CN107356675A - 隔振垫性能实验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及土木工程技术领域，提供一种隔振垫性能实验装置及方法，首先，利用冲击力锤轴向击振混凝土桩产生弹性纵波；其次，通过在底板的内侧放置第一层数和第二层数的隔振垫时分别获取弹性纵波的第一信号幅值和第二信号幅值；再调整腔体内的土体量使第一信号幅值和第二信号幅值分别减小至预设值时，对应获取腔体内土体的第一高度和第二高度，确定出隔振垫与土体厚度的对应关系。本发明可以准确的测定隔振垫与土体厚度之间的对应关系，操作简单。

Description

隔振垫性能实验装置及方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体而言，涉及一种隔振垫性能实验装置及方法。
背景技术
弹性波在桩和土体中传播产生的振动会对周边建筑、场地、生产和生活等产生一定的影响，特别是对精密仪器的生产和运营有较大的影响。隔振垫可以对弹性波的振动起到很好的隔振效果，隔振垫是具有一定弹性的软材料，如橡胶、软木、海绵橡胶、毛毡、玻璃纤维、矿渣棉及泡沫板等。测定隔振垫与土体厚度之间的关系对寸土寸金的城市、企业、高校和科研院所的建设振动分析与减隔振具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隔振垫性能实验装置及方法，用以改善上述问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
本发明提供了一种隔振垫性能实验装置，用于测定隔振垫与土体厚度的对应关系，所述隔振垫性能实验装置包括隔振垫、混凝土桩、模型槽及测量模块；模型槽包括底板及侧板，底板及侧板围成腔体，隔振垫可改变层数地放置于底板的内侧；腔体内装有土体，且混凝土桩放置于土体上，测量模块与隔振垫连接；混凝土桩用于在冲击力锤的轴向击振下产生弹性纵波；隔振垫用于对弹性纵波进行衰减；测量模块用于在底板的内侧放置第一层数的隔振垫和第二层数的隔振垫时分别获取弹性纵波的第一信号幅值和第二信号幅值，以及调整腔体内的土体量使第一信号幅值和第二信号幅值分别减小至预设值时，对应获取腔体内土体的第一高度和第二高度，以确定隔振垫与土体厚度的对应关系。
本发明还提供了一种隔振垫性能实验方法，应用于上述的隔振垫性能实验装置，所述隔振垫性能实验装置包括隔振垫、混凝土桩、模型槽及测量模块；模型槽包括底板及侧板，底板及侧板围成腔体，隔振垫可改变层数地放置于底板的内侧；腔体内装有土体，且混凝土桩放置于土体上，测量模块与隔振垫连接；混凝土桩用于在冲击力锤的轴向击振下产生弹性纵波；隔振垫用于对弹性纵波进行衰减；测量模块用于在底板的内侧放置第一层数的隔振垫和第二层数的隔振垫时分别获取弹性纵波的第一信号幅值和第二信号幅值，以及调整腔体内的土体量使第一信号幅值和第二信号幅值分别减小至预设值时，对应获取腔体内土体的第一高度和第二高度，以确定隔振垫与土体厚度的对应关系。所述方法包括：当底板的内侧放置第一层数的隔振垫时，获得弹性纵波的第一信号幅值；调整腔体内的土体量，使第一信号幅值减小至预设值时，获取腔体内土体的第一高度；当底板的内侧放置第二层数的隔振垫时，获得弹性纵波的第二信号幅值；调整腔体内的土体量，使第二信号幅值减小至预设值时，获取腔体内土体的第二高度；根据第一高度和第二高度，确定隔振垫与土体厚度的对应关系。
