CN108731892A - 一种水下振动台地形模拟假底和分区结构 - Google Patents
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Abstract
一种水下振动台地形模拟假底和分区结构，涉及土木、水利等的水下振动台试验技术领域，采用活动假底、工作桥与液压控制系统，可实现全场假底的全面覆盖与假底支座的快速升降，保证了地形的快速、精确、高效模拟，并实现了假底的重复利用，较大地缩短了振动台的试验周期。采用挡板、支撑并配合具有网状的假底骨架，既可保证假底的承载能力，又实现了挡板支撑(包括竖向与斜向)可穿过网状结构固定于基础之上，实现了地形的快速模拟与试验区域的划分，并实现了划分区域的灵活可变，保证地形真实模拟的前提下提高振动台利用率，具有突出的有益效果。上述效果极大提升了水下振动台(台阵)的使用效率具有良好的运用前景。
Description
技术领域
本发明涉及土木、水利等的水下振动台试验技术领域，是一种可实现水下振动台地形模拟与分区结构。
背景技术
地震工程中复杂岩土介质与水动力环境会显著影响结构的响应规律与破坏过程，因此如何真实有效模拟地震-水动力耦合激励是地震工程模拟研究的前提。目前，振动台作为地震工程的最有效模拟装置正在快速发展，载重量不断增大，台阵数量不断增多，振动台本身逐渐由无水环境向有水环境转变，而水环境设备功能也在不断丰富与完善。
不过，目前就水下振动台(台阵)的建设现状及使用功能方面仍然存在诸多问题。首先，真实环境中水底(海底)地形十分复杂，造成流场环境复杂，作用于结构上的水动力条件复杂，简单的进行均匀流场或波浪场的模拟并不能真实表明环境中的水动力特性，故建设可模拟地形的假底十分必要。目前对于水利、港口及海岸工程模型试验中的假底多采用砌石、砂浆等传统建筑材料，需要耗费较多的时间进行建造，且建设费用较高，拆卸过程较长，不可回收再利用。对于水动力与地震的耦合试验，振动台上的土、结构等试件的制造与安装需要耗费较多成本与时间，若假底环境仍采用传统方法，则试验周期则会极大拉长，振动台的利用效率会有所降低。其次，对于水下振动台台阵，必然存在各振动台分别试验的情况，那么区域有水与干湿交替问题成了水下振动台台阵利用率的最大挑战。目前，国内外已投入使用的振动台台阵均为无水环境，而水下振动台仅为单台，并未有水下台阵的使用先例，故并未有相关的试验方法或装置用于实现水下振动台台阵的分区试验，也并未有相关分区装置配合假底实现分区的水下振动台与地形模拟试验。可见，上述缺陷极大制约了水下振动台(台阵)的使用功能与模拟效果。
为此，有必要提出一种适用于水下振动台(台阵)的地形模拟装置与试验分区结构，保证地形的模拟与试验的分区。
发明内容
本申请旨在提出一种适用于水下振动台(台阵)的地形模拟装置与试验分区结构，该装置既可快速精确模拟复杂的水下地形模拟，又可实现不同区域的有水与无水环境的试验分区，保证了模拟效果与振动台(台阵)利用率。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种水下振动台地形模拟假底和分区结构，包括活动假底、工作桥、液压控制器，活动假底底部为混凝土基础，四周为试验水池侧壁，所述的活动假底由多个假底模块共同组成，活动假底底部设有实现活动假底上下移动的油压升降假底支座；所述的工作桥设置在活动假底上方，工作桥两侧架设于试验水池侧壁之上；工作桥上部设置可移动液压控制器，液压控制器与所述的油压升降假底支座的对应油管连接。
进一步的，所述的油压升降假底支座包括连接铰、假底支撑杆、液压缸、油管，假底支撑杆设置在活动假底下方，通过连接铰与每块假底拐角连接，假底支撑杆的数量与活动假底模块数量匹配。
进一步的，每块活动假底形状相同，之间通过橡胶材料相互连接，假底模块由三层结构组成，分别为上层假底骨架、中间防水层、下层假底骨架，上层骨架层与下层假底骨架为网格结构，采用不锈钢或合金材料，中间防水层为不透水土工布。
