一种土木工程结构抗震试验装置及方法与流程

1.本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种土木工程结构抗震试验装置及方法。


背景技术：

2.土木工程是建造各类土地工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术活动，也指工程建设的对象。土木工程是指除房屋建筑以外，为新建、改建或扩建各类工程的建筑物、构筑物和相关配套设施等所进行的勘察、规划、设计、施工、安装和维护等各项技术工作及其完成的工程实体，在进行建筑设计的时候为了确保设备具有良好的抗震功能，需要预先对建筑结构的抗震性能进行检测。
3.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。纵波的传播方向和震动方向相平行，使得建筑物上下震动；然后再发生横波，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。目前常见的土木工程结构抗震试验装置虽然能够对其震动波进行模拟，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，极大增加了工作量，提高了工作人员的劳动强度，降低对土木工程结构检测的工作效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种土木工程结构抗震试验装置及方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种土木工程结构抗震试验装置，包括底座，所述底座上设置有纵向波模拟箱，所述纵向波模拟箱内滑动连接有移动板，所述移动板上设置有滑轨，所述滑轨内滑动连接有滑座，所述滑座上固定连接有支撑板，所述支撑板上活动设置有安装座，所述安装座上开设有用于放置建筑模型的安装槽，所述底座上还设置有外壳，所述外壳内设置有用于驱动安装座横向滑移的横向位移组件，所述外壳内还设置有用于驱动安装座旋转的变向组件，所述变向组件与横向位移组件相连。
7.优选的，所述横向位移组件包括转动设置在外壳内的转动轴，所述转动轴的底部固定连接有第一连板，所述第一连板上通过销轴活动连接有第二连板，所述第二连板远离第一连板的一端与支撑板相连，所述横向位移组件还包括固设在外壳上的位移电机，所述位移电机的输出端穿过外壳并通过联轴器与转动轴相连。
8.优选的，所述支撑板上固定连接有固定杆，所述第二连板套设滑动在固定杆上。
9.优选的，所述变向组件包括固设在外壳内的隔板，所述隔板与外壳的内壁之间设置有转动杆，所述转动杆上设置有大齿轮，所述转动轴上设置有与大齿轮啮合连接的小齿
轮，所述转动杆上还设置有不完全齿轮，所述变向组件还包括转动设置在支撑板上的驱动杆，所述驱动杆与安装座固定相连，所述驱动杆上设置有动齿轮，所述不完全齿轮与动齿轮之间设置有齿条传动机构。
10.优选的，所述齿条传动机构包括固设在隔板上的第一壳体，所述第一壳体内滑动连接有第一活塞，所述第一活塞与第一壳体的内壁之间设置有第一弹性元件，所述第一活塞背离第一弹性元件的一侧设置有与不完全齿轮啮合连接的第一齿条，所述齿条传动机构还包括固设在支撑板上的第二壳体，所述第一壳体和第二壳体之间连通有导气管，所述第二壳体内壁滑动连接有第二活塞，所述第二活塞与第二壳体的内壁之间设置有第二弹性元件，所述第二活塞背离第二弹性元件的一侧设置有与动齿轮啮合连接的第二齿条。
11.优选的，所述第二活塞上开设有滑槽，所述滑槽内滑动连接有滑块，所述滑块与滑槽的内壁之间设置有第三弹性元件，所述滑块与第二齿条固定相连，所述支撑板上设置有与第二齿条活动相抵的固定板，所述固定板与第二齿条上设置有相互抵压的斜面，所述第二活塞上还设置有用于限制第二齿条位移的定位组件。
