前，振动台台面尺寸和竖向承载能力，是限制振动台能力的两个主要性能指标。
针对上述问题，福州大学黄福云团队提出了一种振动台支撑模型配重装置（201410776156.9），特点是在地震模拟振动台外设置有配重框架，通过其补偿缩尺模型所需的质量，从而减少由于在模型上补充质量而造成对振动台台面承载力的影响，一定程度上补偿了台面的竖向承载能力。然而，由于在振动台一侧设有配重组，故该改进装置只能实现单向振动台试验的质量的补充，且很难消除模型与配重装置之间的耦合冲击效应。此外，该专利也未能考虑台面尺寸的扩展。
吉林建筑工程学院董世贵等人提出了一种水平双向振动台综合系统（200910066560.6），该系统通过合理设置支承机构，有效拓展了试验模型的加荷空间和位移能力，但该设备结构复杂、各机构间连接精度要求高，且在双向水平振动时存在作用力偏心问题。
此外，近年来国内外建设了大量振动台台阵系统来实现大跨度结构模型（尤其是桥梁结构模型）振动台试验的要求。然而，台阵系统振动台试验由于要实现多个台面的协同控制，使得实验控制技术要求高、试验过程异常复杂，因此台阵试验尚未得到普及应用。
技术实现要素：
为了解决现有地震模拟振动台试验的台面尺寸和竖向承载能力问题，本发明提供了一种装配式水平双向振动台台面扩展装置，该装置由原振动台、基本支撑单元、若干扩展支撑单元、支撑连接单元、以及若干组装台面板组成。所述基本支撑单元与原振动台台面螺栓连接，并通过支撑连接单元与扩展支承单元之间，以及扩展支承单元之间水平连接，从而可实现原振动台台面的扩展。所述组装台面板可根据试验模型自由放置在基本支撑单元、扩展支承单元之上，不必满台面布置，从而在最小增大台面重量的基础上实现台面扩展。此外，试验模型自重大部分经原振动台范围以外部分扩展台面传递至地面，有效减少了原振动台台面处实际受荷，从而实现振动台整体竖向承载力的提高，为更大尺寸模型振动台试验创造了条件。最后，相较于台振系统要求多子台振联合控制，本装置在实现台面扩展的同时，并未增加控制难度，操作简单易行。
本发明所述基本支撑单元为空间球节点桁架结构，上部节点上设置有上支托与组装台面板连接，周边通过支撑连接单元与扩展支撑单元连接，下部节点在原振动台范围内部分设置下支托与原振动台台面连接，下部节点在原振动台范围以外部分通过节点与基础顶面滑动接触。
本发明所述扩展支撑单元有若干个，均为空间球节点桁架结构，上部节点上设置有上支托与组装台面板连接，周边通过支撑连接单元与基本支撑单元或扩展支撑单元连接，下部球节点与基础顶面滑动接触。
所述支撑连接单元由连接上弦杆、连接下弦杆、连接腹杆及连接球节点组成，其中，连接上弦杆与基本支撑单元或扩展支撑单元上球节点相连；连接下弦杆两端，分别与连接球节点、基本支撑单元或扩展支撑单元下球节点相连；连接腹杆两端，分别与连接球节点、基本支撑单元或扩展支撑单元上球节点相连。
本发明所述组装台面板有若干个，板面优选人字纹防滑覆面板。放置于基本支撑单元或扩展支撑单元之上，通过螺栓与之相连；所述组装台面板上设置若干固定间距螺栓孔，其间距与原振动台台面螺栓孔间距一致，用以固定试验模型。所述组装台面板可根据试验需要自由拼接组合，不必满台面布置。
本发明所述扩展台面水平双向地震模拟振动的实现，可依据原有台面能力和扩展要求设计相应单元，使其具有足够刚度和强度，实现与原振动台面同步振动；此外，保证与基础顶面滑动接触的桁架下球节点尽可能光滑，建议通过基础预埋钢板、涂抹润滑剂等措施实现。
本发明提供了一种装配式水平双向地震模拟振动台台面扩展装置，很好地解决了技术背景中的现存问题，可有效地大幅提升原有振动台台面尺寸，使振动台具备更大承载能力；其次，本装置所述组装台面板易于拆卸、拼装灵活，对较大尺寸、复杂结构的模型试验适用性强；此外，扩展支撑单元结构简单、造价低廉、拼装自由，具有良好的经济效益和应用前景。
附图说明
图1为本发明专利的基本支撑单元示意图。
图2为本发明专利的扩展支撑单元示意图。
图3为本发明专利的支撑连接单元连接示意图。
图4为本发明专利的组装台面板平面示意图
图5为本发明专利的平面示意图。
图6为1-1剖面图。
图7为本发明专利的基本支撑单元桁架上球节点结构示意图。
图8为2-2剖面图。
图9为本发明专利的原振动台范围内桁架下球节点结构示意图。
图10为3-3剖面图。
图11为本发明专利的原振动台范围外桁架下球节点结构示意图。
图12为本发明专利的桥梁结构模型组装台面板拼装示意图。
图13为本发明专利的一榀空间框架结构模型组装台面板拼装示意图。