进一步的，试验水池内设置挡板，挡板之间通过挡板竖向支撑与挡板斜向支撑进行连接并进行固定，固定于混凝土基础顶面设置的挡板支撑底座上。挡板采用模块化隔构式钢结构或采用加筋幕布结构，每块挡板高度根据水深要求设定。挡板竖向支撑与挡板斜向支撑的尺寸可恰好穿过活动假底的上层假底骨架与下层假底骨架。
进一步的，工作桥覆盖活动假底范围内所有假底支撑杆。
进一步的，支撑底座间距设置为活动假底边长的1/2。
本发明的有益效果是：
一种水下振动台地形模拟假底和分区结构采用活动假底并配合挡墙，实现了地形的快速模拟与试验区域的划分，保证地形真实模拟的前提下提高振动台利用率，具有突出的有益效果。采用活动假底、工作桥与液压控制系统，可实现全场假底的全面覆盖与假底支座的快速升降，保证了地形的快速、精确、高效模拟，并实现了假底的重复利用，较大地缩短了振动台的试验周期。采用挡板、支撑并配合具有网状的假底骨架，既可保证假底的承载能力，又实现了挡板支撑(包括竖向与斜向)可穿过网状结构固定于基础之上，保证了试验区域的可划分功能，并实现了划分区域的灵活可变。上述效果极大提升了水下振动台(台阵)的使用效率具有良好的运用前景。
附图说明
图1一种水下振动台地形模拟假底和分区结构横剖面图；
图2一种水下振动台地形模拟假底和分区结构纵剖面图；
图3一种水下振动台地形模拟假底和分区结构假底组成示意图；
图4一种水下振动台地形模拟假底和分区结构挡板结构示意图。
图中1、活动假底；1A、上层假底骨架；1B中间防水层；1C、下层假底骨架；2、连接铰；3、假底支撑杆；4、液压缸；5、油管；6、工作桥；7、液压控制器；8、挡板支撑底座；9、挡板；10、挡板竖向支撑；11、挡板斜向支撑；12、混凝土基础；13、水池侧壁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见附图1和附图2，本发明水下振动台地形模拟假底和分区结构，由活动假底1、连接铰2、假底支撑杆3、液压缸4、油管5、工作桥6、液压控制器7、挡板支撑底座8、挡板9、挡板竖向支撑10、挡板斜向支撑11构成。活动假底1由多个假底模块共同组成，每块假底形状相同，均为三角形、四边形(正方形)等规则截面，但不限于上述形状。其边长根据地形的模拟精度进行确定，一般控制在1.5～2m之间。作为一个实施例，本发明振动台台面尺寸为6×6m，工作水深3m，其活动假底1由1400个假底模块组成，每块假底形状为等腰直角三角形，短边长2m。每块假底之间通过橡胶材料相互连接，实现转动并具有良好防水效果。参见附图3，每块假底由三层结构组成，分别为上层假底骨架1A、中间防水层1B、下层假底骨架1C，上层骨架层1A与下层假底骨架1C为网格结构，网格边长10～20cm，采用不锈钢或其他合金材料，具有良好的延展性与抗腐蚀性，中间防水层1B为不透水土工布，具有良好的防水性、柔性与一定的承载能力，作为本发明的一种实施例，上层骨架层1A与下层假底骨架1C采用了不锈钢材料，网格边长为20cm。
由附图2可知，本发明活动假底1下方设置假底支撑杆3，通过连接铰2与每块假底拐角连接，假底支撑杆3的数量与活动假底1模块数量匹配；假底支撑杆3采用不锈钢或其他合金材料，具有较大的刚度与防腐蚀性能，本发明采用了外径10cm的圆形钢管。每个假底支撑杆3下方设置液压缸4，且与液压缸4的活塞进行连接；液压缸4对应假底支撑杆3的位置预埋在混凝土基础12之中；液压缸4外侧连接油管5，其大小与油量与承载能力相关。本发明实施例中，油管内径设置为5cm即达到本发明要求。通过连接铰2、假底支撑杆3、液压缸4、油管5共同构成油压升降假底支座，实现活动假底1的上下移动。活动假底1上方设置工作桥6，工作桥6两侧架设于试验水池侧壁13之上；工作桥6可覆盖活动假底1范围内所有假底支撑杆3；工作桥6上部设置可移动液压控制器7，液压控制器7可与对应油管5连接，从而控制液压缸4油压；工作桥6与液压控制器7构成共用移动式启降系统；混凝土基础12顶面设置挡板支撑底座8，底座间距控制在假底边长的1/2左右。如本发明每块活动假底1形状为等腰直角三角形，短边长2m，支撑底座8间距设置为1m。
