CN103063385A - 地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的装置及方法 - Google Patents

地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103063385A
CN103063385A CN2012105634555A CN201210563455A CN103063385A CN 103063385 A CN103063385 A CN 103063385A CN 2012105634555 A CN2012105634555 A CN 2012105634555A CN 201210563455 A CN201210563455 A CN 201210563455A CN 103063385 A CN103063385 A CN 103063385A
Authority
CN
China
Prior art keywords
model
prestress wire
steel strand
prestressed steel
cover plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012105634555A
Other languages
English (en)
Inventor
陶连金
李积栋
李文博
黄�俊
孟涛
刘璐
董洪昌
安军海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN2012105634555A priority Critical patent/CN103063385A/zh
Publication of CN103063385A publication Critical patent/CN103063385A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明属于土木工程技术领域，涉及地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的方法及装置。具体技术方案为：本装置包括模型箱（5），张拉端锁具（1）、预应力钢绞线（2）、固定端锁具（3）、以及盖板（4）；将土方及模型结构置于模型箱内，预应力钢绞线（2）垂直贯穿模型箱（5）底板、土方以及盖板（4），预应力钢绞线（2）一端通过固定端锁具（3）固定在模型箱（5）底部，张拉预应力钢绞线（2）直到达到预应力钢绞线张拉理论伸长量，此时通过张拉端锁具（1）将张拉预应力钢绞线（2）固定于盖板（4）上。本发明针对模型箱尺寸较小，振动台承载力有限等条件下无法施加人工质量（配重）的缺陷，实现了模拟人工质量（配重）。

Description

地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的装置及方法
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的方法及装置。
背景技术
近年来城市化进程的加快，使得地下结构越来越多，比如地铁车站、隧道，地下结构的抗震性能研究也引起了广泛的关注。目前通常采用模型试验进行研究，模型试验中，首先以地下结构为对象制作模型结构，然后把模型结构置于土方中一起放到模型箱里，模型箱与振动台台面相连，并通过振动台台面传递信号模拟模型试验。然而模型试验中重力加速度无法改变，忽略重力加速度将在某种程度上给实验结果带来误差，此外忽略非结构构件荷载将会导致模型自振周期的降低，结构剪力和竖向压应力减少，结果误差较大。而目前试验中由于结构模型体积较小，以及振动台承载力有限，使得附加配重比较困难。因此，需要一种有效方法来解决在有限条件下施加人工质量（即配重）的问题。
发明内容
为了在模型试验中建立人工质量相似关系，本发明主要通过给钢绞线施加预应力来实现振动台试验中模拟人工质量。该发明在已有模型箱系统的基础上，增加了张拉端锁具、预应力钢绞线、固定端锁具及盖板。该发明的主要理论依据是预应力原理；该发明主要的计算是利用第二相似理论计算出完全人工质量模型条件下的配重，再通过预应力钢绞线张拉理论伸长量计算公式将要施加的预应力转化为钢绞线张拉理论伸长量。主要实施方法是通过千斤顶张拉钢绞线，使钢绞线伸长理论伸长量，通过钢绞线、盖板及模型箱底板把预应力传给土体，以达到模拟人工质量（即配重）的目的，技术方案如下：
地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的装置，包括模型箱（5），其特征在于还设置了张拉端锁具（1）、预应力钢绞线（2）、固定端锁具（3）、以及盖板（4）；预应力钢绞线（2）依次垂直贯穿模型箱（5）和盖板（4），预应力钢绞线（2）的一端通过固定端锁具（3）固定于模型箱底部，另一端通过张拉端锁具（1）固定于盖板（4）。
地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的方法，其特征在于：将土方及模型结构置于模型箱内，预应力钢绞线（2）垂直贯穿模型箱（5）底板、土方以及盖板（4），预应力钢绞线（2）一端通过固定端锁具（3）固定在模型箱（5）底部，张拉预应力钢绞线（2）直到达到预应力钢绞线张拉理论伸长量，此时通过张拉端锁具（1）将张拉预应力钢绞线（2）固定于盖板（4）上。
所述的预应力钢绞线张拉理论伸长量ΔL的计算公式如下：
ΔL＝（Pp*L）/（Ap*Ep）
其中：L表示预应力钢绞线的计算长度，
Ap表示预应力钢绞线的有效截面面积，
Ep表示预应力钢绞线的弹性模量，
Pp表示预应力钢绞线的平均张拉力（即计算配重），计算公式如下：
pp＝mmr*g，
其中：mmr表示要施加的人工质量，g表示重力加速度；
m mr = E r l r 2 m yj - m mj ,
Er表示模型结构和地下结构的弹性模量相似比，
lr表示模型结构和地下结构的长度相似比，
myj表示地下结构质量，
mmj表示模型结构质量。
所述的预应力钢绞线（2）与模型结构不接触。
有益效果
本发明结构简单、可操作性好、费用低廉、可靠性高，解决了振动台试验中由于结构埋深较浅、结构比例较小以及振动台承载能力有限，无法施加配重并建立人工质量相似关系的问题。
附图说明
图1实施例中千斤顶施力图；
图2本发明结构示意图；
图3实施例中装置正视图
图4张拉端锁具细节图；
图中，1、张拉端锁具2、预应力钢绞线3、固定端锁具4、盖板5、模型箱。
具体实施方法：
以下结合附图及实施例对本发明做进一步说明：
本实施例以地铁隧道为研究对象，地铁隧道即前文中提到的地下结构。以地铁隧道为对象制作地铁隧道模型，地铁隧道模型即为前文中提到的模型结构。本实施例就是要通过施加预应力，模拟模型试验需要施加的人工质量（即配重），解决因忽略重力加速度将在某种程度上给实验结果带来误差的问题。将地铁隧道模型以及土方埋于模型箱中，根据完全人工质量模型计算公式，计算出要施加的人工质量，其中Er表示地铁隧道模型和地铁隧道的弹性模型相似比；lr表示地铁隧道模型和地铁隧道的长度相似比；myj表示地铁隧道的质量；mmj表示地铁隧道模型的质量；然后利用重力公式，把计算所得的人工质量转换为施加所需的配重。下一步，通过预应力钢绞线张拉理论伸长量计算公式将所需施加的配重转换为钢绞线伸长量。接下来通过固定端锁具把钢绞线固定在模型箱底部，另一端穿过土体，利用张拉千斤顶张拉预应力钢绞线，压力计监测张拉力大小，当预应力钢绞线的拉力长度快要达到计算长度时，缓慢施加拉力，直至达到计算的伸长量，通过张拉端锁具将钢绞线固定于盖板上。预应力钢绞线与地铁隧道模型的间距不小于地铁隧道模型宽度一半的1.2倍，这样能保证两者不接触，从而消除预应力钢绞线对地铁隧道模型的影响。由于土会松动，因此几小时后（通常2-4个小时后），用张拉千斤顶补张拉一次，保证预应力钢绞线达到理论伸长量，最后锁定。张拉端锁具和固定端锁具可采用相同结构。