12.优选的，所述定位组件包括开设在第二活塞上的凹槽，所述凹槽内固定连接有固定轴，所述固定轴上转动连接有摆动杆，所述固定轴与摆动杆之间设置有用于摆动杆复位转动的扭簧，所述摆动杆的两端分别活动连接有定位块和抵压块，所述定位块和抵压块均滑动设置在第二活塞上，所述第二齿条上开设有与定位块相配合的定位槽，所述抵压块与第二壳体的内壁活动相抵。
13.优选的，所述摆动杆的两端均开设有活动槽，所述定位块和抵压块与摆动杆相连的一端均设置有活动杆，所述活动杆滑动连接在活动槽内。
14.优选的，所述纵向波模拟箱内设置有纵向波模拟机构，用于驱动移动板在纵向波模拟箱内上下滑动位移，所述纵向波模拟箱上设置有导向条，所述移动板上开设有与导向条相配合的导向槽。
15.本发明还公开了一种土木工程结构抗震试验方法，包括一种土木工程结构抗震试验装置，还包括以下步骤：
16.s1：装置使用时，将建筑模型固定安装在安装座的安装槽内，对其进行纵向波模拟时，通过纵向波模拟箱内的纵向波模拟机构驱动移动板在箱体内上下移动，移动板上下移动的同时通过与其连接的支撑板带动支撑板上侧的安装座移动，进而对安装槽内的建筑模型进行纵向波的抗震性能演示；
17.s2：当需要对建筑模型进行横波抗震演示时，控制位移电机运行，使位移电机的输出端带动转动轴旋转，转动轴旋转带动第一连板同步转动，第一连板带动与其活动连接的第二连板摆动，进而使第二连板带动支撑板左右往复移动，支撑板通过滑座滑动在滑轨内，支撑板通过驱动杆带动安装座上的建筑模型横向位移，进行横波的抗震模拟检测；
18.s3：转动轴转动时外侧的小齿轮与转动杆上的大齿轮啮合，大齿轮带动转动杆及转动杆上的不完全齿轮啮合，小齿轮旋转多周以后大齿轮才旋转一周，因此，在建筑模型的一个方向进行横波的多次抗震检测后，不完全齿轮开始与第一齿条啮合，第一齿条啮合时带动第一活塞在第一壳体内滑动，第一活塞将第一壳体内的空气挤压至第二壳体内，这些空气对第二活塞产生推力，第二活塞受力带动第二齿条移动，第二齿条移动时与驱动杆上的动齿轮啮合，使动齿轮带动驱动杆及其上侧的安装座移动，进而使建筑模型更改其方向，
使横向位移组件从建筑模型的另一个方向进行横波的抗震模拟演示；
19.s4：在第二齿条与动齿轮啮合时，第二齿条会逐渐与固定板相抵下移，在不完全齿轮与第一齿条啮合完毕后，第二齿条也不再与动齿轮啮合，且此时第二齿条被定位块所限制无法上移，第一活塞在第一弹性元件的弹力推动下带动第一齿条复位，等待下一次与不完全齿轮的啮合，而在第一活塞复位后，之前推挤进入第二壳体中的空气回流，第二活塞复位并使抵压块与第二壳体的内壁相抵，抵压块带动摆动杆以固定轴为圆心进行转动，使第二齿条在第三弹性元件的弹力作用下复位上移，重新与动齿轮处于啮合状态，等待下一次对建筑模型的变向动作。
20.与现有技术相比，本发明提供了一种土木工程结构抗震试验装置及方法，具备以下有益效果：
21.1、该土木工程结构抗震试验装置及方法，通过在横向位移组件对建筑模型进行横波抗震演示时，使变向组件带动建筑模型自动转向，结构简单、控制方便，无需对装置进行多余操作，即可达到多方向横波的模拟，降低工作人员的工作量，通过快速且持续的对建筑模型从不同方向进行横波的震动模拟演示，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，有效保证了抗震试验的准确性和试验效率。
22.2、该土木工程结构抗震试验装置及方法，通过使第二齿条滑动在第二活塞上，当第一齿条与不完全齿轮啮合完毕后，第二齿条在固定板的抵压后也不再与动齿轮啮合，定位组件对第二齿条所在的高度进行限制，避免第二齿条在复位移动时再次与动齿轮啮合，使建筑模型复位转动，影响对建筑模型的正常持续变向动作。
附图说明
23.图1为本发明的结构示意图一；
24.图2为本发明的结构示意图二；
25.图3为本发明的剖面结构示意图；
