CN109211504B - 克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置及其工作方法，包括振动台以及驱动振动台工作的作动器，振动台上方设置有底座，底座上方设置有缩尺模型，缩尺模型上方设置有锚板，锚板与底座之间连接有预应力钢绞线；振动台旁侧设置有刚性底盘，所述刚性底盘上方设置有支撑架，支撑架上端设置有与支撑架连接在一起的配重箱，支撑架下端设置有球形件，所述刚性底盘上表面开设有与球形件配合的球形槽；所述配重箱与缩尺模型之间连接有水平连接架。本发明可满足振动台试验中缩尺模型的初应力相等与动力相似要求，拓宽缩尺模型设计和振动台试验的适用范围，克服重力失真效应，提高试验结果的准确性，能够为原型结构的抗震设计提供有效参考。

Description

克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置及工作方法

技术领域

本发明涉及一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置及其工作方法，属于工程结构动力试验研究领域。

背景技术

在众多自然灾害中，地震是一种破坏性最大、预防难度最高、分布范围最广的严重危及人民生命财产的突发式灾害之一。它不仅造成大量人员伤亡，而且还带来建筑物的毁坏、电力交通中断以及水、火、疾病等次生灾害，给人类社会的稳定和发展造成不可估量的损失。

地震对结构物的作用，实质上就是结构承受多次反复的水平或竖向荷载作用。地震作用下结构的响应及可能遭受的破坏非常复杂，一般难以用纯理论的分析方法来解决。随着科学技术与经济建设的飞速发展，各种新型结构、新型材料不断涌现及应用，要求进行地震模拟试验的项目越来越多，为了满足科研技术发展的需求，国内外高校和科研院所等机构均开始建造地震模拟振动台。地震模拟振动台作为抗震研究领域中的重要试验设备之一，它可以很好地再现地震过程和进行人工地震波的试验，广泛应用于结构动力特性、设备抗震性能、结构抗震措施检验以及结构地震反应和破坏机理等众多方向的研究。

经过60多年的研究和实践，振动台试验技术已被普遍采纳和接受，其研究成果推动了工程实践的进步，产生了良好的社会和经济效益。然而，地震模拟振动台试验也有其局限性，其中最主要的就是由于振动台设备的能力限制，一般只能进行缩尺模型试验，要求试验满足动力相似性条件，而在实际试验中很难让所有的模型参数都同时满足相似性条件，通常都采取一些近似和简化，根据试验的主要目的只考虑主要参数的相似性。实际上即使相似条件可以完全满足，也很难根据模型试验的结果确定原型结构真实的非线性动力反应特性，尤其是一些对于模型比例尺寸非常敏感的问题，如钢结构中的连接部件，钢筋混凝土结构中钢筋的绑扎和焊接等。

尽管研制超大规模振动台或振动台台阵系统用以进行大型结构的足尺模型试验是目前振动台的主要发展趋势之一，但由于大型振动台投资较大、维护费用和试验费用均较昂贵、建造周期较长等因素，目前绝大多数振动台限于尺寸和台面承载吨位的限制，仍以开展缩尺模型试验为主。在已开展的大多数地震模拟振动台试验中，大比例缩尺模型仅能研究结构在弹性范围内的基本性能，无法研究结构在材料进入非线性阶段后的地震响应特性，结构进入非线性后得到的试验结果无法反推到原型中，不利于结构抗震性能的深入研究。在地震模拟振动台高速发展和建设的大背景下，如何使用好已有振动台设备并进行自主研发已经成为热点问题，其中如何减小乃至避免重力失真的影响更是当前开展振动台试验研究亟需解决的关键科学问题之一。