Claims (4)

1.地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的装置，包括模型箱（5），其特征在于还设置了张拉端锁具（1）、预应力钢绞线（2）、固定端锁具（3）、以及盖板（4）；预应力钢绞线（2）依次垂直贯穿模型箱（5）和盖板（4），预应力钢绞线（2）的一端通过固定端锁具（3）固定于模型箱底部，另一端通过张拉端锁具（1）固定于盖板（4）。
2.地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的方法，其特征在于：将土方及模型结构置于模型箱内，预应力钢绞线（2）垂直贯穿模型箱（5）底板、土方以及盖板（4），预应力钢绞线（2）一端通过固定端锁具（3）固定在模型箱（5）底部，张拉预应力钢绞线（2）直到达到预应力钢绞线张拉理论伸长量，此时通过张拉端锁具（1）将张拉预应力钢绞线（2）固定于盖板（4）上。
3.根据权利要求2所述的地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的方法，其特征在于：所述的预应力钢绞线张拉理论伸长量ΔL的计算公式如下：
ΔL＝（Pp*L）/（Ap*Ep）
其中：L表示预应力钢绞线的计算长度，
Ap表示预应力钢绞线的有效截面面积，
Ep表示预应力钢绞线的弹性模量，
Pp表示预应力钢绞线的平均张拉力，计算公式如下：
pp＝mmr*g，
其中：mmr表示要施加的人工质量，g表示重力加速度；
m mr = E r l r 2 m yj - m mj ,
Er表示模型结构和地下结构的弹性模量相似比，
lr表示模型结构和地下结构的长度相似比，
myj表示地下结构质量，
mmj表示模型结构质量。
4.根据权利要求2所述的地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的方法，其特征在于：所述的预应力钢绞线（2）与模型结构不接触。
CN2012105634555A 2012-12-21 2012-12-21 地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的装置及方法 Pending CN103063385A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012105634555A CN103063385A (zh) 2012-12-21 2012-12-21 地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012105634555A CN103063385A (zh) 2012-12-21 2012-12-21 地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103063385A true CN103063385A (zh) 2013-04-24