26.图4为本发明的图3中a部局部放大示意图；
27.图5为本发明支撑板的外部结构示意图；
28.图6为本发明的齿条传动机构的结构示意图；
29.图7为本发明的第二壳体的剖面结构示意图；
30.图8为本发明的图7中b部局部放大示意图。
31.图中：1、底座；2、纵向波模拟箱；201、导向条；3、移动板；301、滑轨；302、导向槽；4、支撑板；401、滑座；402、固定杆；403、固定板；5、安装座；501、安装槽；6、外壳；601、隔板；7、位移电机；701、转动轴；7011、小齿轮；702、第一连板；703、第二连板；8、转动杆；801、大齿轮；802、不完全齿轮；9、驱动杆；901、动齿轮；10、导气管；11、第一壳体；111、第一活塞；112、第一弹性元件；113、第一齿条；12、第二壳体；121、第二活塞；1211、滑槽；1212、滑块；1213、第三弹性元件；122、第二弹性元件；123、第二齿条；1231、定位槽；13、固定轴；131、摆动杆；1311、活动槽；132、定位块；133、抵压块；14、活动杆。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.实施例：
36.参照图1、图2、图3、图4和图5，一种土木工程结构抗震试验装置，包括底座1，底座1上设置有纵向波模拟箱2，纵向波模拟箱2内滑动连接有移动板3，移动板3上设置有滑轨301，滑轨301内滑动连接有滑座401，滑座401上固定连接有支撑板4，支撑板4上活动设置有安装座5，安装座5上开设有用于放置建筑模型的安装槽501，底座1上还设置有外壳6，外壳6内设置有用于驱动安装座5横向滑移的横向位移组件，外壳6内还设置有用于驱动安装座5旋转的变向组件，变向组件与横向位移组件相连。
37.进一步的，纵向波模拟箱2内设置有纵向波模拟机构，用于驱动移动板3在纵向波模拟箱2内上下滑动位移，纵向波模拟箱2上设置有导向条201，移动板3上开设有与导向条201相配合的导向槽302。
38.具体的，装置使用时，将建筑模型固定安装在安装座5的安装槽501内，对其进行纵向波模拟时，通过纵向波模拟箱2内的纵向波模拟机构驱动移动板3在箱体内上下移动，移动板3上下移动的同时通过与其连接的支撑板4带动支撑板4上侧的安装座5移动，进而对安装槽501内的建筑模型进行纵向波的抗震性能演示，随后控制横向位移组件动作，对建筑模型进行横波的抗震性能演示，与此同时，变向组件带动建筑模型自动转向，结构简单、控制方便，无需对装置进行多余操作，即可达到多方向横波的模拟，降低工作人员的工作量，通过快速且持续的对建筑模型从不同方向进行横波的震动模拟演示，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，有效保证了抗震试验的准确性和试验效率。
39.参照图1、图2、图3和图4，作为本发明优选的技术方案，横向位移组件包括转动设置在外壳6内的转动轴701，转动轴701的底部固定连接有第一连板702，第一连板702上通过销轴活动连接有第二连板703，第二连板703远离第一连板702的一端与支撑板4相连，横向位移组件还包括固设在外壳6上的位移电机7，位移电机7的输出端穿过外壳6并通过联轴器与转动轴701相连。
40.具体的，当需要对建筑模型进行横波抗震演示时，控制位移电机7运行，使位移电机7的输出端带动转动轴701旋转，转动轴701旋转带动第一连板702同步转动，第一连板702带动与其活动连接的第二连板703摆动，进而使第二连板703带动支撑板4左右往复移动，支
撑板4通过滑座401滑动在滑轨301内，支撑板4通过驱动杆9带动安装座5上的建筑模型横向位移，进行横波的抗震模拟检测，当需要对横波的振幅进行调整时，可以通过更改第一连板702的长度实现对建筑模型移动范围的调整。
