[实用新型]一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置

说明书

本实用新型公开了一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，通过钢架垫座支撑悬浮管道模型，使其两端位于岩土中受到地震作用，中部位于水中受到水动力作用，可以实现对悬浮隧道在地震和水动力耦合作用下的结构动力响应过程进行模拟；模拟装置通过两个振动台，可以实现差动模拟；模拟装置中，悬浮管道模型处于悬浮状态可以更加准确地模拟悬浮隧道实际运营时的状态；模拟装置采用索弹簧模型可以更准确地实现对锚索的弹性模拟。本实用新型可以合理准确地同时模拟地震运动与流致振动。

技术领域

本实用新型涉及土木、水利等模拟试验技术，特别涉及一种适用于悬浮式隧道地震和流致振动复合模拟的试验装置。

背景技术

我国的交通发展取得了巨大进步，陆地和空中的交通建设给人们出行带来了极大便利。然而，如何快速跨越复杂水域成为另一个交通发展难题。近年来，随着传统桥梁和水下隧道的建设，水域环境和地质条件越来越复杂，传统建设工法在复杂水域面临着巨大的挑战，需要不断突破和创新。与传统桥梁和水下隧道相比，悬浮隧道在环境保护、恶劣气候影响、冲击荷载影响、对海上运输干扰等方面有明显优势，其作为一种跨越复杂水域的全新水下隧道概念结构已成为全球交通建设研究热点。

以往悬浮隧道研究中，世界各国研究者的工作主要涵盖了悬浮隧道的工程概念设计、结构动力分析理论和模型试验等方面。悬浮隧道作为一种新型水中跨越交通结构，开展不同比尺的模型试验对悬浮隧道的实际运营是极其必要的。与地面结构物所处环境不同，水中悬浮隧道除了承受自重和车辆载荷以外，还受到浮力、波浪、海流、地震等各种环境动力荷载的作用。研究悬浮隧道在复杂环境作用下的动力响应，已成为研究悬浮隧道安全性、稳定性的重点。悬浮隧道作为大跨柔性结构物，流致振动对其造成疲劳破坏程度的研究十分重要；而海底地震一旦发生，必然会对悬浮隧道带来巨大破坏力，故地震和流致振动对悬浮隧道的复合影响具有相当可观的研究价值。不过现有研究中，并没有具体的地震和水动力环境耦合作用下的模型试验及研究方法。

为此，有必要提出一种新的试验装置，在满足相似准则的前提下，可实现地震与流致振动复合作用下对悬浮隧道安全性和稳定性进行模拟研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可实现悬浮隧道在地震和流致振动复合作用下的试验模拟装置，该试验装置可同时模拟地震运动与流致振动。

本实用新型所采用的技术方案是：一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，包括：

悬浮管道模型；

水池，所述水池内设置有振动台基础，并在所述振动台基础上方充满水；所述振动台基础内设置有振动台安装空间；

振动台，所述振动台设置在所述振动台基础的振动台安装空间内；

作动器，所述作动器设置在所述振动台安装空间的侧壁和底面，并直接作用于所述振动台；

钢架垫座，所述钢架垫座设置在所述振动台上，用于支撑所述悬浮管道模型悬于一高度；

土箱，所述土箱设置在所述钢架垫座上；所述悬浮管道模型的两端分别位于所述土箱内受到地震作用，其余部分悬于水中受到水动力作用；

锚索模型，所述锚索模型设置在所述悬浮管道模型的底面与所述振动台基础之间；

索弹簧模型，所述锚索模型的一端通过所述索弹簧模型与所述悬浮管道模型连接，通过所述索弹簧模型模拟所述锚索模型本身弹性变形；以及，

土弹簧模型，所述锚索模型的另一端通过所述土弹簧模型与所述振动台基础连接，通过所述土弹簧模型模拟所述锚索模型与所述振动台基础之间的土体弹性变形。

进一步地，所述振动台的顶面和所述振动台安装空间的侧壁之间的空隙内设置有防水气枕，用于将所述水池内的水隔绝于所述振动台安装空间外，确保所述作动器正常工作。