CN103106816A - 可移动建筑抗震性能动态仿真分析仪 - Google Patents

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一种可移动建筑抗震性能动态仿真分析仪，由地震模拟部分和数据采集部分组成，包括第一纵向位移传感器（1）、第二纵向位移传感器（2）、第一横向位移传感器（3）、第二横向位移传感器（4）、第三横向位移传感器（5）、数据分析终端（6）、支柱（7）、纵向激振器（8）、仿真建筑模型（9）、滚球（10）、滚球移动盘（11）、水平托板（12）、横向弹簧（13）、横向拉力传感器（14）、横向激振器（15）、纵向弹簧（16）、纵向拉力传感器（17）、第一水平弹簧（18）、第一弹簧片（19）、第二弹簧片（20）、第二水平弹簧（21）。整个仿真过程可测变量包括横向、纵向激振力变化影响，各个弹簧弹性系数变化影响，建筑仿真模型结构变化影响，滚球移动盘11弧度变化影响等多个参数组合，因此可仿真类型多样，范围广，基本能实现多种地震情况的仿真模拟。结构设计合理，可测试数据多样，仿真效果逼真。

Description

可移动建筑抗震性能动态仿真分析仪
技术领域
本发明涉及一种分析仪，尤其是可移动建筑抗震性能动态仿真分析仪。
背景技术
随着城市化进程的加快，越来越多的人搬入高层建筑，一栋高层楼房内经常同时工作或生活着几百到几千人，因此地震的危害性随着人口集中度的提高也越来越大，高层建筑的防震设计因此显得越发重要。
地震学研究证明：地震波传播方式主要包括纵波、横波和面波，纵波是推进波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱；横波是剪切波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。
根据地震波的传播原理，可以设计出一种可移动建筑，当地震波袭来时，可移动建筑随波发生一定有效位移，化解大部分破坏能量，从而起到抗震防震的目的。
发明内容
基于以上目的，本发明主要是实现可移动建筑抗震性的动态力学和位移仿真分析。首先建立模拟地震工作台，模仿地震发生时的纵波、横波和面波的产生与传输，同时根据建筑构造的不同类型建立三种可移动建筑模型，当模拟地震波作用于建筑模型上时，采集有关的位移和力学信息，通过对相关数据的实验与建模分析，实现对可移动建筑抗震性能的有效分析和论证。
本发明提出一种可移动建筑抗震性能动态仿真分析仪，由地震模拟部分和数据采集部分组成，包括第一纵向位移传感器1、第二纵向位移传感器2、第一横向位移传感器3、第二横向位移传感器4、第三横向位移传感器5、数据分析终端6、支柱7、纵向激振器8、仿真建筑模型9、滚球10、滚球移动盘11、水平托板12、横向弹簧13、横向拉力传感器14、横向激振器15、纵向弹簧16、纵向拉力传感器17、第一水平弹簧18、第一弹簧片19、第二弹簧片20、第二水平弹簧21。
在地震模拟部分，水平托板12模拟地震时的地面，在垂直方向上，两个并行排列的第一弹簧片19和第二弹簧片20固定水平托板12的左端，水平托板12的右端中间位置被纵向弹簧16支撑，纵向弹簧16的下端串联纵向拉力传感器17，纵向拉力传感器17下面串联纵向激振器8，第一弹簧片19和第二弹簧片20和纵向激振器8的另一端固定在地面上；在水平方向上，水平托板12被横向弹簧13、第一水平弹簧18和第二水平弹簧21拉伸固定，如图2所示，这三个弹簧分别连接在水平托板12相应边缘的中间位置，同时第一弹簧片19和第二弹簧片20也对水平托板12也有一个横向弹性力；在横向弹簧13上串联横向拉力传感器14和横向激振器15，横向激振器15另一端固定。在水平托板12的上面，均匀布置四个滚球移动盘11，如图2所示，每个盘内放置一个滚球10，滚球移动盘11为圆盘形结构，类似盘子，中间凹，有一定弧度；仿真建筑模型9放置在4个滚球10上面，仿真建筑模型9的下部和滚球10接触的地方，和滚球移动盘11的形状相似，有一定的内凹弧度。
数据采集部分主要安装在立柱7上面，支柱7是L形结构，上面按测试要求布置五个位移传感器，分别是第一纵向位移传感器1、第二纵向位移传感器2，布置在支柱7的顶端；第一横向位移传感器3、第二横向位移传感器4和第三横向位移传感器5布置在支柱7的立端；五个传感器的数据通过相应线路传输给数据分析终端6，横向拉力传感器14和纵向拉力传感器17的数据通过相应线路传输给数据分析终端6。数据分析终端6固定在立柱7左侧，主要由采集卡，运算器，存储器和显示器等部件组成。
整个仿真过程可测变量包括横向、纵向激振力变化影响，各个弹簧弹性系数变化影响，建筑仿真模型结构变化影响，滚球移动盘11弧度变化影响等多个参数组合，因此可仿真类型多样，范围广，基本能实现多种地震情况的仿真模拟。结构设计合理，可测试数据多样，仿真效果逼真。