为避免缩尺模型重力失真效应的影响，即应保证加速度相似比Sa =1，在质量减少、加速度不放大的前提下设计模型，从而使模型与原型的破坏状态一致。目前一般是通过附加非结构功能的人工质量来调整模型材料的质量密度，用高密度材料来增加模型材料的密度；有学者提出一种将结构构件的三维方向取不同缩尺比的方法来消除重力失真效应的影响；也有学者把振动台装在离心机上通过增加模型重力加速度来调节材料相似的要求。然而，上述方法要么改变了原型结构的材料，无法准确反映材料进入非线性后的性质，造成振动台试验结果失真；要么使构件与整体结构的缩尺比存在差异，导致地震作用下从构件到结构之间的损伤演化机理发生改变；要么使用的范围较窄，仍处于研发和探索阶段，如近几年在岩土动力学中经常使用的振动离心机，其容量往往较小难以满足工程中真实地震对土工结构破坏情况的模拟，另外这种振动离心机一般只能配备水平单向振动台，即使配备了垂直+水平2D振动台，其研制花费巨大，且仍存在一些问题。

综上所述，地震模拟振动台是研究结构抗震性能最直接有效的方法之一，但由于大型或特大型振动台投资较大、维护费用和试验费用均较昂贵、建造周期较长等因素，目前绝大多数振动台限于尺寸和台面承载吨位的限制，仍以开展缩尺模型试验为主。而为使缩尺模型的竖向压应力与原型结构相同往往需要足够多的理论配重，其与有限的振动台承载能力之间的矛盾导致缩尺模型振动台试验出现重力失真效应，影响了试验结果的准确性，无法为原型结构的抗震设计提供有效参考。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置及其工作方法，可满足缩尺模型的初应力相等与动力相似要求，提高试验结果的准确性。

本发明采用以下方案实现：一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，包括振动台以及驱动振动台工作的作动器，振动台上方设置有与振动台连接在一起的底座，底座上方设置有缩尺模型，缩尺模型上方设置有锚板，锚板与底座之间连接有预应力钢绞线；振动台旁侧设置有与振动台留出一定间距的刚性底盘，所述刚性底盘上方设置有支撑架，支撑架上端设置有与支撑架连接在一起的配重箱，支撑架下端设置有球形件，所述刚性底盘上表面开设有与球形件配合的球形槽；所述配重箱内布设有用以放入金属砝码的凹槽，所述配重箱与缩尺模型之间连接有水平连接架。

进一步的，所述配重箱的外围设置有防护架，所述防护架包括多个分布在配重箱周围的刚性立柱，相邻两根刚性立柱上端通过刚性横梁连接；所述刚性立柱朝向配重箱一侧设置有竖向滑轨，竖向滑轨上设置有用以托着配重箱并可沿竖向轨道上下滑动的液压承托组件。

进一步的，所述液压承托组件包括安装于竖向滑轨上的滑座，所述刚性立柱上可拆卸连接有位于滑座下方并支撑着滑座的固定连接件，滑座的上端固连有水平设置的固定托板，固定托板朝向配重箱一端铰接有可上下摆动的活动托板，活动托板与一液压千斤顶的驱动端相铰接，液压千斤顶的底部铰接于滑座下端以使液压千斤顶伸长时推动活动托板上摆以托着配重箱。

进一步的，所述配重箱内的凹槽沿方阵排列，同一列的凹槽内的金属砝码由穿过配重箱和该列凹槽的螺杆串联在一起，螺杆两端穿出配重箱侧壁后由螺母锁紧，所述配重箱上沿其高度方向分布有多层用以穿设螺杆的穿孔，每层穿孔数量与配重箱内凹槽的列数相一致。

进一步的，所述支撑架下端设置有倒锥形部，所述球形件安装于倒锥形部的下端尖部上，所述支撑架包括多根型钢立柱，所有型钢立柱的下端部斜向中间弯折以形成倒锥形部，型钢立柱的下端与球形件固连在一起，所述配重箱上开设有供四根型钢立柱向上穿过的孔洞，所述配重箱底部设置有与型钢立柱连接在一起的支撑连接件；相邻的两根型钢立柱之间通过型钢连接件连接在一起，所述型钢立柱上每隔一段距离设置节点耳板，所述型钢连接件的两端开设有以利螺栓穿过的螺孔，型钢连接件通过螺栓与节点耳板相连接。

