CN104035127A - 一种单自由度振动台试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属岩土工程技术领域，具体涉及一种单自由度振动台试验装置。由底座、激振器前后固定支架、横纵向悬挂梁、悬挂固定杆、激振器（固定支座、油缸、传力杆、连接卡口装置）、振动台轨道支座、轨道、振动台台面、固定孔、振动台底部滚轮、激振器伺服系统、油压输送控制系统、电脑调节控制系统组成。前、后固定支架和纵、横向悬挂梁固定在底座上形成框架固定激振器油缸，振动台台面通过轨道安置在仪器支座上，激振器与振动台台面刚性连接，并伺服系统、油压系统和电脑系统进行运行控制。本发明通过与不同的振动台模型试验装置的结合，可实现在设定波形激励下的地震振动的模拟，从而进行单自由度振动下岩土工程科学问题的振动机理试验研究。

Description

一种单自由度振动台试验装置
技术领域
本发明属岩土工程技术领域，具体涉及一种单自由度振动台试验装置。
背景技术
地震振动台是抗震研究领域中的重要试验设备之一。我国是地震多发国家，岩土工程学界为了适应科学技术的迅速发展和新型材料的广泛应用，越来越多的研究项目需要进行振动台试验。目前主流的多自由度振动台设计方案基本都是为了研究上部结构稳定性等结构工程问题，对于岩土工程问题的抗震研究主要针对土体在振动作用下的抗震特性和变形特性等复杂机理性问题展开。多自由度振动台对于复杂的岩土工程问题研究，只能将问题更加复杂化，因此有必要研制适用于中振动作用下岩土工程科学问题机理性研究的单自由度振动台。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单自由度振动台试验装置。
本发明提出的一种单自由度振动台试验装置，由仪器底座1、激振系统、动力激振输入系统和振动台台面系统组成，其中：
仪器底座1作为整个多功能试验平台的底部固定系统，激振系统、动力激振输入系统和振动台台面系统均位于仪器底座1上方；
激振系统由激振器后固定支架2、激振器前固定支架3、纵向悬挂梁4、横向悬挂梁5、悬挂固定杆6、激振器固定支座7、动力激振器油缸8、激振器传力杆9和连接卡口装置10组成、激振器后固定支架2、为激振器前固定支架3为预制的钢制焊接构建，通过高强螺栓固定于仪器底座1上；两根纵向悬挂梁4和两根横向悬挂梁5焊接构成上部悬挂梁部件，纵向悬挂梁4两端通过螺栓与激振器前固定支架2和激振器后固定支架3连接固定在一起；悬挂固定杆6穿过横向悬挂梁5中部且用螺栓固定，通过调节螺栓可以实现悬挂固定杆6的上下调节，悬挂固定杆6下端与动力激振器油缸8固定；激振器固定支座7是位于动力激振器油缸8的后部水平固定装置，其通过高强螺栓固定于激振器后固定支架2内侧，动力激振器油缸8连接激振器传力杆9，激振器传力杆9一端设有连接卡口装置10；
动力激振输入系统由激振器伺服系统17、油压输送控制系统18和电脑调节控制系统19组成，激振器伺服系统17、油压输送控制系统18分别连接动力激振器油缸8，激振器伺服系统17通过油压阀门和传感器监测并控制动力激振器油缸8的运行，油压输送控制系统18为激振器油缸8的运行提供稳定可控的油源，伺服系统17和油压系统18由可视化的电脑调节控制系统19进行最终控制；
振动台台面系统由振动台轨道支座11、振动台轨道12、振动台台面13、固定孔14、固定螺母15和滑动滚轮组16组成，水平轨道支座11由若干条钢制水平托底焊接于钢制底板上构成，水平轨道支座11通过螺栓固定于仪器底座1上，水平滑动轨道12焊接于水平轨道支座12上；振动台台面13为正方形钢制刚性台面，其表面均匀分布固定孔14和匹配的固定螺母15，振动台台面13下部固定有滑动滚轮组16，滑动滚轮组16精确安置于水平滑动轨道12上，振动台台面13与激振器传力杆连接卡口装置10通过固定螺栓牢固连接，使得振动台台面13能在激振系统激振荷载作用下振动。
本发明中，横向悬挂梁5有2根，每根横向悬挂梁上分布安装2根激振器悬挂固定杆6，共有4根激振器悬挂固定杆6，分别位于激振器油缸的四个对称悬挂点位置。
本发明中，振动台台面13为1000mm×1000mm的正方形钢制刚性台面，振动台台面13上表面100mm×100mm均匀分布81个固定孔14和匹配的固定螺母15。
本发明的工作过程：
将振动试验装置安装在振动台台面13上，操作电脑数控系统19和油压控制系统18，将设定的激振波形油压控制系统18通过油压的控制转变为激振器油缸8活塞的机械振动，通过激振器传力杆9带动振动台台面13及固定在台面上的试验装置一起振动。通过伺服系统17监测对应于剪切过程中不同时刻的应力、应变指标，具体的传感器设置方案按具体试验要求而定。
