CN107833519B - 一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统，包括振动台、震动底座和建筑物模型，震动底座的座体可拆卸地安装在振动台，振动台连接有控制柜，座体上可摆动地安装有附着物支撑板，附着物支撑板和座体之间经摆动复位件连接，建筑物模型包括N个逐层堆设的楼层模块，最下层的楼层模块与附着物支撑板连接，相邻楼层模块之间插接，采用本发明模拟地震破坏时，建筑物模型随附着物支撑板的摆动发生形变，这种形变直接体现在形变墙板上，观察人员便可非常直观、形象地观察到地震横波对建筑物模型的破坏作用，模拟结束后撤销外力，附着物支撑板可在摆动复位件的带动下恢复原位，方便下次模拟观察。

Description

一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统

技术领域

本发明涉及教学模拟装置，具体涉及一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统。

背景技术

地震是地球内部发生的急剧破裂产生的震波，在一定范围内引起地面振动的现象，地震是一种破坏力巨大的自然灾害，能够造成极大的生命和财产损失，如能采取有效措施，减少地震动引起的结构的动力反应，可有效的减轻地震带来的结构损害，减少结构为抗震而投入的大量费用，减少生命和财产损失。因此，建筑隔振减震是一项重要的结构减灾措施。就目前而言的减震方式主要有：橡胶支座隔震、摇摆式支座隔震、不倒翁式隔震房屋、阻尼器、消能支撑等，建筑基础隔振是一项有效的减震措施。教学中经常要对隔震措施进行讲解，目前的教学科普方式一般是老师讲授，图书文字宣传海报等途径，专业术语多，无实地考察经验，未见过实物，理解起来困难，造成对对隔震技术的认识欠缺。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统。

技术方案如下：一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统，其关键在于：包括振动台、震动底座和建筑物模型；

所述震动底座包括座体和附着物支撑板，所述座体可拆卸地安装在所述振动台上，所述附着物支撑板经摆动件安装在所述座体上，所述附着物支撑板和座体之间连接有弹性的摆动复位件，所述附着物支撑板和座体之间设有竖向锁定件，所述振动台连接有控制柜；

所述建筑物模型包括N个从下往上逐层堆设的楼层模块，所述N为自然数，最下层的所述楼层模块与所述附着物支撑板固定连接，所述楼层模块包括至少三根竖向设置的柱体，相邻所述柱体的顶端之间水平连接有横梁，相邻所述柱体之间设置有形变墙板。

采用上述技术方案通过控制柜控制振动台产生不同强度的地震波，当地震波传递到座体上时，摆动件带动附着物支撑板产生摆动，而弹性的摆动复位件既能缓冲、吸收振动和冲击能量的能力，提高整体模型的弹性以及韧性，震动结束后还能带动附着物支撑板恢复原位，特别是下层的震动底座可应用于多种基础结构及房建、桥梁等领域中，同时具有良好的隔震能力及良好承载能力，结构构造合理，制作简便。

作为优选的方案：上述座体包括下底板，所述振动台设有震动台面，震动台面上呈矩形阵列状设置有多个带内螺纹的固定孔，所述下底板上设有至少两个锁紧螺钉，所述锁紧螺钉伸入任一个所述固定孔内并与所述振动台面螺纹连接，所述下底板上经支撑架固定安装有上托板。采用此方案可根据需要将震动底座安装在振动台的不同位置，或者振动台可以匹配不同大小的震动底座。

上述摆动件包括摆动滚珠，所述上托板上设有下摆动沉孔，该下摆动沉孔内设有所述摆动滚珠，所述附着物支撑板水平安放在所述摆动滚珠上。采用此方案利用摆动滚珠的滚动，将附着物支撑板上的建筑物与地基隔离开来，从而起到隔离地震能量的作用。

上述附着物支撑板上设有上摆动沉孔，所述上摆动沉孔和下摆动沉孔相对设置形成摆动空间，所述摆动滚珠在所述摆动空间内滚动。采用此结构利用上、下沉孔限定摆动滚珠的滚动范围，在震动过程中摆动滚珠不会发生跳脱，减震效果更好。