附图说明
图1是本发明的可移动建筑抗震性能动态仿真分析仪的主视结构图。
图2是本发明的可移动建筑抗震性能动态仿真分析仪的俯视基座图。
图3是砖混结构模型图。
图4是钢筋混凝土结构模型图。
图5是框剪结构模型图。
具体实施例
一种可移动建筑抗震性能动态仿真分析仪，由地震模拟部分和数据采集部分组成，包括第一纵向位移传感器1、第二纵向位移传感器2、第一横向位移传感器3、第二横向位移传感器4、第三横向位移传感器5、数据分析终端6、支柱7、纵向激振器8、仿真建筑模型9、滚球10、滚球移动盘11、水平托板12、横向弹簧13、横向拉力传感器14、横向激振器15、纵向弹簧16、纵向拉力传感器17、第一水平弹簧18、第一弹簧片19、第二弹簧片20、第二水平弹簧21。
在地震模拟部分，水平托板12模拟地震时的地面，在垂直方向上，两个并行排列的第一弹簧片19和第二弹簧片20固定水平托板12的左端，水平托板12的右端中间位置被纵向弹簧16支撑，纵向弹簧16的下端串联纵向拉力传感器17，纵向拉力传感器17下面串联纵向激振器8，第一弹簧片19和第二弹簧片20和纵向激振器8的另一端固定在地面上；在水平方向上，水平托板12被横向弹簧13、第一水平弹簧18和第二水平弹簧21拉伸固定，如图2所示，这三个弹簧分别连接在水平托板12相应边缘的中间位置，同时第一弹簧片19和第二弹簧片20也对水平托板12也有一个横向弹性力；在横向弹簧13上串联横向拉力传感器14和横向激振器15，横向激振器15另一端固定。在水平托板12的上面，均匀布置四个滚球移动盘11，如图2所示，每个盘内放置一个滚球10，滚球移动盘11为圆盘形结构，类似盘子，中间凹，有一定弧度；仿真建筑模型9放置在4个滚球10上面，仿真建筑模型9的下部和滚球10接触的地方，和滚球移动盘11的形状相似，有一定的内凹弧度。
数据采集部分主要安装在立柱7上面，支柱7是L形结构，上面按测试要求布置五个位移传感器，分别是第一纵向位移传感器1、第二纵向位移传感器2，布置在支柱7的顶端；第一横向位移传感器3、第二横向位移传感器4和第三横向位移传感器5在支柱7的立端；五个传感器的数据通过相应线路传输给数据分析终端6，横向拉力传感器14和纵向拉力传感器17的数据通过相应线路传输给数据分析终端6。数据分析终端6固定在立柱7左侧，主要由采集卡，运算器，存储器和显示器等部件组成。
模拟仿真方式的选择
仿真建筑模型9的选取。根据建筑结构类型，建立砖混结构（图3）、钢筋混凝土（图4）和框剪结构（图5）等三种结构模型进行应力实验和位移分析。
地震波的传播主要包括纵波、横波和面波，其中横向激振器15产生的横向震动波模拟地震横波，纵向激振器8模拟地震波纵波，纵波和横波的叠加模拟地震波面波。仿真方式中，可以单独进行纵波或横波的动态分析，也可以进行叠加后的面波分析。
地震波的特点是波长大、振幅强、周期短，能量释放集中，而破坏力尤其以横波最剧烈，因此模拟仿真仪中的弹簧的弹性系数比较关键，通过分别确定纵向和横向弹簧13的弹性系数，来实现不同的震级模拟和纵波横波的振幅与波长；并且两个弹簧片由于既能产生弹性力，也能产生纵、横向支撑力，能比较好的模拟纵波的传播。
工作过程
横向激振器15和纵向激振器8产生振动信号，带动相关弹簧的纵、横向伸缩运动，因此带动水平托板12的纵、横向运动。由于水平托板12和仿真建筑模型9之间可以通过滚球10产生相互运动，因此，水平托板12的波动被相互运动抵消掉大部分，本仿真分析仪主要是为了对此抵消部分位移和力度进行量化分析。滚球移动盘11设计为中间凹的盘装，主要是为了模拟地震波过后，建筑能自动缓慢恢复原位，此处凹的最佳弧度，可以通过仿真实验来确定，以确保不影响建筑的横向相对运动。
实验数据的获得主要通过立柱4上面的五个测距传感器以及横向拉力传感器14和纵向拉力传感器17。第一纵向传感器1和第二纵向2分别测试仿真建筑模型9左右两端的垂直方向位移，获得纵向激振开始——最大振幅——重新静止过程中的连续数据；第一横向传感器3、第二横向传感器4、第三横向传感器5分别获得横向激振开始——最大振幅——重新静止过程中仿真建筑模型9的水平方向和托盘的水平方向的连续变化数据；横向拉力传感器14获得整个震动过程中的横向力学连续数据，纵向拉力传感器17获得整个震动过程中的纵向力学连续数据；以上数据传输给数据分析终端6，生成各个参数量的连续变化曲线，从各个曲线相互结合中去发现规律或进行数据验证。
整个仿真过程可测变量包括横向、纵向激振力变化影响，各个弹簧弹性系数变化影响，建筑仿真模型结构变化影响，滚球移动盘11弧度变化影响等多个参数组合，因此可仿真类型多样，范围广。