参见附图4，为保证试验水池具有分区运行功能，设置挡板9，挡板9采用模块化隔构式钢结构，或采用加筋幕布结构，每块挡板9高度根据水深要求设定，长度2～3m；挡板9之间通过挡板竖向支撑10与挡板斜向支撑11进行连接并进行固定；挡板竖向支撑10与挡板斜向支撑11的尺寸可恰好穿过活动假底1的上层假底骨架1A与下层假底骨架1C，固定于挡板支撑底座8之上。本发明实施例中，每块挡板9高度4m，长度3m，挡板竖向支撑10与挡板斜向支撑11为圆形钢管，外径10cm。
对于特定的试验目标，设计好活动假底1的目标高程，确定假底支撑杆3的上升高度及控制油量；将工作桥6与液压控制器7移动至制目标点位，连接油管5，通过油压将假底支撑杆3顶至目标高程；移动工作桥6与液压控制7，对其他点位高程进行操作；根据试验分区需求，将挡板竖向支撑10与挡板斜向支撑11固定于制定的挡板支撑底座8之上，安装挡板9，最终可进行分区试验。
Claims (8)
1.一种水下振动台地形模拟假底和分区结构，其特征是：包括活动假底(1)、工作桥(6)、液压控制器(7)，活动假底(1)底部为混凝土基础(12)，四周为试验水池侧壁(13)，所述的活动假底(1)由多个假底模块共同组成，活动假底(1)底部设有实现活动假底(1)上下移动的油压升降假底支座；所述的工作桥(6)设置在活动假底(1)上方，工作桥(6)两侧架设于试验水池侧壁(13)之上；工作桥(6)上部设置可移动液压控制器(7)，液压控制器(7)与所述的油压升降假底支座的对应油管(5)连接。
2.根据权利要求1所述的水下振动台地形模拟假底和分区结构，其特征是：所述的油压升降假底支座包括连接铰(2)、假底支撑杆(3)、液压缸(4)、油管(5)，假底支撑杆(3)设置在活动假底(1)下方，通过连接铰(2)与每块假底拐角连接，假底支撑杆(3)的数量与活动假底(1)模块数量匹配。
3.根据权利要求1所述的水下振动台地形模拟假底和分区结构，其特征是：每块活动假底(1)形状相同，之间通过橡胶材料相互连接，假底模块由三层结构组成，分别为上层假底骨架(1A)、中间防水层(1B)、下层假底骨架(1C)，上层骨架层(1A)与下层假底骨架(1C)为网格结构，采用不锈钢或合金材料，中间防水层(1B)为不透水土工布。
4.根据权利要求1所述的水下振动台地形模拟假底和分区结构，其特征是：试验水池内设置挡板(9)，挡板(9)之间通过挡板竖向支撑(10)与挡板斜向支撑(11)进行连接并进行固定，固定于混凝土基础(12)顶面设置的挡板支撑底座(8)上。
5.根据权利要求4所述的水下振动台地形模拟假底和分区结构，其特征是：挡板(9)采用模块化隔构式钢结构或采用加筋幕布结构，每块挡板(9)高度根据水深要求设定。
6.根据权利要求4所述的水下振动台地形模拟假底和分区结构，其特征是：挡板竖向支撑(10)与挡板斜向支撑(11)的尺寸可恰好穿过活动假底(1)的上层假底骨架(1A)与下层假底骨架(1C)。
7.根据权利要求1所述的水下振动台地形模拟假底和分区结构，其特征是：工作桥(6)覆盖活动假底(1)范围内所有假底支撑杆(3)。
8.根据权利要求4所述的水下振动台地形模拟假底和分区结构，其特征是：支撑底座(8)间距设置为活动假底(1)边长的1/2。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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