CN103792060A - 双向振动抗震试验台 - Google Patents

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Abstract

双向振动抗震试验台，包括从上到下依次平行设置的上平台、中平台和下平台，中平台设置在下平台上表面的水平轨道上，上平台设置在中平台上表面的水平轨道上，且下平台和中平台上表面的水平轨道呈一定夹角；上平台和中平台均连接有相应的动力机构，上平台和中平台分别由相应的动力机构驱动沿对应的水平轨道运动，且在上平台和中平台的一端均连接有在动力机构驱动其水平运动时，能够产生反作用力的弹簧组。本发明的一种双向振动抗震实验台，解决现有技术中抗震模拟试验台输入方式单一、结构复杂、成本较高、可靠性差等技术问题，其构造和原理简单，操作方便，容易取得且成本较低，适合推广使用。

Description

双向振动抗震试验台
技术领域
本发明属于土木工程实验设备技术领域，具体地说是一种能够输出双向振动荷载的试验台装置。
背景技术
从空间上讲，地震时地面的运动可分解成六个分量，包括3个平动分量和3个转动分量，同时结构物在多维地震作用下表现为空间运动，这种空间的作用程度取决于结构物的不规则程度和整体性，即使是规则对称结构，由于材料、施工等方面的原因，结构在强震作用下进行振动也绝非规则对称，且不规则程度和整体性会随时间发生变化。从震害资料分析表明：双向水平地震的作用将使不规则结构的扭转效应进一步加剧，因此仅仅研究单个分量的震动输入是不够的。目前对地震荷载模拟的实现方式主要是设大型振动台的试验室，且多是单一方向或水平和竖向组合的输入方式，这种方式原理比较复杂，建设投资昂贵，不经济。
发明内容
本发明的目的是提供一种双向振动抗震实验台，解决现有技术中抗震模拟试验台输入方式单一、结构复杂、成本较高、可靠性差等技术问题，其构造和原理简单，操作方便，容易取得且成本较低，适合推广使用。
本发明为解决上述技术问题，所提供的技术方案是：双向振动抗震试验台，包括从上到下依次平行设置的上平台、中平台和下平台，所述中平台设置在下平台上表面的水平轨道上，上平台设置在中平台上表面的水平轨道上，且下平台和中平台上表面的水平轨道呈一定夹角；所述的上平台和中平台均连接有相应的动力机构，上平台和中平台分别由相应的动力机构驱动沿对应的水平轨道运动，且在上平台和中平台的一端均连接有在动力机构驱动其水平运动时，能够产生反作用力的弹簧组。
所述的动力机构包括由动力源驱动的偏心轮和一端与偏心轮配合的推杆，推杆的另一端与上平台或中平台接触。
所述偏心轮的外部套设有轴承，推杆的一端与轴承接触。
所述的推杆穿设在导向轴支座内。
所述的动力机构均由控制机构控制。
所述的弹簧组固定在竖向反力板上，且两块竖向反力板分别固定在下平台和中平台上。
所述的水平轨道由V形槽、设置在V形槽内的多个钢珠和设置在V形槽上方的盖槽组成，所述盖槽和V形槽分别与上下方相应的平台固定连接。
所述下平台和中平台上表面的水平轨道方向相垂直。
本发明的有益效果：
1、本发明提供了一种输入两个水平方向的振动荷载，可近似的模拟地震荷载作用下结构物的地震反应，可为结构物的抗震、减震、隔震研究提供帮助。
2、本发明可运用到研究土体在两个水平方向的振动特性研究，可为饱和土体液化特征研究提供了很好的设备基础，对复合地基加载可研究其双向动荷载作用下的动力特性。
3、本发明采用的盖槽和V形槽结合的水平轨道，使钢珠与盖槽和V形槽以及平台板之间呈线形接触，最大限度的减小了系统的摩擦，采用的导向轴支座，严格限制了推杆的径向位移，能很好的稳定荷载的传递状态。
4、本发明采用的偏心轮，可通过调整偏心距的方法改变输入荷载的大小和平台的行程，也可通过改变弹簧刚度系数的方法改变输入荷载的幅值，通过控制机构控制动力源的转速，可实现不同的加载频率和加速度。
5、本发明设置在偏心轮上的轴承，起到了减小摩擦的作用，能保证在振动过程中与推杆稳定的接触并传递荷载。
6、本发明采用的水平轨道起到了支撑和导向的作用，可通过改变三个平台板间水平轨道的夹角来实现不同角度的两个荷载方向输入。
7、本发明结构原理简单，可移动，在室内外都可以操作，各部件容易取得，造价较低，比较经济，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意主视图；
图2为本发明的结构示意左视图；
图3为本发明中与上平台连接的荷载传递结构原理图；