相对现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种隔振垫性能实验装置及方法，首先，利用冲击力锤轴向击振混凝土桩产生弹性纵波；其次，通过在底板的内侧放置第一层数和第二层数的隔振垫时分别获取弹性纵波的第一信号幅值和第二信号幅值；再调整腔体内的土体量使第一信号幅值和第二信号幅值分别减小至预设值时，对应获取腔体内土体的第一高度和第二高度，确定出隔振垫与土体厚度的对应关系。本发明可以准确的测定隔振垫与土体厚度之间的对应关系，操作简单，具有良好的实用性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的隔振垫性能实验装置一视角的结构示意图。
图2示出了本发明实施例所提供的隔振垫性能实验装置另一视角的结构示意图。
图3示出了本发明实施例所提供的模型槽的结构示意图。
图4示出了本发明实施例所提供的底板一视角的结构示意图。
图5示出了本发明实施例所提供的底板另一视角的结构示意图。
图6为图2示出的隔振垫性能实验装置的AA1线截面剖视图。
图7示出了本发明实施例所提供的隔振垫性能实验方法的流程图。
图标：100-隔振垫性能实验装置；110-模型槽；111-底板；1111-通孔；1113-螺栓；112-支撑柱；113-第一侧板；114-第二侧板；115-第三侧板；116-第四侧板；120-混凝土桩；130-隔振垫；140-测量模块；141-传感器单元；143-电荷放大器；145-示波器；160-土体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请结合参照图1和图2，隔振垫性能实验装置100包括模型槽110、混凝土桩120、隔振垫130、测量模块140及土体160，模型槽110内装有土体160，混凝土桩120放置于土体160上，隔振垫130可改变层数的放置于模型槽110的底部，测量模块140与隔振垫130连接。
请参照图3，模型槽110包括底板111、侧板及支撑柱112，侧板包括第一侧板113、第二侧板114、第三侧板115及第四侧板116，底板111、第一侧板113、第二侧板114、第三侧板115及第四侧板116围成腔体，腔体内装有土体160。支撑柱112安装于模型槽110的四周，用于使模型槽110的底板111悬空。
请结合参照图4和图5，底板111与第一侧板113、第二侧板114、第三侧板115及第四侧板116可拆卸连接。作为一种实施方式，底板111包括通孔1111和螺栓1113，通孔1111开设于底板111的中心处，底板111可以与第二侧板114和第四侧板116通过螺栓1113连接。在本实施例中，底板111可以是U形底板，底板111的尺寸可以为长×宽＝0.5m×0.5m，底板111可以是钢板。
在本实施例中，支撑柱112用于连接第一侧板113与第二侧板114、第二侧板114与第三侧板115、第三侧板115与第四侧板116、以及第四侧板116与第一侧板113，从而使模型槽110的底板111悬空。支撑柱112可以是5#角钢。
在本实施例中，第一侧板113位于模型槽110的后侧，第一侧板113可以是钢板，且第一侧板113的外侧设置有用于固定钢板的固定条，第一侧板113的尺寸可以是宽×高＝0.5m×1.0m，固定条可以是钢板勒条。
在本实施例中，第二侧板114位于模型槽110的左侧，第二侧板114可以是钢板，且第二侧板114的外侧设置有用于固定钢板的固定条，第二侧板114的尺寸可以是宽×高＝0.5m×1.0m，固定条可以是钢板勒条。
在本实施例中，第三侧板115位于模型槽110的前侧，第三侧板115可以是钢板，且第三侧板115的外侧设置有用于固定钢板的固定条，第三侧板115的尺寸可以是宽×高＝0.5m×1.0m，固定条可以是钢板勒条。
在本实施例中，第四侧板116位于模型槽110的右侧，第四侧板116可以是钢板，且第四侧板116的外侧设置有用于固定钢板的固定条，第四侧板116的尺寸可以是宽×高＝0.5m×1.0m，固定条可以是钢板勒条。