进一步的，所述配重箱朝向缩尺模型一侧设置有与水平连接架一端相连接的质量端连接件，所述缩尺模型上设置有与水平连接架另一端相连接的模型端连接件；所述模型端连接件包括套在缩尺模型外围的抱箍，位于抱箍内侧设置有橡胶圈，所述抱箍由两个半箍体连接而成，朝向水平连接架一侧的半箍体与水平连接架焊接在一起，两个半箍体的两端设置有连接在一起的箍耳。

进一步的，所述水平连接架由多段水平连接架组成，相邻的两段水平连接架之间通过法兰盘连接，每段水平连接架均包括多根型钢横梁，所述法兰盘安装于型钢横梁的端部；同一段水平连接架上的相邻两根型钢横梁之间通过型钢连接件连接在一起，所述型钢横梁上每隔一段距离设置节点耳板，所述型钢连接件的两端开设有以利螺栓穿过的螺孔，型钢连接件通过螺栓与节点耳板相连接。

进一步的，所述刚性底盘四周设置有多根可折叠或缩放的支腿，所述支腿包括活动支腿与固定支腿，所述活动支腿可水平伸缩，所述固定支腿可竖直伸缩。

本发明另一技术方案：一种如上所述克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置的工作方法，包括以下步骤：

（1）根据既有振动台的最大载重和最大抗倾覆弯矩设计缩尺模型，保证缩尺模型的自身重量不超过振动台的最大载重要求，缩尺模型的高度满足振动台的最大抗倾覆弯矩要求，将制作完成的缩尺模型安放于振动台上方的底座上，此时底座放置在振动台上而未与振动台进行连接；

（2）首先计算缩尺模型所需要施加的轴力大小及预应力钢绞线的数量；安装时预应力钢绞线下端固定在底座上，预应力钢绞线上端穿过锚板后通过千斤顶张拉预应力钢绞线上端以向缩尺模型施加轴力；待预应力钢绞线中的轴力达到目标值后停止张拉并固定住预应力钢绞线上端；

（3）在振动台旁侧一定距离处，首先安装刚性底盘，然后在刚性底盘上方搭设防护架；待防护架安装完成后，根据缩尺模型的高度安装液压承托组件的位置；

（4）计算配重箱中需要放置的金属砝码的数量；将配重箱吊装安放至液压承托组件上；然后安装支撑架并将其下端的球形件放入刚性底盘的球形槽中，支撑架上端与配重箱相连接；将金属砝码放入配重箱内部的凹槽中；

（5）在配重箱与缩尺模型之间安装水平连接架；

（6）将支撑架上的液压承托组件收起；通过作动器向振动台施加荷载，测试缩尺模型的动力反应。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明振动台扩展试验装置在不改变现有振动台规格和能力的前提下，将缩尺模型的理论配重视为竖向轴力和惯性质量两个部分进行考虑，可满足振动台试验中缩尺模型的初应力相等与动力相似要求，拓宽缩尺模型设计和振动台试验的适用范围，克服重力失真效应，提高试验结果的准确性，能够为原型结构的抗震设计提供有效参考；同时通过振动台扩展试验装置来改造、提升现有振动台的试验能力，减小缩尺模型试验时产生倾覆力矩，并且可移动、可拼装，造价相对经济，满足不同类型缩尺模型的振动台试验需求。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例正视图；

图2是本发明实施例俯视图；

图3是图1中的A-A剖视图；

图4是图1中的B-B剖视图；

图5是图1中的C-C剖视图；

图中标号说明：1-预应力钢绞线，2-锚板，3-锚具，4-缩尺模型，5-振动台，6-底座，7-螺栓，8-金属砝码，9-配重箱，10-支撑连接件，11-凹槽，12-穿孔，13-螺杆，14-孔洞，15-型钢横梁，16-型钢连接件，17-节点耳板，18-法兰盘，19-质量端连接件，20-模型端连接件，21-橡胶圈，22-抱箍，23-箍耳，24-锚孔，25-型钢立柱，26-球形件，27-刚性底盘，28-球形槽，29-活动支腿，30-固定支腿，31-刚性立柱，32-刚性横梁，33-竖向滑轨，34-液压千斤顶，35-固定托板，36-活动托板，37-固定连接件，38-作动器。