上述竖向锁定件包括锁定板，该锁定板位于所述上托板和下底板之间，所述上托板上设有摆动让位孔，所述摆动让位孔内竖向设置有锁定杆，所述锁定杆的下端伸出所述摆动让位孔后与所述锁定板固定连接，所述锁定杆的上端伸出所述摆动让位孔后与所述附着物支撑板固定连接。采用此结构利用锁定板与附着物支撑板之间的刚性连接以及与摆动件的相互支撑的原理，使附着物支撑板上构建的建筑物与震动底座形成整体，起到防止上部结构倾覆作用。

上述锁定板和上托板之间设有随动滚珠，所述锁定板上设有承接所述随动滚珠的定位凹陷，所述上托板落在所述随动滚珠上。采用此方案在竖向上将附着物支撑板和座体锁定一体后，利用随动滚珠可有效提高整体结构的滑动能力。

上述形变墙板包括至少两个竖向分布的形变条，所述形变条沿水平方向设置，所述形变条的两端分别与对应的所述柱体连接。采用此方案多个平行设置的形变条构成形变墙板，地震波对不同高度、位置的形变条产生的不同破坏将会在各个形变条上体现出来，从而能更好地观察、评定抗震效果。

上述形变条包括沿水平方向并排设置的至少两个形变块，所有所述形变块之间经同一根柔性连接带连接，所述柔性连接带的两端与对应的所述柱体连接。采用此方式在地震波的作用下，一根柔性连接带上串联的多个形变块将会发生不同大小的侧移，从而方便人们直观观察地震破坏力，而撤销外力后在人工介入下可将形变条恢复原貌，方便下次模拟观察。

相邻所述形变块之间的所述柔性连接带上，以及最外侧的形变块与对应的所述柱体之间的所述柔性连接带上分别设有隔离珠。采用此方案通过隔离珠将各个形变块隔离开来，一方面预留出一定的形变空间，另一方面可避免相邻的形变块之间过度摩擦。

上述柱体的顶端设有接头，所述横梁的端部与对应的接头连接；最下方的所述楼层模块的柱体与所述附着物支撑板固定连接，上一层的楼层模块的柱体下端与下一层的接头连接。采用此方案可根据展示需要插设多层楼层模块，从而方便观察和评定地震波对高层建筑的破坏作用。

有益效果：采用本发明的有益效果是通过控制柜控制振动台产生不同强度的地震波，当地震波传递到座体上时，摆动件产生摆动、弹簧发生弹性形变消耗地震能量，有效降低了地震的冲击力，附着物支撑板及上部建筑结构晃动弧度很小，能明显减小上部结构的地震反应，特别是地震底座结构精巧，整体造型美观，具有良好的隔震能力及良好承载能力，可应用于多种基础结构及房建、桥梁等领域中。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为震动底座的立体结构示意图；

图4为震动底座的平面结构示意图；

图5为震动底座的爆炸图；

图6为图1中m部大放大图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统，包括振动台4、震动底座1和建筑物模型2，所述震动底座1包括座体和附着物支撑板103，所述座体可拆卸地安装在所述振动台4上，所述附着物支撑板103经摆动件可摆动地安装在所述座体上，所述附着物支撑板103和座体之间连接有弹性的摆动复位件104，所述附着物支撑板103和座体之间还设有竖向锁定件，所述振动台4连接有控制柜7；

所述建筑物模型2包括N个从下往上逐层堆设的楼层模块3，所述N为自然数，最下层的所述楼层模块3与所述附着物支撑板103固定连接。

如图2-5所示，所述座体包括下底板101，所述振动台4设有振动台面，振动台面的上表面呈矩形阵列状设置有多个带内螺纹的固定孔5，相邻所述固定孔5之间间隔10厘米左右，所述下底板101上设有两排锁紧螺钉6，两排所述锁紧螺钉6分别靠近所述下底板101的两侧，所述锁紧螺钉6伸入任一个所述固定孔5内并与所述振动台面螺纹连接。