请参照图6，混凝土桩120竖直放置于模型槽110内的土体160上，也就是说，混凝土桩120的桩底与土体160接触，使得混凝土桩120的桩底与通孔1111对齐。混凝土桩120用于在在冲击力锤的轴向击振下产生弹性纵波，混凝土桩120的横截面为方形，其尺寸为长×宽×高＝0.15m×0.15m×1.5m。
在本实施例中，隔振垫130可改变层数地放置于底板111的内侧，隔振垫130用于对弹性纵波进行衰减，其尺寸可以是长×宽＝0.5m×0.5m。作为一种实施方式，隔振垫130可以是橡胶、软木、海绵橡胶、毛毡、玻璃纤维、矿渣棉及泡沫板等，在本实施例中，隔振垫130选择泡沫板。
在本实施例中，测量模块140包括传感器单元141、电荷放大器143及示波器145，传感器单元141可拆卸地安装于隔振垫130上，电荷放大器143电性连接于传感器单元141及示波器145之间。
在本实施例中，传感器单元141用于获得衰减后的弹性纵波，并将弹性纵波转换为电信号。传感器单元141可以用胶粘在隔振垫130上且与通孔1111的中心对应。作为一种实施方式，传感器单元141可以是加速度传感器、速度传感器等。
在本实施例中，传感器单元141选择压电式加速度传感器，该压电式加速度传感器的频率范围为0.5～10kHz，参考灵敏度1.88pC/m.s-2。
在本实施例中，电荷放大器143用于将传感器单元141发送的电信号进行放大，并发送至示波器145，该电荷放大器143的频率范围0.3Hz～500Hz，低噪声小于5。
在本实施例中，示波器145用于对放大后的电信号进行显示，以得到传感器单元141获得的弹性纵波的信号幅值，该示波器145的带宽≥440MHz，采样速度为5Gs/s。
在本实施例中，土体160为重塑土，体积约1.5m3。
请参照图7，图7示出了本发明实施例所提供的隔振垫性能实验方法的流程图。隔振垫性能实验方法应用于隔振垫性能实验装置100，其包括以下步骤：
步骤S101，当底板111的内侧放置第一层数的隔振垫130时，获得弹性纵波的第一信号幅值。
在本实施例中，获得弹性纵波的第一信号幅值之前，需要设置隔振垫性能实验装置100。首先，隔振垫性能实验装置100的设置过程如下：确定土体160的压实度和含水率；其次，安装模型槽110的底板111，并将第一层数(例如，1层)的隔振垫130放置于底板111的内侧；第三，在第一层数(例如，1层)的隔振垫130上铺设初始厚度(例如，15cm)的土层并压实；第四，将混凝土桩120竖直放入模型槽110的中心，使得混凝土桩120的桩底与模型槽110的底板111上的通孔1111对齐；第四，拆卸模型槽110的底板111；第四，在第一层数(例如，1层)的隔振垫130底部的中心用胶粘上传感器单元141；第五，将传感器单元141与电荷放大器143电性连接，且将电荷放大器143与示波器145电性连接；第六，在混凝土桩120的桩顶，用冲击力锤轴向击振混凝土桩120，示波器145显示弹性纵波的第一信号幅值。
步骤S102，调整腔体内的土体量，使第一信号幅值减小至预设值时，获取腔体内土体160的第一高度。
在本实施例中，获取腔体内土体160的第一高度的方法可以包括：首先，移开混凝土桩120；其次，安装模型槽110的底板111；第三，在第一层数(例如，1层)的隔振垫130上铺设预设厚度(例如，10cm)的土层并压实；第四，将混凝土桩120竖直放入模型槽110的中心，使得混凝土桩120的桩底与模型槽110的底板111上的通孔1111对齐；第四，拆卸模型槽110的底板111；第五，在混凝土桩120的桩顶，用冲击力锤轴向击振混凝土桩120，示波器145再次显示弹性纵波的减小的第一信号幅值；第六，重复上述步骤，使得腔体内土体160以预设厚度(例如，10cm)逐渐递增，以使示波器145中显示的弹性纵波的第一信号幅值逐渐减小；第四，当示波器145中显示的弹性纵波的第一信号幅值减小至预设值(例如，0)时，表明模型槽110内的土体160和第一层数(例如，1层)的隔振垫130完全吸收了土体160中的弹性纵波，获取腔体内土体160的第一高度h1，此时，第一高度h1就是第一层数(例如，1层)的隔振垫130情况下土体160中弹性纵波的衰减范围。