具体实施方式

如图1~5所示，一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，包括振动台5以及驱动振动台工作的作动器38，振动台5上方设置有与振动台连接在一起的底座6，底座6上方设置有缩尺模型4，缩尺模型4上方设置有锚板2，锚板2与底座6之间连接有预应力钢绞线1，预应力钢绞线1两端分别穿过锚板2和底座6后由锚具3锁紧，所述锚板和底座上开设有供预应力钢绞线1穿过的锚孔24，所述底座通过螺栓固定连接于振动台上；振动台5旁侧设置有与振动台5留出一定间距的刚性底盘27，所述刚性底盘上方设置有支撑架，支撑架上端设置有与支撑架连接在一起的配重箱9，支撑架下端设置有球形件26，所述刚性底盘27上表面开设有与球形件配合的球形槽28，所述球形槽28内壁涂有润滑剂，以利球形件26在球形槽28里能够更自由转动；所述配重箱9内布设有用以放入金属砝码8的凹槽11，每个金属砝码8具有相同的尺寸和质量，所述配重箱9与缩尺模型4之间连接有水平连接架，保证试验时配重箱与缩尺模型4在地震作用下共同运动，实现惯性质量补偿；所述预应力钢绞线1将锚板2、锚具3与缩尺模型4连接形成一套自平衡体系，实现初应力加载功能，便于向缩尺模型4施加与原型结构相同的初应力，避免将施加给缩尺模型4的初应力传递给振动台5。本发明振动台扩展试验装置在不改变现有振动台规格和能力的前提下，将缩尺模型的理论配重视为竖向轴力和惯性质量两个部分进行考虑，该方法可满足振动台试验中缩尺模型的初应力相等与动力相似要求，拓宽缩尺模型设计和振动台试验的适用范围，克服重力失真效应，提高试验结果的准确性，能够原型结构的抗震设计提供有效参考；同时通过振动台扩展试验装置来改造、提升现有振动台的试验能力，减小缩尺模型试验时产生倾覆力矩，并且可移动、可拼装，造价相对经济，满足不同类型缩尺模型的振动台试验需求。

在本实施例中，所述配重箱9的外围设置有防护架，所述防护架包括多个分布在配重箱周围的刚性立柱31，刚性立柱31下端通过螺栓连接于刚性底盘上，相邻两根刚性立柱31上端通过刚性横梁32连接；所述刚性立柱31朝向配重箱9一侧设置有竖向滑轨33，竖向滑轨33上设置有用以托着配重箱9并可沿竖向轨道上下滑动的液压承托组件。

在本实施例中，所述液压承托组件包括安装于竖向滑轨33上的滑座，所述刚性立柱上可拆卸连接有位于滑座下方并支撑着滑座的固定连接件37，防止液压承托组件在承载时发生竖向滑移；滑座的上端固连有水平设置的固定托板35，固定托板35朝向配重箱一端铰接有可上下摆动的活动托板36，活动托板与一液压千斤顶34的驱动端相铰接，液压千斤顶的底部铰接于滑座下端以使液压千斤顶伸长时推动活动托板上摆以托着配重箱，所述刚性立柱上沿竖向分布有多组用以安装固定连接件的安装孔，便于安装在不同高度的固定连接件使用，固定连接件37通过螺栓连接固定于刚性立柱上。

在本实施例中，所述配重箱9内的凹槽11沿方阵排列，同一列的凹槽11内的金属砝码由穿过配重箱和该列凹槽的螺杆13串联在一起，将金属砝码8固定在凹槽11里，保证金属砝码8在试验时不发生跳动或振动；螺杆13两端穿出配重箱侧壁后由螺母锁紧，所述配重箱9上沿其高度方向分布有多层用以穿设螺杆的穿孔12，每层穿孔12数量与配重箱内凹槽的列数相一致，所述配重箱9的内部凹槽具有一定深度，每个凹槽内能够放入多个沿竖向排列的金属砝码，凹槽内能够放入的金属砝码数量与穿孔的层数一致，便于通过调整凹槽11中金属砝码8的数量满足缩尺比例不同的缩尺模型4对惯性质量的需求。