41.参照图3和图5，作为本发明优选的技术方案，支撑板4上固定连接有固定杆402，第二连板703套设滑动在固定杆402上；
42.具体的，在进行建筑模型的纵波抗震试验时，支撑板4上的固定杆402上下滑动在第二连板703上，使纵波与横波的抗震试验相配合，提高其实用性。
43.参照图1、图2、图3、图4、图5和图6，作为本发明优选的技术方案，变向组件包括固设在外壳6内的隔板601，隔板601与外壳6的内壁之间设置有转动杆8，转动杆8上设置有大齿轮801，转动轴701上设置有与大齿轮801啮合连接的小齿轮7011，转动杆8上还设置有不完全齿轮802，变向组件还包括转动设置在支撑板4上的驱动杆9，驱动杆9与安装座5固定相连，驱动杆9上设置有动齿轮901，不完全齿轮802与动齿轮901之间设置有齿条传动机构。
44.进一步的，齿条传动机构包括固设在隔板601上的第一壳体11，第一壳体11内滑动连接有第一活塞111，第一活塞111与第一壳体11的内壁之间设置有第一弹性元件112，第一活塞111背离第一弹性元件112的一侧设置有与不完全齿轮802啮合连接的第一齿条113，齿条传动机构还包括固设在支撑板4上的第二壳体12，第一壳体11和第二壳体12之间连通有导气管10，第二壳体12内壁滑动连接有第二活塞121，第二活塞121与第二壳体12的内壁之间设置有第二弹性元件122，第二活塞121背离第二弹性元件122的一侧设置有与动齿轮901啮合连接的第二齿条123。
45.具体的，横向位移组件对建筑模型进行横波抗震试验，转动轴701转动时外侧的小齿轮7011与转动杆8上的大齿轮801啮合，大齿轮801带动转动杆8及转动杆8上的不完全齿轮802啮合，小齿轮7011旋转多周以后大齿轮801才旋转一周，因此，在建筑模型的一个方向进行横波的多次抗震检测后，不完全齿轮802开始与第一齿条113啮合，第一齿条113啮合时带动第一活塞111在第一壳体11内滑动，第一活塞111将第一壳体11内的空气挤压至第二壳体12内，这些空气对第二活塞121产生推力，第二活塞121受力带动第二齿条123移动，第二齿条123移动时与驱动杆9上的动齿轮901啮合，使动齿轮901带动驱动杆9及其上侧的安装座5移动，进而使建筑模型更改其方向，使横向位移组件从建筑模型的另一个方向进行横波的抗震模拟演示，通过快速且持续的对建筑模型从不同方向进行横波的震动模拟演示，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，有效保证了抗震试验的准确性和试验效率。
46.参照图1、图2、图3、图4、图6、图7和图8，作为本发明优选的技术方案，第二活塞121上开设有滑槽1211，滑槽1211内滑动连接有滑块1212，滑块1212与滑槽1211的内壁之间设置有第三弹性元件1213，滑块1212与第二齿条123固定相连，支撑板4上设置有与第二齿条123活动相抵的固定板403，固定板403与第二齿条123上设置有相互抵压的斜面，第二活塞121上还设置有用于限制第二齿条123位移的定位组件。
47.进一步的，定位组件包括开设在第二活塞121上的凹槽，凹槽内固定连接有固定轴13，固定轴13上转动连接有摆动杆131，固定轴13与摆动杆131之间设置有用于摆动杆131复位转动的扭簧，摆动杆131的两端分别活动连接有定位块132和抵压块133，定位块132和抵压块133均滑动设置在第二活塞121上，第二齿条123上开设有与定位块132相配合的定位槽
1231，抵压块133与第二壳体12的内壁活动相抵。
48.进一步的，摆动杆131的两端均开设有活动槽1311，定位块132和抵压块133与摆动杆131相连的一端均设置有活动杆14，活动杆14滑动连接在活动槽1311内。
