[发明专利]一种水下多点激励拟动力试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种拟动力实验系统，更具体地说是涉及一种水下模拟长细结构在地震作用下结构动力反应的试验系统。

背景技术

近些年来，海洋资源的开采活动日益频繁,海底输油、气管道的数量以惊人的速度增加,海底油气管道的建设蓬勃发展。同时人们也将对于海洋的利用拓展到交通领域，水中悬浮隧道的研究开始步入人们的视野。

与跨越江河湖海的其他交通方式相比，水中悬浮隧道有其独有的优势，例如运营期间不影响水路航运；能保护原有水域自然风光；不受恶劣气候的影响，保证交通全天候正常通行等。但是，外海地震频繁，尤其是近些年来世界各地地震海啸的频频发生，给人类带来了极大的灾难，也逐渐引起了人们对海洋地震动力的关注和研究。外海地震所引起的地壳变化对于埋设在海床以下或裸露于海床表面的管线，潜在的危险性非常大。因此，研究水下长细结构在地震作用下的动力反应对于海洋工程建设具有非常重要的意义。

由于地震机制和结构抗震性能的复杂性以及理论的局限性，仅从理论上分析还不能完全揭示结构在地震作用下的反应过程和破坏机理，特别是对大型复杂结构、超出抗震设计规范规定的结构和新型结构体系，实施前必须进行抗震实验研究。目前国内外陆地上模拟地震试验设备发展已相对比较成熟，现有的模拟地震平台、模拟地震屋等，多点地震输入采用一致的激励方式，在机械结构上实现水平方向筛动，垂直方向升降和震动，以模拟地震横波、纵波和震动效果，造价多达几千万。而对于水下长细结构在地震作用下的动力反应通常是采用理论方法进行研究，虽然目前已有极少数的高校建设有水下振动台，但只能实现同步一致地震输入，不能实现多点多维地震输入，同时由于台面几何尺寸和激励功能的限制，也只能进行缩尺的较短模型结构实验，而且造价昂贵。

水中长细结构跨度大，锚固点之间距离相对较大，地震输入呈现多点多维的特征。考虑空间效应的多点地震输入不同锚索处地震波呈现相位差异，且长细结构跨度相对空间较大，振动台实验模拟难度非常大，目前国内尚未见能够实现这一功能的试验设备。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种水下多点激励拟动力试验系统，既能满足大型结构模型尺寸方面的要求，又能够再现地震动和结构反应，为研究水下长细结构地震反应机制和抗震设计提供一个强有力的手段。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明水下多点激励拟动力试验系统的结构特点是：设置由支座支承的盛有水体的透明水箱，水箱底板为平面结构；在水箱中设置悬浮在水体中的水中悬浮隧道模型；在所述水中悬浮隧道模型的下方呈水平设置激励机构，并用锚索连接所述激励机构与水中悬浮隧道模型；多组激励机构沿纵向间隔设置，锚索在各组激励机构与水中悬浮隧道模型上各激励点之间一一对应相连接，形成多点激励机构；设置驱动机构，用于驱动所述激励机构在横向、纵向和竖直方上的直线往复运动；所述纵向是指与所述水中悬浮隧道模型的轴线平行的方向。

本发明水下多点激励拟动力试验系统的结构特点也在于：

所述激励机构为三层激励板，分别是在底部以弹簧支撑的下激励板、以配合设置的纵向滑轨和纵向滑块支撑在下激励板顶面上的中激励板，以及以配合设置的横向滑轨和横向滑块支撑在中激励板顶面上的上激励板；所述锚索定位连接在上激励板上；所述驱动机构对应于三层激励板独立设置各作动器，分别是用于驱动上激励板横向直线往复运动的横向作动器、用于驱动中激励板纵向直线往复运动的纵向作动器，以及用于驱动下激励板竖向往复运动的竖向作动器。

在水箱底板上开设有窗口，上激励板置于所述水箱底板的窗口中，所述上激励板的周边与窗口的周边通过柔性聚合物连接件封闭连接；所述柔性聚合物连接件设置为波浪形，以使上激励板在窗口位置上具有横向、纵向和竖向的直线往复运动裕量；所述中激励板和下激励板，以及各作动器均处在水箱外部。

本发明水下多点激励拟动力试验系统的结构特点还在于：

所述纵向滑轨的横断面结构为：“T”形滑轨在两侧对称为以矩形边向内盘旋；所述纵向滑块以相应的形状与纵向滑轨形成套叠；

所述横向滑轨的横断面结构为：“T”形滑轨在两侧对称为以矩形边向内盘旋；所述横向滑块以相应的形成与横向滑轨形成套叠。

更进一步地：

所述激励机构共有四组，从左往右依次为第一激励机构、第二激励机构、第三激励机构和第四激励机构，所述第一激励机构、第二激励机构的纵向作动器位于水箱左端，所述第三激励机构和第四激励机构的纵向作动器位于水箱右端；