步骤S103，当底板111的内侧放置第二层数的隔振垫130时，获得弹性纵波的第二信号幅值。
在本实施例中，获得弹性纵波的第二信号幅值的方法可以包括：首先，确定土体160的压实度和含水率；其次，安装模型槽110的底板111，并将第二层数(例如，2层)的隔振垫130放置于底板111的内侧；第三，在第二层数(例如，2层)的隔振垫130上铺设初始厚度(例如，15cm)的土层并压实；第四，将混凝土桩120竖直放入模型槽110的中心，使得混凝土桩120的桩底与模型槽110的底板111上的通孔1111对齐；第四，拆卸模型槽110的底板111；第五，在混凝土桩120的桩顶，用冲击力锤轴向击振混凝土桩120，示波器145显示弹性纵波的第二信号幅值。
步骤S104，调整腔体内的土体量，使第二信号幅值减小至预设值时，获取腔体内土体160的第二高度。
在本实施例中，获取腔体内土体160的第二高度的方法可以包括：首先，移开混凝土桩120；其次，安装模型槽110的底板111；第三，在第二层数(例如，2层)的隔振垫130上铺设预设厚度(例如，10cm)的土层并压实；第四，将混凝土桩120竖直放入模型槽110的中心，使得混凝土桩120的桩底与模型槽110的底板111上的通孔1111对齐；第四，拆卸模型槽110的底板111；第五，在混凝土桩120的桩顶，用冲击力锤轴向击振混凝土桩120，示波器145再次显示弹性纵波的减小的第二信号幅值；第六，重复上述步骤，使得腔体内土体160以预设厚度(例如，10cm)逐渐递增，以使示波器145中显示的弹性纵波的第二信号幅值逐渐减小；第四，当示波器145中显示的弹性纵波的第二信号幅值减小至预设值(例如，0)时，表明模型槽110内的土体160和第二层数(例如，2层)的隔振垫130完全吸收了土体160中的弹性纵波，获取腔体内土体160的第二高度h2，此时，第二高度h2就是第二层数(例如，2层)的隔振垫130情况下土体160中弹性纵波的衰减范围。
步骤S105，根据第一高度和第二高度，确定隔振垫130与土体厚度的对应关系。
在本实施例中，根据上述步骤，可以确定第二层数-第一层数(例如，1层)的隔振垫130与土体厚度的对应关系为Δh＝h1-h2，也就是说，第二层数-第一层数(例如，1层)的隔振垫130的隔振性能相当于Δh＝h1-h2厚度的的土体160，因此，土体160的弹性纵波衰减范围为h＝h1+Δh或h＝h2+2Δh。
本发明实施例所提供的隔振垫性能实验装置100的工作原理是：首先，混凝土桩120在冲击力锤的轴向击振下产生弹性纵波；其次，隔振垫130和土体160对弹性纵波进行衰减；第三，测量模块140在底板111的内侧放置第一层数的隔振垫130和第二层数的隔振垫130时分别获取弹性纵波的第一信号幅值和第二信号幅值；第四，调整腔体内的土体量，以使第一信号幅值和第二信号幅值分别减小；第五，测量模块140在第一信号幅值和第二信号幅值分别减小至预设值时，对应获取腔体内土体160的第一高度h1和第二高度h2，确定出第二层数-第一层数(例如，1层)的隔振垫130与土体厚度的对应关系为Δh＝h1-h2，也就是说，第二层数-第一层数(例如，1层)的隔振垫130的隔振性能相当于Δh＝h1-h2厚度的的土体160，土体160的弹性纵波衰减范围为h＝h1+Δh或h＝h2+2Δh。