图4为本发明中与中平台连接的荷载传递结构原理图；
图5 为本发明中支撑装置的剖视图；
图6为本发明对三层框架结构模型施加振动荷载示意图；
图7为本发明对土体或复合地基模型施加振动荷载示意图；
附图标记：1、控制机构，2、上平台，3、中平台，4、下平台，5、水平轨道，501、盖槽，502、V形槽，503、钢珠，6、动力源，7、轴承，8、输出轴，9、偏心轮，10、推杆，11、导向轴支座，12、弹簧组，13、框架模型结构，14、土体或复合地基材料模型，15、土箱。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式：
双向振动抗震试验台，包括从上到下依次平行设置的上平台2、中平台3和下平台4，所述中平台3设置在下平台4上表面的水平轨道5上，上平台2设置在中平台3上表面的水平轨道5上，且下平台4和中平台3上表面的水平轨道5呈一定夹角；所述的上平台2和中平台3均连接有相应的动力机构，上平台2和中平台3分别由相应的动力机构驱动沿对应的水平轨道5运动，且在上平台2和中平台3的一端均连接有在动力机构驱动其水平运动时，能够产生反作用力的弹簧组12。
所述的动力机构包括动力源6，设置在动力源6的输出轴8上的偏心轮9和一端与偏心轮9配合的推杆10，推杆10的另一端与上平台2或中平台3连接。所述的推杆10穿设在用于控制推杆10运动方向的导向轴支座11内。
所述偏心轮9的外部套设有轴承7，推杆10的一端与轴承7接触。
所述的动力机构均由控制机构1控制。
所述的弹簧组12固定在竖向反力板上，且两块竖向反力板分别固定在下平台4和中平台3上。
所述的水平轨道5由V形槽502、设置在V形槽502内的多个钢珠503和设置在V形槽502上方的盖槽501组成，所述盖槽501和V形槽502分别与上下方相应的平台固定连接。
所述下平台4和中平台3上表面的水平轨道5方向相垂直。
所述的导向轴支座11为钢制，轴孔内设有环向凹槽，可注入润滑油。
所述的导向轴支座11固定在工作平台上。
所述的平台采用钢板。
所述的控制机构1为数字式变频控制仪。
本发明的双向振动抗震试验台在进行加载试验前，先将制作好结构物或模型结构物、装有土体或复合地基材料模型的土箱，通过螺栓的连接方式将加载对象固定在上平台上。
启动固定在中平台上的动力源，动力源输出轴带动偏心轮转动，偏心轮的轴承与推杆前端接触并传递荷载，推杆的末端固定在上平台一端的中间部位，带动上平台传递荷载，其中推杆穿在与其配套的导向轴支座内，用导向轴支座来限制推杆的径向位移，导向轴支座在轴孔内设计有环形凹槽并在环形凹槽内注入润滑油，减小了机械摩擦。上平台的另一端与弹簧组接触产生反向推力，弹簧组固定在竖向反力板上。
启动固定在下平台上的动力源，动力源输出轴带动偏心轮转动，偏心轮的轴承与推杆前端接触并传递荷载，推杆的末端固定在中平台一端的中间部位，带动中平台传递荷载，其中推杆穿在与其配套的导向轴支座内，用导向轴支座来限制推杆的径向位移，导向轴支座在轴孔内设计有环形凹槽并在环形凹槽内注入润滑油，减小了机械摩擦。上平台的另一端与弹簧组接触产生反向推力，弹簧组固定在竖向反力板上。
在上平台和中平台之间对称设置两组水平轨道作为支撑和导向装置，上平台和中平台分别在其对应的水平轨道上运动，水平轨道由盖槽、V形槽和设置在两者之间的钢珠组成，所述的水平轨道中钢珠与盖槽和V形槽内面呈线性接触，极大的减小了系统摩擦。
两台电动机传递的荷载方向呈一定的角度，即上平台和中平台的水平振动方向呈一定的角度，进而实现加载对象的水平方向双向振动。
系统输入的振动荷载幅值可通过两种方法实现：一是通过更换振动动力源输出轴上的偏心轮，选择不同的偏心距，获得不同的荷载幅值；二是通过改变两组弹簧组的刚度系数来实现。当OA线与竖直方向OB线夹角α=0°时，平台的行程达到最大，荷载最大；当α=180°时，平台的行程达到最小，荷载最小。
系统输入的荷载频率和加速度通过控制机构来调节，所述的控制机构可以为数字式变频控制仪进而实现变速及加速度的大小改变；可根据需要改变三个平台间水平轨道的设置方向来实现不同夹角的荷载输入方向。
本发明提供的一种双向振动抗震试验台结构原理简单，使用安全可靠，能够同时输入两个水平方向的振动荷载，可近似的模拟地震荷载作用下结构物的地震反应，可为饱和土体液化特征研究提供了很好的设备基础，对复合地基加载可研究其双向动荷载作用下的动力特性，同时，成本较低，操作方便，适合推广使用。