在本实施例中，所述支撑架下端设置有倒锥形部，所述球形件26安装于倒锥形部的下端尖部上，所述支撑架包括多根型钢立柱25，型钢立柱25呈矩形或三角形分布，相邻的两根型钢立柱之间通过型钢连接件连接在一起，所述型钢立柱25上每隔一段距离设置节点耳板17，所述型钢连接件16的两端开设有以利螺栓穿过的螺孔，型钢连接件16通过螺栓与节点耳板17相连接，进而根据缩尺模型4的高度调节支撑架的高度。所有型钢立柱25的下端部斜向中间弯折以形成倒锥形部，型钢立柱25的下端与球形件26固连在一起，所述配重箱上开设有供四根型钢立柱向上穿过的孔洞14，所述配重箱底部设置有与型钢立柱连接在一起的支撑连接件10，所述支撑连接件10并通过螺栓7分别与配重箱9和支撑架相连接。

在本实施例中，所述配重箱9朝向缩尺模型4一侧设置有与水平连接架一端相连接的质量端连接件19，所述缩尺模型上设置有与水平连接架另一端相连接的模型端连接件20，所述质量端连接件19通过螺栓分别与配重箱和水平连接架相连接；所述模型端连接件20通过螺栓分别与缩尺模型4和水平连接架相连接，所述模型端连接件包括套在缩尺模型外围的抱箍22，位于抱箍内侧设置有橡胶圈21，所述抱箍由两个半箍体连接而成，朝向水平连接架一侧的半箍体与水平连接架焊接在一起，两个半箍体的两端设置有连接在一起的箍耳23，所述箍耳23上开设有以利螺栓穿过的螺孔12，便于通过螺栓7将两个半箍体22连接在一起形成抱箍。

在本实施例中，所述水平连接架由多段水平连接架组成，进而根据试验空间大小拼装形成长度合适的水平连接架，相邻的两段水平连接架之间通过法兰盘18连接，每段水平连接架均包括多根型钢横梁15，型钢横梁15呈矩形或三角形分布，所述法兰盘18安装于型钢横梁的端部并开设有螺孔12，便于通过螺栓7将相邻两段水平连接架之间的型钢横梁15的法兰盘18连接在一起；同一段水平连接架上的相邻两根型钢横梁之间也是通过型钢连接件连接在一起，所述型钢横梁15上每隔一段距离设置节点耳板17，所述型钢连接件16的两端开设有以利螺栓穿过的螺孔，型钢连接件16通过螺栓与节点耳板17相连接，进而拼装形成整体刚度合适的水平连接架。

在本实施例中，所述刚性底盘27四周设置有多根可折叠或缩放的支腿，所述支腿包括活动支腿29与固定支腿30，所述活动支腿29可水平伸缩，所述固定支腿30可竖直伸缩，试验时支撑在地面上，可为支撑刚性底盘提供较大的支撑跨度和抗倾覆能力。

一种如上所述克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置的工作方法，包括以下步骤：

（1）根据既有振动台的最大载重和最大抗倾覆弯矩设计缩尺模型，保证缩尺模型的自身重量不超过振动台的最大载重要求，缩尺模型的高度满足振动台的最大抗倾覆弯矩要求，将制作完成的缩尺模型安放于振动台上方的底座上，此时底座放置在振动台上而未与振动台进行连接；

