[实用新型]克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置

说明书

本实用新型涉及一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，包括振动台以及驱动振动台工作的作动器，振动台上方设置有底座，底座上方设置有缩尺模型，缩尺模型上方设置有锚板，锚板与底座之间连接有预应力钢绞线；振动台旁侧设置有刚性底盘，所述刚性底盘上方设置有支撑架，支撑架上端设置有与支撑架连接在一起的配重箱，支撑架下端设置有球形件，所述刚性底盘上表面开设有与球形件配合的球形槽；所述配重箱与缩尺模型之间连接有水平连接架。本实用新型可满足振动台试验中缩尺模型的初应力相等与动力相似要求，拓宽缩尺模型设计和振动台试验的适用范围，克服重力失真效应，提高试验结果的准确性，能够为原型结构的抗震设计提供有效参考。

技术领域

本实用新型涉及一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，属于工程结构动力试验研究领域。

背景技术

在众多自然灾害中，地震是一种破坏性最大、预防难度最高、分布范围最广的严重危及人民生命财产的突发式灾害之一。它不仅造成大量人员伤亡，而且还带来建筑物的毁坏、电力交通中断以及水、火、疾病等次生灾害，给人类社会的稳定和发展造成不可估量的损失。

地震对结构物的作用，实质上就是结构承受多次反复的水平或竖向荷载作用。地震作用下结构的响应及可能遭受的破坏非常复杂，一般难以用纯理论的分析方法来解决。随着科学技术与经济建设的飞速发展，各种新型结构、新型材料不断涌现及应用，要求进行地震模拟试验的项目越来越多，为了满足科研技术发展的需求，国内外高校和科研院所等机构均开始建造地震模拟振动台。地震模拟振动台作为抗震研究领域中的重要试验设备之一，它可以很好地再现地震过程和进行人工地震波的试验，广泛应用于结构动力特性、设备抗震性能、结构抗震措施检验以及结构地震反应和破坏机理等众多方向的研究。

经过60多年的研究和实践，振动台试验技术已被普遍采纳和接受，其研究成果推动了工程实践的进步，产生了良好的社会和经济效益。然而，地震模拟振动台试验也有其局限性，其中最主要的就是由于振动台设备的能力限制，一般只能进行缩尺模型试验，要求试验满足动力相似性条件，而在实际试验中很难让所有的模型参数都同时满足相似性条件，通常都采取一些近似和简化，根据试验的主要目的只考虑主要参数的相似性。实际上即使相似条件可以完全满足，也很难根据模型试验的结果确定原型结构真实的非线性动力反应特性，尤其是一些对于模型比例尺寸非常敏感的问题，如钢结构中的连接部件，钢筋混凝土结构中钢筋的绑扎和焊接等。

尽管研制超大规模振动台或振动台台阵系统用以进行大型结构的足尺模型试验是目前振动台的主要发展趋势之一，但由于大型振动台投资较大、维护费用和试验费用均较昂贵、建造周期较长等因素，目前绝大多数振动台限于尺寸和台面承载吨位的限制，仍以开展缩尺模型试验为主。在已开展的大多数地震模拟振动台试验中，大比例缩尺模型仅能研究结构在弹性范围内的基本性能，无法研究结构在材料进入非线性阶段后的地震响应特性，结构进入非线性后得到的试验结果无法反推到原型中，不利于结构抗震性能的深入研究。在地震模拟振动台高速发展和建设的大背景下，如何使用好已有振动台设备并进行自主研发已经成为热点问题，其中如何减小乃至避免重力失真的影响更是当前开展振动台试验研究亟需解决的关键科学问题之一。

为避免缩尺模型重力失真效应的影响，即应保证加速度相似比Sa =1，在质量减少、加速度不放大的前提下设计模型，从而使模型与原型的破坏状态一致。目前一般是通过附加非结构功能的人工质量来调整模型材料的质量密度，用高密度材料来增加模型材料的密度；有学者提出一种将结构构件的三维方向取不同缩尺比的方法来消除重力失真效应的影响；也有学者把振动台装在离心机上通过增加模型重力加速度来调节材料相似的要求。然而，上述方法要么改变了原型结构的材料，无法准确反映材料进入非线性后的性质，造成振动台试验结果失真；要么使构件与整体结构的缩尺比存在差异，导致地震作用下从构件到结构之间的损伤演化机理发生改变；要么使用的范围较窄，仍处于研发和探索阶段，如近几年在岩土动力学中经常使用的振动离心机，其容量往往较小难以满足工程中真实地震对土工结构破坏情况的模拟，另外这种振动离心机一般只能配备水平单向振动台，即使配备了垂直+水平2D振动台，其研制花费巨大，且仍存在一些问题。