Claims (8)

1.双向振动抗震试验台，其特征在于：包括从上到下依次平行设置的上平台（2）、中平台（3）和下平台（4），所述中平台（3）设置在下平台（4）上表面的水平轨道（5）上，上平台（2）设置在中平台（3）上表面的水平轨道（5）上，且下平台（4）和中平台（3）上表面的水平轨道（5）呈一定夹角；所述的上平台（2）和中平台（3）均连接有相应的动力机构，上平台（2）和中平台（3）分别由相应的动力机构驱动沿对应的水平轨道（5）运动，且在上平台（2）和中平台（3）的一端均连接有在动力机构驱动其水平运动时，能够产生反作用力的弹簧组（12）。
2.根据权利要求1所述的双向振动抗震试验台，其特征在于：所述的动力机构包括由动力源（6）驱动的偏心轮（9）和一端与偏心轮（9）配合的推杆（10），推杆（10）的另一端与上平台（2）或中平台（3）连接。
3.根据权利要求2所述的双向振动抗震试验台，其特征在于：所述偏心轮（9）的外部套设有轴承（7），推杆（10）的一端与轴承（7）接触。
4.根据权利要求2所述的双向振动抗震试验台，其特征在于：所述的推杆（10）穿设在导向轴支座（11）内。
5.根据权利要求1所述的双向振动抗震试验台，其特征在于：所述的动力机构均由控制机构（1）控制。
6.根据权利要求1所述的双向振动抗震试验台，其特征在于：所述的弹簧组（12）固定在竖向反力板上。
7.根据权利要求1所述的双向振动抗震试验台，其特征在于：所述的水平轨道（5）由V形槽（502）、设置在V形槽（502）内的多个钢珠（503）和设置在V形槽（502）上方的盖槽（501）组成，所述盖槽（501）和V形槽（502）分别与上下方相应的平台固定连接。
8.根据权利要求1所述的双向振动抗震试验台，其特征在于：所述下平台（4）和中平台（3）上表面的水平轨道（5）方向相垂直。
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