本发明的有益效果：
本发明装置的最大优点是能够通过在振动台台面上安装不同的试验模型，实现在设定的任意波形振动的激励下振动试验，并在单一自由度方向上，实现模拟地震振动对岩土工程结构作用的试验目的。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为本发明的前视图。
图3为本发明的左视图。
图4为本发明的右视图。
图5为本发明的俯视图。
图中标号：1为底座，2为激振器后固定支架，3为激振器前固定支架，4为纵向悬挂平衡梁，5为横向悬挂梁，6为激振器悬挂固定杆，7为激振器固定支座，8为激振器油缸，9为激振器传力杆，10为连接卡口装置，11为振动台轨道支座，12为振动台轨道，13为振动台台面，14为振动台台面固定孔，15为固定螺母，16为底部滚轮，17为激振器伺服系统，18为油压输送控制系统，19为电脑调节控制系统。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1
如图1-图5所示，装置由仪器底座1、激振器后固定支架2、激振器前固定支架3、纵向悬挂梁4、横向悬挂梁5、悬挂固定杆6、激振器固定支座7、动力激振器油缸8、激振器传力杆9、连接卡口装置10、水平轨道支座11、水平滑动轨道12、振动台台面13、振动台台面固定孔14、固定螺母15和滑动滚轮16组成，其结构如图1-5所示，此外还包括激振器伺服系统17、油压输送控制系统18、电脑调节控制系统19。其中，底座1由两根3000mm长的H型钢构成，作为整个多功能试验平台的底部固定系统。激振器后固定支架2、激振器前固定支架3、纵向悬挂平衡梁4、横向悬挂梁5、激振器悬挂固定杆6、激振器固定支座7、动力激振器油缸8、激振器传力杆9、激振器传力杆连接卡口装置10组成激振系统。激振器后固定支架2、为激振器前固定支架3为预制的钢制焊接构建，用高强螺栓固定于底座1上；两根纵向悬挂平衡梁4和两根横向悬挂梁5焊接构成上部悬挂梁系统，通过螺栓与激振器前后固定支架2、3连接固定在一起；4根钢制激振器悬挂固定杆6分别穿过在两根横向悬挂梁5中部且用螺栓固定，通过调节可以实现悬挂固定杆的上下调节，悬挂固定杆6的下端与动力激振器油缸8固定。激振器固定支座7、动力激振器油缸8、激振器传力杆9、激振器传力杆连接卡口装置10、激振器伺服系统17、油压输送控制系统18、电脑调节控制系统19组成了动力激振输入系统。激振器固定支座7是动力激振器油缸8的后部水平固定装置，通过高强螺栓固定在激振器后固定支架2内侧钢板上，激振器传力杆9通过激振器传力杆连接卡口装置10连接振动输出装置，激振器伺服系统17通过油压阀门和传感器监测并控制动力激振器油缸8的运行，油压输送控制系统18为激振器油缸8的运行提供稳定可控的油源，伺服系统和油压系统都由可视化的电脑调节控制系统19进行最终控制。振动台轨道支座11、振动台轨道12、振动台台面13、固定孔14、固定螺母15和滑动滚轮组16组成振动台台面系统，三条钢制水平托底焊接在钢制底板上构成水平轨道支座11，水平轨道支座11用螺栓固定于仪器底座1上，水平滑动轨道12焊接于水平轨道支座上。振动台台面13为1000mm×1000mm的正方形钢制刚性台面，振动台台面13上表面100mm×100mm均匀分布81个固定孔14和匹配的固定螺母15，振动台下部固定有滑动滚轮组16，滚轮组16精确安置于水平滑动轨道12上，振动台台面13与连接卡口装置10用固定螺栓牢固连接，使得振动台台面能在激振系统激振荷载作用下振动。
横向悬挂梁5有2根，每根横向悬挂梁上分布安装2根激振器悬挂固定杆6，共有4根激振器悬挂固定杆6，分别位于激振器油缸的四个对称悬挂点位置。
仪器底座1：由两根3000mm长的HN 700×300×13×24号H型钢构成，横向用20mm厚度钢板和高强螺栓固定连接；激振器后固定支架2：纵向长度200mm、横向宽600mm、高度500mm的钢制支撑构件，用钢板焊接而成，用高强螺栓与仪器底座1固定；激振器前固定支架3：与激振器后固定支架尺寸相同，在竖向钢板的中下位置处开一个280mm×200mm的孔洞，以让激振器传力杆穿过；纵向悬挂梁4：为长度1000mm的HN 