所述下底板101上经支撑架固定安装有上托板102，所述摆动件包括摆动滚珠105(也可以是滚柱或滚轮)，所述上托板102和附着物支撑板103之间呈矩形阵列状设置有四个所述摆动滚珠105，所述上托板102的上表面对应每个所述摆动滚珠105分别设有下摆动沉孔106，所述下摆动沉孔106内分别设有所述摆动滚珠105，所述附着物支撑板103水平安放在四个所述摆动滚珠105上，所述摆动复位件104为弹簧，该弹簧的一端与所述下底板101固定连接，另一端与所述附着物支撑板103固定连接，所述摆动滚珠105滚动时带动所述附着物支撑板103水平摆动，在本实施例中，所述弹簧具体设置有四个，四个所述弹簧阵列状分布，抗震仿真模拟时，座体摆动时与附着物支撑板103发生错位，带动附着物支撑板103跟随座体一起摆动，附着物支撑板103在摆动时依靠摆动滚珠105的支撑并发生滚动。

为确保附着物支撑板3摆动更稳定，并限制附着物支撑板103的摆动幅度，所述附着物支撑板103的下表面对应每个所述摆动滚珠105分别设有上摆动沉孔107，所述上摆动沉孔107向下的正投影落在对应的所述下摆动沉孔106内，所述上摆动沉孔107和对应的下摆动沉孔106之间形成摆动空间，所述摆动滚珠105在对应的所述摆动空间内滚动。

为防止在附着物支撑板103上设置的建筑物模型2因重心过高发生侧向倾倒，所述附着物支撑板103和下底板101之间设有所述竖向锁定件，所述竖向锁定件包括锁定板108，该锁定板108位于所述上托板102和下底板101之间，所述上托板102上设有摆动让位孔113，该摆动让位孔113向下的正投影落在所述锁定板108上，所述摆动让位孔113内竖向设置有锁定杆111，所述锁定杆111的下端伸出所述摆动让位孔113后与所述锁定板108固定连接，所述锁定杆111的上端伸出所述摆动让位孔113后与所述附着物支撑板103固定连接，优选地，所述锁定板108和上托板102之间围绕所述锁定杆111设有四个随动滚珠110，所述锁定板108上设有承接所述随动滚珠110的定位凹陷109，所述上托板102落在四个所述随动滚珠110上。

从图中还可以看出，所述支撑架包括四个呈矩形阵列状设置的竖向支撑板112，所述竖向支撑板112的下边缘与所述下底板101固定连接，所述竖向支撑板112的上边缘与所述上托板102固定连接，所述锁定杆111的中心线与四个所述竖向支撑板112的矩形阵列的阵列中心线重合。

为了便于组装，上摆动沉孔107和下摆动沉孔106的成型可按照以下方式设置：所述附着物支撑板103的下表面设有第一分隔板114，所述第一分隔板114上开设有上滚动孔115，该滚动孔115的孔腔和所述附着物支撑板103的下表面共同围成所述上摆动沉孔107，所述上托板102的上表面设有第二分隔板116，该第二下分隔板116上开设有下滚动孔117，所述下滚动孔117的孔腔和所述上托板102的上表面共同围成所述下摆动沉孔106。

如图6所示，所述楼层模块3包括四根竖向设置的柱体301，四根所述柱体301围成矩形框架状，相邻所述柱体301的顶端之间水平连接有横梁303，相邻所述柱体301之间设置有形变墙板302，所述形变墙板302包括至少两个竖向分布的形变条，所述形变条沿水平方向平行设置，所述形变条的两端分别与对应的所述柱体301连接，所述形变条又包括沿水平方向并排设置的至少两个形变块302a，所有所述形变块302a之间经同一根柔性连接带302b连接，所述柔性连接带302b的两端与对应的所述柱体301连接，为更预留出更大的形变空间，相邻所述形变块302a之间的所述柔性连接带302b上，以及最外侧的形变块302a与对应的所述柱体301之间的所述柔性连接带302b上分别设有隔离珠302c。

为更好地固定各个形变块302a，相邻的所述形变条内的柔性连接带302b首尾依次连接，同一个所述形变墙板内的所有柔性连接带302b呈“S”形串联。

从图2和6中还可以看出，所述柱体301的顶端设有接头304，所述横梁303的端部与对应的接头304连接，最下方的所述楼层模块3的柱体301与所述附着物支撑板103固定连接，上一层的楼层模块3的柱体301下端与下一层的接头304连接，所述柔性连接带302b为具有一定弹性的塑料软绳，在模拟抗震过程中横梁303受力后可能会被从接头304内拔出即相当于模拟建筑骨架(钢筋)的断裂，外力撤销后可将横梁303重新插回对应的接头304内以备下次使用。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统，其特征在于：包括振动台(4)、震动底座(1)和建筑物模型(2)；