（2）为保证缩尺模型与原型结构具有相同的初应力状态，首先计算缩尺模型所需要施加的轴力大小及预应力钢绞线的数量；安装时预应力钢绞线下端通过锚具固定在底座上，预应力钢绞线上端穿过锚板后通过千斤顶张拉预应力钢绞线上端以向缩尺模型施加轴力；待预应力钢绞线中的轴力达到目标值后停止张拉并利用锚具固定住预应力钢绞线上端；然后通过螺栓7将底座与振动台进行连接；通过预应力钢绞线1将锚板2、锚具3与缩尺模型4连接形成一套自平衡体系；

（3）在振动台旁侧一定距离处，首先安装刚性底盘，在刚性底盘27中部的球形槽28的表面涂抹润滑剂；然后在刚性底盘上方搭设防护架；待防护架安装完成后，根据缩尺模型的高度安装液压承托组件的位置，液压承托组件的液压千斤顶34驱动活动托板36向上摆动；最后安装刚性底盘27四周的支腿，并伸出活动支腿29将固定支腿30紧贴地面提高支撑防护模块的抗倾覆能力；

（4）为满足缩尺模型4对水平惯性质量的要求，计算配重箱中需要放置的金属砝码的数量；将配重箱吊装安放至液压承托组件上；然后安装支撑架并将其下端的球形件放入刚性底盘的球形槽中，支撑架上端与配重箱相连接；将金属砝码放入配重箱内部的凹槽中，并采用螺杆13从配重箱9侧面的穿孔12中穿过金属砝码8，保证金属砝码8在试验时不发生跳动、振动；

（5）在配重箱与缩尺模型之间安装水平连接架，需要根据试验空间大小拼装长度合适水平连接架，配重箱9旁侧的质量端连接件19通过螺栓7与水平连接架一端相连接；在缩尺模型4的外侧布置内层的橡胶圈21，再在橡胶圈2外侧安装抱箍22，抱箍与水平连接架进行连接，保证试验时惯性质量补偿模块与缩尺模型4在地震作用下共同运动；

（6）将支撑架上的液压承托组件收起，以保证配重箱9和支撑架与缩尺模型4共同运动；通过作动器向振动台施加荷载，测试缩尺模型的动力反应。

在本实施例中，步骤（3）中防护架的搭设过程是：通过螺栓将刚性立柱与刚性底盘27相连接，并在刚性立柱31的滑轨33表面涂抹润滑剂；待刚性立柱31安装完成后，通过螺栓7将刚性横梁32和刚性立柱31相连接形成防护架。

在本实施例中，步骤（4）中支撑架的安装过程是：将支撑架的四根型钢立柱25穿过配重箱9底面的孔洞14，型钢立柱与配重箱底部的支撑连接件相连接；接着通过螺栓7将型钢连接件16与型钢立柱25上的节点耳板17相连接形成支撑架。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (9)

1.一种克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：包括振动台以及驱动振动台工作的作动器，振动台上方设置有与振动台连接在一起的底座，底座上方设置有缩尺模型，缩尺模型上方设置有锚板，锚板与底座之间连接有预应力钢绞线；振动台旁侧设置有与振动台留出一定间距的刚性底盘，所述刚性底盘上方设置有支撑架，支撑架上端设置有与支撑架连接在一起的配重箱，支撑架下端设置有球形件，所述刚性底盘上表面开设有与球形件配合的球形槽；所述配重箱内布设有用以放入金属砝码的凹槽，所述配重箱与缩尺模型之间连接有水平连接架。

2.根据权利要求1所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述配重箱的外围设置有防护架，所述防护架包括多个分布在配重箱周围的刚性立柱，相邻两根刚性立柱上端通过刚性横梁连接；所述刚性立柱朝向配重箱一侧设置有竖向滑轨，竖向滑轨上设置有用以托着配重箱并可沿竖向轨道上下滑动的液压承托组件。

3.根据权利要求2所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述液压承托组件包括安装于竖向滑轨上的滑座，所述刚性立柱上可拆卸连接有位于滑座下方并支撑着滑座的固定连接件，滑座的上端固连有水平设置的固定托板，固定托板朝向配重箱一端铰接有可上下摆动的活动托板，活动托板与一液压千斤顶的驱动端相铰接，液压千斤顶的底部铰接于滑座下端以使液压千斤顶伸长时推动活动托板上摆以托着配重箱。