Claims (1)

1.一种可移动建筑抗震性能动态仿真分析仪，由地震模拟部分和数据采集部分组成，包括第一纵向位移传感器（1）、第二纵向位移传感器（2）、第一横向位移传感器（3）、第二横向位移传感器（4）、第三横向位移传感器（5）、数据分析终端（6）、支柱（7）、纵向激振器（8）、仿真建筑模型（9）、滚球（10）、滚球移动盘（11）、水平托板（12）、横向弹簧（13）、横向拉力传感器（14）、横向激振器（15）、纵向弹簧（16）、纵向拉力传感器（17）、第一水平弹簧（18）、第一弹簧片（19）、第二弹簧片（20）、第二水平弹簧（21），其特征在于：在地震模拟部分，水平托板（12）模拟地震时的地面，在垂直方向上，两个并行排列的第一弹簧片（19）和第二弹簧片（20）固定在水平托板（12）的左端，水平托板（12）的右端中间位置被纵向弹簧（16）支撑，纵向弹簧（16）的下端串联纵向拉力传感器（17），纵向拉力传感器（17）下面串联纵向激振器（8），第一弹簧片（19）和第二弹簧片（20）和纵向激振器（8）的另一端固定在地面上；在水平方向上，水平托板（12）被横向弹簧（13）、第一水平弹簧（18）和第二水平弹簧（21）拉伸固定，这三个弹簧分别连接在水平托板（12）相应边缘的中间位置，同时第一弹簧片（19）和第二弹簧片（20）也对水平托板（12）也有一个横向弹性力；在横向弹簧（13）上串联横向拉力传感器（14）和横向激振器（15），横向激振器（15）另一端固定，在水平托板（12）的上面，均匀布置四个滚球移动盘（11），每个盘内放置一个滚球（10），滚球移动盘（11）为圆盘形结构，中间凹，有一定弧度；仿真建筑模型（9）放置在4个滚球（10）上面，仿真建筑模型（9）的下部和滚球（10）接触的地方，和滚球移动盘（11）的形状相似，有一定的内凹弧度；数据采集部分安装在立柱（7）上面，支柱（7）是L形结构，上面按测试要求布置五个位移传感器，分别是第一纵向位移传感器（1）、第二纵向位移传感器（2），布置在支柱（7）的顶端；第一横向位移传感器（3）、第二横向位移传感器（4）和第三横向位移传感器（5）布置在支柱（7）的立端；五个传感器的数据通过相应线路传输给数据分析终端（6），横向拉力传感器（14）和纵向拉力传感器（17）的数据通过相应线路传输给数据分析终端（6），数据分析终端（6）固定在立柱（7）左侧，包括采集卡，运算器，存储器和显示器。
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