49.具体的，在第二齿条123与动齿轮901啮合时，第二齿条123会逐渐在与固定板403相抵的过程中下移，在不完全齿轮802与第一齿条113啮合完毕后，第二齿条123也不再与动齿轮901啮合，且此时第二齿条123被定位块132所限制无法上移，第一活塞111在第一弹性元件112的弹力推动下带动第一齿条113复位，等待下一次与不完全齿轮802的啮合，而在第一活塞111复位后，之前推挤进入第二壳体12中的空气回流，第二活塞121复位并使抵压块133与第二壳体12的内壁相抵，抵压块133带动摆动杆131以固定轴13为圆心进行转动，使第二齿条123在第三弹性元件1213的弹力作用下复位上移，重新与动齿轮901处于啮合状态，等待下一次对建筑模型的变向动作，通过对第二齿条123的上下调整，避免第二齿条123在复位移动时再次与动齿轮901啮合，使建筑模型复位转动，影响对建筑模型的正常持续变向动作。
50.参照图1和图5，作为本发明优选的技术方案，纵向波模拟箱2内设置有纵向波模拟机构，用于驱动移动板3在纵向波模拟箱2内上下滑动位移，纵向波模拟箱2上设置有导向条201，移动板3上开设有与导向条201相配合的导向槽302。
51.具体的，通过纵向波模拟箱2内的纵向波模拟机构驱动移动板3在箱体内上下移动，移动板3移动时通过导向槽302滑动在导向条201的外侧，提高移动板3移动的稳定性。
52.本发明还公开了一种土木工程结构抗震试验方法，包括一种土木工程结构抗震试验装置，还包括以下步骤：
53.s1：装置使用时，将建筑模型固定安装在安装座5的安装槽501内，对其进行纵向波模拟时，通过纵向波模拟箱2内的纵向波模拟机构驱动移动板3在箱体内上下移动，移动板3上下移动的同时通过与其连接的支撑板4带动支撑板4上侧的安装座5移动，进而对安装槽501内的建筑模型进行纵向波的抗震性能演示；
54.s2：当需要对建筑模型进行横波抗震演示时，控制位移电机7运行，使位移电机7的输出端带动转动轴701旋转，转动轴701旋转带动第一连板702同步转动，第一连板702带动与其活动连接的第二连板703摆动，进而使第二连板703带动支撑板4左右往复移动，支撑板4通过滑座401滑动在滑轨301内，支撑板4通过驱动杆9带动安装座5上的建筑模型横向位移，进行横波的抗震模拟检测；
55.s3：转动轴701转动时外侧的小齿轮7011与转动杆8上的大齿轮801啮合，大齿轮801带动转动杆8及转动杆8上的不完全齿轮802啮合，小齿轮7011旋转多周以后大齿轮801才旋转一周，因此，在建筑模型的一个方向进行横波的多次抗震检测后，不完全齿轮802开始与第一齿条113啮合，第一齿条113啮合时带动第一活塞111在第一壳体11内滑动，第一活塞111将第一壳体11内的空气挤压至第二壳体12内，这些空气对第二活塞121产生推力，第二活塞121受力带动第二齿条123移动，第二齿条123移动时与驱动杆9上的动齿轮901啮合，使动齿轮901带动驱动杆9及其上侧的安装座5移动，进而使建筑模型更改其方向，使横向位移组件从建筑模型的另一个方向进行横波的抗震模拟演示；
56.s4：在第二齿条123与动齿轮901啮合时，第二齿条123会逐渐与固定板403相抵下移，在不完全齿轮802与第一齿条113啮合完毕后，第二齿条123也不再与动齿轮901啮合，且
此时第二齿条123被定位块132所限制无法上移，第一活塞111在第一弹性元件112的弹力推动下带动第一齿条113复位，等待下一次与不完全齿轮802的啮合，而在第一活塞111复位后，之前推挤进入第二壳体12中的空气回流，第二活塞121复位并使抵压块133与第二壳体12的内壁相抵，抵压块133带动摆动杆131以固定轴13为圆心进行转动，使第二齿条123在第三弹性元件1213的弹力作用下复位上移，重新与动齿轮901处于啮合状态，等待下一次对建筑模型的变向动作。
57.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。