Family

ID=48106104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012105634555A Pending CN103063385A (zh) 2012-12-21 2012-12-21 地下结构振动台试验中有效模拟人工质量的装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103063385A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109026059A (zh) * 2018-07-25 2018-12-18 同济大学 一种固定端头、预紧力施加方法及环片模型
CN111207898A (zh) * 2020-03-02 2020-05-29 中铁西北科学研究院有限公司 用于立体交叉隧道的振动台试验系统及其制作方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09178605A (ja) * 1995-12-26 1997-07-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧力駆動式振動試験装置
CN101343882A (zh) * 2008-08-18 2009-01-14 山东大学 用于模型试验的微型预应力锚索及其埋设和加载方法
CN201247115Y (zh) * 2008-08-18 2009-05-27 山东大学 用于模型试验的微型预应力锚索
CN102175411A (zh) * 2011-03-07 2011-09-07 哈尔滨工业大学 可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置
CN102620899A (zh) * 2012-04-01 2012-08-01 北京工业大学 岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置
CN202393607U (zh) * 2011-11-28 2012-08-22 同济大学 一种地下开挖模拟试验箱
CN202401479U (zh) * 2011-11-16 2012-08-29 中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院 一种单桩竖向抗拔静载试验装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09178605A (ja) * 1995-12-26 1997-07-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧力駆動式振動試験装置
CN101343882A (zh) * 2008-08-18 2009-01-14 山东大学 用于模型试验的微型预应力锚索及其埋设和加载方法
CN201247115Y (zh) * 2008-08-18 2009-05-27 山东大学 用于模型试验的微型预应力锚索
CN102175411A (zh) * 2011-03-07 2011-09-07 哈尔滨工业大学 可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置
CN202401479U (zh) * 2011-11-16 2012-08-29 中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院 一种单桩竖向抗拔静载试验装置
CN202393607U (zh) * 2011-11-28 2012-08-22 同济大学 一种地下开挖模拟试验箱
CN102620899A (zh) * 2012-04-01 2012-08-01 北京工业大学 岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张敏政: "地震模拟实验中相似律应用的若干问题", 《地震工程与工程振动》 *
林元志等: "预应力钢绞线伸长量的准确计算与量测方法", 《广东公路交通》 *
陶连金等: "地铁结构振动台试验欠人工质量模型配重方法", 《土木建筑与环境工程》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109026059A (zh) * 2018-07-25 2018-12-18 同济大学 一种固定端头、预紧力施加方法及环片模型
CN111207898A (zh) * 2020-03-02 2020-05-29 中铁西北科学研究院有限公司 用于立体交叉隧道的振动台试验系统及其制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN206038456U (zh) 一种加载带窗口的墙体拟静力实验装置
Xu et al. Validation of a numerical model based on dynamic centrifuge tests and studies on the earthquake damage mechanism of underground frame structures
CN107228803B (zh) 一种衬砌构件拟静力试验装置及方法
CN104833537B (zh) 一种模拟隧道施工的相似模型试验装置
Haiyang et al. Shaking table tests for the seismic response of a base-isolated structure with the SSI effect
CN110780056A (zh) 模拟活动断层对隧道损伤机理研究的试验装置及使用方法
CN101403645B (zh) 一种水压、土压独立加载的盾构隧道结构原型试验装置
CN105241656B (zh) 深部巷道高阻可伸长锚杆支护的物理模拟实验系统及方法
CN104975621B (zh) 一种多锚固端挡土墙室内模型试验装置及试验方法
Goktepe et al. Numerical and experimental study on scaled soil-structure model for small shaking table tests
CN111595682B (zh) 大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统及方法
CN105067438B (zh) 一种可施加三轴应力的穿越活动断裂带隧道错动破坏的模型试验装置
Liu et al. Investigation of liquefaction-induced lateral load on pile group behind quay wall
CN106198264A (zh) 一种真三轴岩石加卸载扰动实验装置及其使用方法
Tang et al. Investigations of seismic response to an irregular-section subway station structure located in a soft clay site
Zhang et al. Study on seismic failure mechanism of shallow buried underground frame structures based on dynamic centrifuge tests
CN110082227A (zh) 模拟动载荷刀柱式残采区煤柱群稳定的试验仪及其方法
CN103760096B (zh) 一种侧向加压相似模拟实验装置及实验方法
Shin et al. Effects of frequency contents of aftershock ground motions on reinforced concrete (RC) bridge columns
CN103499500A (zh) 一种模拟冲击、振动动载重复作用的试验装置
CN108827568A (zh) 模拟复杂振动环境下高密集区地面长期沉降模型试验装置
CN206411107U (zh) 一种室内模拟应力解除法测定地应力的试验装置
Mei et al. Aseismic performances of constrained damping lining structures made of rubber-sand-concrete
CN205091195U (zh) 一种可施加三轴应力的穿越活动断裂带隧道错动破坏的模型试验装置
CN201144422Y (zh) 抗滑支挡装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20130424