综上所述，本发明提供的一种隔振垫性能实验装置及方法，所述隔振垫性能实验装置用于测定隔振垫与土体厚度的对应关系，其包括隔振垫、混凝土桩、模型槽及测量模块；模型槽包括底板及侧板，底板及侧板围成腔体，隔振垫可改变层数地放置于底板的内侧；腔体内装有土体，且混凝土桩放置于土体上，测量模块与隔振垫连接；混凝土桩用于在冲击力锤的轴向击振下产生弹性纵波；隔振垫用于对弹性纵波进行衰减；测量模块用于在底板的内侧放置第一层数的隔振垫和第二层数的隔振垫时分别获取弹性纵波的第一信号幅值和第二信号幅值，以及调整腔体内的土体量使第一信号幅值和第二信号幅值分别减小至预设值时，对应获取腔体内土体的第一高度和第二高度，以确定隔振垫与土体厚度的对应关系。本发明可以准确的测定隔振垫与土体厚度之间的对应关系，操作简单，具有良好的实用性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种隔振垫性能实验装置，其特征在于，用于测定隔振垫与土体厚度的对应关系，所述隔振垫性能实验装置包括隔振垫、混凝土桩、模型槽及测量模块；
所述模型槽包括底板及侧板，所述底板及侧板围成腔体，所述隔振垫可改变层数地放置于所述底板的内侧；
所述腔体内装有土体，且所述混凝土桩放置于所述土体上，所述测量模块与所述隔振垫连接；
所述混凝土桩用于在冲击力锤的轴向击振下产生弹性纵波；
所述隔振垫用于对所述弹性纵波进行衰减；
所述测量模块用于在底板的内侧设置第一层数的隔振垫和第二层数的隔振垫时分别获取所述弹性纵波的第一信号幅值和第二信号幅值，以及调整腔体内的土体量使所述第一信号幅值和第二信号幅值分别减小至预设值时，对应获取腔体内土体的第一高度和第二高度，以确定所述隔振垫与土体厚度的对应关系。
2.如权利要求1所述的隔振垫性能实验装置，其特征在于，所述测量模块包括传感器单元、电荷放大器和示波器，所述传感器单元可拆卸地安装于所述隔振垫上，所述电荷放大器电性连接于所述传感器单元和所述示波器之间；
所述传感器单元用于获得衰减后的所述弹性纵波，并将所述弹性纵波转换为电信号；
所述电荷放大器用于将所述电信号进行放大，并发送至示波器；
所述示波器用于对放大后的电信号进行显示，以得到所述弹性纵波的幅值。
3.如权利要求2所述的隔振垫性能实验装置，其特征在于，所述传感器单元为加速度传感器。
4.如权利要求2所述的隔振垫性能实验装置，其特征在于，所述底板上设置有通孔，所述传感器单元可拆卸地安装于所述隔振垫上且与所述通孔对应。
5.如权利要求4所述的隔振垫性能实验装置，其特征在于，所述传感器单元用胶粘在所述隔振垫上。
6.如权利要求4所述的隔振垫性能实验装置，其特征在于，所述混凝土桩竖直放置于所述土体上，且所述混凝土桩的桩底与所述通孔对齐。
7.如权利要求1所述的隔振垫性能实验装置，其特征在于，所述底板与所述侧板可拆卸连接。
8.如权利要求7所述的隔振垫性能实验装置，其特征在于，所述底板与所述侧板通过螺栓连接。
9.如权利要求1所述的隔振垫性能实验装置，其特征在于，所述底板为U形钢板。
10.一种隔振垫性能实验方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的隔振垫性能实验装置，所述方法包括：
当所述底板的内侧放置第一层数的隔振垫时，获得弹性纵波的第一信号幅值；
调整腔体内的土体量，使第一信号幅值减小至预设值时，获取所述腔体内土体的第一高度；
当所述底板的内侧放置第二层数的隔振垫时，获得弹性纵波的第二信号幅值；
调整腔体内的土体量，使第二信号幅值减小至预设值时，获取所述腔体内土体的第二高度；
根据所述第一高度和所述第二高度，确定所述隔振垫与土体厚度的对应关系。
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