图中标号是：1基本支撑单元，11桁架上弦杆，12桁架腹杆，13桁架下弦杆，141上支托，142下支托，151上球节点，152下球节点，16螺栓孔，2组装台面板，21预留孔，3扩展支撑单元，4支撑连接单元，41连接上弦杆，42连接腹杆，43连接下弦杆，44连接球节点，5原振动台
具体实施方式
在本实施例中，以原台面尺寸为4m×4m的水平双向地震模拟振动台为例进行说明。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
所述基本支撑单元如图1所示，为十字形对称的空间球节点桁架结构，中间部分尺寸与原振动台台面尺寸一致，为4m×4m，外伸部分尺寸设计为4m×2m。所述空间球节点桁架结构中，球节点直径均设计为60mm；桁架上弦杆11、桁架腹杆12及桁架下弦杆13尺寸相同，设计长度为450mm，外径为30mm，内径为18mm，所述空间桁架高为450mm。
所述扩展支撑单元如图2所示，为平面正方形的空间球节点桁架结构，设计为2m×2m，桁架杆的几何尺寸与基本支撑单元完全相同，方便与基本支撑单元进行装配。
所述支撑连接单元如图3所示，由连接上弦杆41、连接腹杆42、连接下弦杆43及连接球节点44组成。其中连接球节点直径为60mm；连接上弦杆长为300mm，连接腹杆长为418mm，连接下弦杆长为375mm，且外径均为30mm，内径均为18mm。所述基本支撑单元1可以方便的实现基本支撑单元1与扩展支撑单元3，以及扩展支撑单元3之间的连接，实现台面的扩展。
所述组装台面板如图4所示，尺寸为2m×2m，厚度为50mm。台面板上表面优选人字纹防滑覆面板，并设置若干固定间距预留孔21，其间距为450mm，所述每一预留孔21周围还设置有4个螺栓孔16，用来连接支撑单元上球节点的支托，从而实现在支撑单元上任意布置，以最大限度减少增加的台面重量。
上述台面及桁架弦杆材料优选Q345Mn，所述螺栓优选10.9级高强螺栓。
图5所示为本装配式振动台台面扩展装置平面示意图。图中所示组装台面板2可放置于基本支撑单元1、扩展支撑单元3任意位置，图中将其放置在扩展支撑单元3上进行示意。
图6所示为图5的1-1剖面图。可以看出基本支撑单元1在原振动台5范围以内通过螺栓与原振动台5台面连接，基本支撑单元1、扩展支撑单元3均通过上球节点上的支托与组装台面板2相连。
图7为基本支撑单元桁架上球节点结构示意图。由于基本支撑单元与扩展支撑单元上球节点完全相同，这里仅介绍基本支撑单元上球节点情况。如图7所示，所述基本支撑单元上球节点151上焊有上支托141，所述上支托141预留有连接组装台面板2的螺栓孔16，上支托141与组装台面板2通过高强螺栓连接。
图8为图7的2-2剖面图。可以看出所述上支托141由150×150正方形顶板及十字形切角加劲肋构成，支托设计高度为80mm，板厚均为20mm。所述正方形顶板留有4个螺栓孔16，供连接组装台面板之用。
图9为原振动台范围内桁架下球节点结构示意图。如图9所示，所述基本支撑单元1在原振动台范围以内的下球节点152焊有下支托142，所述下支托142留有螺栓孔16，所述螺栓孔16与原振动台5台面螺栓孔相对应，采用高强螺栓将下支托142与原振动台5台面相连接。
图10为图9的3-3剖面图。可以看出所述下支托142由150×150正方形顶板及十字形切角加劲肋构成，支托设计高度为80mm，板厚均为20mm。所述正方形顶板留有4个螺栓孔16，供连接原振动台台面之用。
图11为原振动台范围外桁架下球节点结构示意图。如图11所示，所述基本支撑单元（或扩展支撑单元）在原振动台范围以内的下球节点152与基础顶面滑动接触。此处要求下球节点152下表面抛光处理。
图12及图13为本装置台面布置实施例示意图。所述组装台面板2可根据试验需要自由拼接组合，不必满台面布置。例如，当试验模型为跨度6m的桥梁结构时，本装置仅需保留基本支撑单元桁架，并对称安装4块组装台面板2即可满足试验要求，装置总质量占振动台承载力的17%，如图12所示；又如，试验模型为一榀空间框架结构，且跨度均为6m时，只需在8m×8m初步扩展支撑桁架的四角安装4块组装台面板2即可满足试验要求，装置总质量占振动台承载力的22%，如图13所示。
所述承台基础顶面在整个扩展台面范围内应预作处理，保持其表面平整且光滑。待扩展台面施工完成后，建议对扩展台面运行范围内地面涂抹适量润滑剂。
上述较佳实施方式，对本发明的目的、技术方案及优点作了进一步说明。所应指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明，凡在本发明的思想和原则范围内，所作的任何修改、同等替换、优化改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。