100×50×5×7号H型钢，两端焊接有固定钢块，用高强螺栓与激振器前后固定支架2、3固定连接；横向悬挂梁5：为480mm长的8号槽钢，槽口向下固定于纵向悬挂梁4的上方，用高强螺栓与纵向悬挂梁4连接固定；激振器悬挂固定杆6：为长度400mm、直径20mm的圆形车制高强钢杆件；激振器固定支座7、激振器油缸8、激振器传力杆9：为美国MTS公司提供的配套元件；连接卡口装置10：为长度200mm、宽度120mm、高120mm的高强钢材车制的构件，卡口固定处用2个20mm直径的高强螺栓固定；水平轨道支座11：为用长度1300mm宽800mm厚10mm钢板作为支撑的钢制构件，用高强螺栓固定在仪器底座1上；水平滑动轨道12：为1260mm长的钢制构件；振动台台面13：为台面面积1000mm×1000mm的钢制台面，台面上表面光滑并按100mm×100mm间距分布20mm直径和10mm直径的固定孔14，每个固定孔配套一颗固定螺母15，台面下部固定的滑动滚轮16为与滑动轨道12配套的钢制构件。
单自由度振动台试验工作过程如下：将试验模型装置通过固定螺母15和台面固定孔14牢固固定在振动台台面13上。操作电脑调节控制系统19和油压控制系统18，将设定的激振波形油压控制系统18通过油压的控制转变为激振器油缸8的活塞机械振动，通过激振器传力杆9带动振动台台面13及固定在台面上的试验装置一起振动。通过伺服系统17监测对应于剪切过程中不同时刻的应力、应变指标，具体的传感器设置方案按具体试验要求而定。在整个振动剪切过程中，保证台面固定孔14和台面固定螺栓15能将试验装置牢固固定在振动台台面25上。参照图1~ 5，本领域的技术人员均能顺利实施。

Claims (3)

1.一种单自由度振动台试验装置，由仪器底座(1)、激振系统、动力激振输入系统和振动台台面系统组成，其特征在于：
仪器底座(1)作为整个多功能试验平台的底部固定系统，激振系统、动力激振输入系统和振动台台面系统均位于仪器底座(1)上方；
激振系统由激振器后固定支架(2)、激振器前固定支架(3)、纵向悬挂梁(4)、横向悬挂梁(5)、悬挂固定杆(6)、激振器固定支座(7)、动力激振器油缸(8)、激振器传力杆(9)和连接卡口装置(10)组成、激振器后固定支架(2)、为激振器前固定支架(3)为预制的钢制焊接构建，通过高强螺栓固定于仪器底座(1)上；两根纵向悬挂梁(4)和两根横向悬挂梁(5)焊接构成上部悬挂梁部件，纵向悬挂梁(4)两端通过螺栓与激振器前固定支架(2)和激振器后固定支架(3)连接固定在一起；悬挂固定杆(6)穿过横向悬挂梁(5)中部且用螺栓固定，通过调节螺栓可以实现悬挂固定杆(6)的上下调节，悬挂固定杆(6)下端与动力激振器油缸(8)固定；激振器固定支座(7)是位于动力激振器油缸(8)的后部水平固定装置，其通过高强螺栓固定于激振器后固定支架(2)内侧，动力激振器油缸(8)连接激振器传力杆(9)，激振器传力杆(9)一端设有连接卡口装置(10)；
动力激振输入系统由激振器伺服系统(17)、油压输送控制系统(18)和电脑调节控制系统(19)组成，激振器伺服系统(17)、油压输送控制系统(18)分别连接动力激振器油缸(8)，激振器伺服系统(17)通过油压阀门和传感器监测并控制动力激振器油缸(8)的运行，油压输送控制系统(18)为激振器油缸(8)的运行提供稳定可控的油源，伺服系统(17)和油压系统(18)由可视化的电脑调节控制系统(19)进行最终控制；
振动台台面系统由振动台轨道支座(11)、振动台轨道(12)、振动台台面(13)、固定孔(14)、固定螺母(15)和滑动滚轮组(16)组成，水平轨道支座(11)由若干条钢制水平托底焊接于钢制底板上构成，水平轨道支座(11)通过螺栓固定于仪器底座(1)上，水平滑动轨道(12)焊接于水平轨道支座(12)上；振动台台面(13)为正方形钢制刚性台面，其表面均匀分布固定孔(14)和匹配的固定螺母(15)，振动台台面(13)下部固定有滑动滚轮组(16)，滑动滚轮组(16)精确安置于水平滑动轨道(12)上，振动台台面(13)与激振器传力杆连接卡口装置(10)通过固定螺栓牢固连接，使得振动台台面(13)能在激振系统激振荷载作用下振动。
2.根据权利要求1所述的单自由度振动台试验装置，其特征在于横向悬挂梁(5)有2根，每根横向悬挂梁上分布安装2根激振器悬挂固定杆(6)，共有4根激振器悬挂固定杆(6)，分别位于激振器油缸的四个对称悬挂点位置。
3.根据权利要求1所述的单自由度振动台试验装置，其特征在于振动台台面(13)为1000mm×1000mm的正方形钢制刚性台面，振动台台面(13)上表面100mm×100mm均匀分布81个固定孔(14)和匹配的固定螺母(15)。
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