所述震动底座(1)包括座体和附着物支撑板(103)，所述座体可拆卸地安装在所述振动台(4)上，所述附着物支撑板(103)经摆动件安装在所述座体上，所述附着物支撑板(103)和座体之间连接有弹性的摆动复位件(104)，所述附着物支撑板(103)和座体之间设有竖向锁定件，所述振动台(4)连接有控制柜(7)；

所述建筑物模型(2)包括N个从下往上逐层堆设的楼层模块(3)，所述N为自然数，最下层的所述楼层模块(3)与所述附着物支撑板(103)固定连接，所述楼层模块(3)包括至少三根竖向设置的柱体(301)，相邻所述柱体(301)的顶端之间水平连接有横梁(303)，相邻所述柱体(301)之间设置有形变墙板(302)；

所述座体包括下底板(101)，所述振动台(4)设有振动台面，振动台面上呈矩形阵列状设置有多个带内螺纹的固定孔(5)，所述下底板(101)上设有至少两个锁紧螺钉(6)，所述锁紧螺钉(6)伸入任一个所述固定孔(5)内并与所述振动台面螺纹连接，所述下底板(101)上经支撑架固定安装有上托板(102)；

所述摆动件包括摆动滚珠(105)，所述上托板(102)上设有下摆动沉孔(106)，该下摆动沉孔(106)内设有所述摆动滚珠(105)，所述附着物支撑板(103)水平安放在所述摆动滚珠(105)上；

所述附着物支撑板(103)上设有上摆动沉孔(107)，所述上摆动沉孔(107)和下摆动沉孔(106)相对设置形成摆动空间，所述摆动滚珠(105)在所述摆动空间内滚动；

所述竖向锁定件包括锁定板(108)，该锁定板(108)位于所述上托板(102)和下底板(101)之间，所述上托板(102)上设有摆动让位孔(113)，所述摆动让位孔(113)内竖向设置有锁定杆(111)，所述锁定杆(111)的下端伸出所述摆动让位孔(113)后与所述锁定板(108)固定连接，所述锁定杆(111)的上端伸出所述摆动让位孔(113)后与所述附着物支撑板(103)固定连接；

所述锁定板(108)和上托板(102)之间设有随动滚珠(110)，所述锁定板(108)上设有承接所述随动滚珠(110)的定位凹陷(109)，所述上托板(102)落在所述随动滚珠(110)上；

所述支撑架包括四个呈矩形阵列状设置的竖向支撑板(112)，所述竖向支撑板(112)的下边缘与所述下底板(101)固定连接，所述竖向支撑板(112)的上边缘与所述上托板(102)固定连接，所述锁定杆(111)的中心线与四个所述竖向支撑板(112)的矩形阵列的阵列中心线重合。

2.根据权利要求1所述的一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统，其特征在于：所述形变墙板(302)包括至少两个竖向分布的形变条，所述形变条沿水平方向设置，所述形变条的两端分别与对应的所述柱体(301)连接。

3.根据权利要求2所述的一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统，其特征在于：所述形变条包括沿水平方向并排设置的至少两个形变块(302a)，所有所述形变块(302a)之间经同一根柔性连接带(302b)连接，所述柔性连接带(302b)的两端与对应的所述柱体(301)连接。

4.根据权利要求3所述的一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统，其特征在于：相邻所述形变块(302a)之间的所述柔性连接带(302b)上，以及最外侧的形变块(302a)与对应的所述柱体(301)之间的所述柔性连接带(302b)上分别设有隔离珠(302c)。

5.根据权利要求3所述的一种模拟现代建筑物隔震的仿真系统，其特征在于：所述柱体(301)的顶端设有接头(304)，所述横梁(303)的端部与对应的接头(304)连接；

最下方的所述楼层模块(3)的柱体(301)与所述附着物支撑板(103)固定连接，上一层的楼层模块(3)的柱体(301)下端与下一层的接头(304)连接。