4.根据权利要求1所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述配重箱内的凹槽沿方阵排列，同一列的凹槽内的金属砝码由穿过配重箱和该列凹槽的螺杆串联在一起，螺杆两端穿出配重箱侧壁后由螺母锁紧，所述配重箱上沿其高度方向分布有多层用以穿设螺杆的穿孔，每层穿孔数量与配重箱内凹槽的列数相一致。

5.根据权利要求1所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述支撑架下端设置有倒锥形部，所述球形件安装于倒锥形部的下端尖部上，所述支撑架包括多根型钢立柱，所有型钢立柱的下端部斜向中间弯折以形成倒锥形部，型钢立柱的下端与球形件固连在一起，所述配重箱上开设有供型钢立柱向上穿过的孔洞，所述配重箱底部设置有与型钢立柱连接在一起的支撑连接件；相邻的两根型钢立柱之间通过型钢连接件连接在一起，所述型钢立柱上每隔一段距离设置节点耳板，所述型钢连接件的两端开设有以利螺栓穿过的螺孔，型钢连接件通过螺栓与节点耳板相连接。

6.根据权利要求1所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述配重箱朝向缩尺模型一侧设置有与水平连接架一端相连接的质量端连接件，所述缩尺模型上设置有与水平连接架另一端相连接的模型端连接件；所述模型端连接件包括套在缩尺模型外围的抱箍，位于抱箍内侧设置有橡胶圈，所述抱箍由两个半箍体连接而成，朝向水平连接架一侧的半箍体与水平连接架焊接在一起，两个半箍体的两端设置有连接在一起的箍耳。

7.根据权利要求1所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述水平连接架由多段水平连接架组成，相邻的两段水平连接架之间通过法兰盘连接，每段水平连接架均包括多根型钢横梁，所述法兰盘安装于型钢横梁的端部；同一段水平连接架上的相邻两根型钢横梁之间通过型钢连接件连接在一起，所述型钢横梁上每隔一段距离设置节点耳板，所述型钢连接件的两端开设有以利螺栓穿过的螺孔，型钢连接件通过螺栓与节点耳板相连接。

8.根据权利要求1所述的克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置，其特征在于：所述刚性底盘四周设置有多根可折叠或缩放的支腿，所述支腿包括活动支腿与固定支腿，所述活动支腿可水平伸缩，所述固定支腿可竖直伸缩。

9.一种如权利要求2所述克服缩尺模型重力失真效应的振动台扩展装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）根据既有振动台的最大载重和最大抗倾覆弯矩设计缩尺模型，保证缩尺模型的自身重量不超过振动台的最大载重要求，缩尺模型的高度满足振动台的最大抗倾覆弯矩要求，将制作完成的缩尺模型安放于振动台上方的底座上，此时底座放置在振动台上而未与振动台进行连接；

（2）计算缩尺模型所需要施加的轴力大小及预应力钢绞线的数量；安装时预应力钢绞线下端固定在底座上，预应力钢绞线上端穿过锚板后通过千斤顶张拉预应力钢绞线上端以向缩尺模型施加轴力；待预应力钢绞线中的轴力达到目标值后停止张拉并固定住预应力钢绞线上端，然后将底座与振动台进行连接；

（3）在振动台旁侧一定距离处，首先安装刚性底盘，然后在刚性底盘上方搭设防护架；待防护架安装完成后，根据缩尺模型的高度安装液压承托组件的位置；

（4）计算配重箱中需要放置的金属砝码的数量；将配重箱吊装安放至液压承托组件上；然后安装支撑架并将其下端的球形件放入刚性底盘的球形槽中，支撑架上端与配重箱相连接；将金属砝码放入配重箱内部的凹槽中；

（5）在配重箱与缩尺模型之间安装水平连接架；

（6）将支撑架上的液压承托组件收起；通过作动器向振动台施加荷载，测试缩尺模型的动力反应。