CN111238756A - 一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置 - Google Patents

Abstract

一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，属于模拟地震振动试验技术领域。所述在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置包括调整基座和设置于调整基座的若干个沉降调节装置，调整基座包括从下至上依次设置的基板、若干个平行设置的第一槽钢和若干个平行设置的第二槽钢，所述第一槽钢和第二槽钢垂直设置，沉降调节装置包括底板、顶板和若干个调节螺栓，调节螺栓穿过底板和顶板，底板两侧设置有紧固螺母组件，顶板的两侧设置有调节螺母组件。所述在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置结构简单、操作方便、试验效率高、制作成本低廉，能够灵活调整地基的不均匀沉降。

Description

一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置

技术领域

本发明涉及模拟地震振动试验技术领域，特别涉及一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置。

背景技术

地震是使人类伤亡最多的自然灾害，同时建筑物由于地质勘查不精细、开采区沉陷、结构平面复杂、施工质量粗糙等原因时常发生地基不均匀沉降，在建筑物地基不均匀沉降的情况下发生地震为多灾害耦合，使建筑物处于更加复杂的受力状态，一旦发生破坏，将面临更加严重的灾难。

为了研究建筑物的抗震性能，国内众多高校已建或在建振动台试验设备。振动台试验是将待测结构置于振动台台面上，向振动台台面输入地震波，从而引起台面上结构的反应，再现地震过程的一种技术手段。振动台试验因可以很好地模拟地震的过程而在地震研究中广泛地使用，但是，随着技术的发展和认识问题的深入，人们不再只关注单一条件下结构的地震反应，还要考虑如何模拟多种因素耦合作用下结构的地震反应，然而，在现有技术中，几乎没有可以直接通过振动台设备来模拟地基不均匀沉降情况下结构的地震反应的。因此，急需一种在振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置来对不均匀沉降后的建筑抗震性能以及在地基不均匀沉降的情况下地震对建筑物会产生怎样的影响进行试验研究。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，其结构简单、操作方便、试验效率高、制作成本低廉，能够灵活调整地基的不均匀沉降。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，安装于地震模拟振动台台面，所述模拟地基不均匀沉降的装置包括调整基座和设置于调整基座的若干个沉降调节装置；

所述调整基座包括从下至上依次设置的基板、若干个平行设置的第一槽钢和若干个平行设置的第二槽钢，所述第一槽钢和第二槽钢垂直设置；

所述沉降调节装置包括底板、顶板和若干个调节螺栓，所述调节螺栓穿过底板和顶板，所述底板两侧设置有紧固螺母组件，所述顶板的两侧设置有调节螺母组件。

所述顶板的中心处设置有由四个卡头围成的方形框。

所述顶板的中心处还设置有纵筋预留孔，所述纵筋预留孔位于所述方形框内。

所述沉降调节装置位于所述第一槽钢和第二槽钢交叉的位置。

所述沉降调节装置设置有4-16个。

所述紧固螺母组件包括设置于所述底板下方的第一螺母和设置于所述底板上方的第二螺母，所述调节螺母组件包括设置于所述顶板下方的第三螺母和设置于所述顶板上方的第四螺母，所述第一螺母、第二螺母、第三螺母和第四螺母均与所述调节螺栓螺纹连接。

所述模拟地基不均匀沉降的装置还包括调整基准装置，所述调整基准装置包括两个红外线水平仪，两个所述红外线水平仪分别设置于待测建筑物相邻的两个侧面。

本发明的有益效果：

1)本发明结构简单合理，制作成本低廉，在一般的土木工程实验室均能快速实现，能够灵活调整地基不均匀沉降的工况；

2)沉降调节装置能够实现任意角度调整以满足模拟任意形式的地基沉降的需求；

3)本发明操作简单、准确，只需人为调整调节螺母组件来调整顶板上部框架柱的高低从而调整因地基不均匀沉降引起的建筑倾斜角度，加以振动即可实现沉降效果，在研究地震与地基沉降对结构的耦合作用时无需再制作多个模型，只需一个模型即可完成所有工况的试验，节省了工作时间，提高试验效率。

本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明提供的一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置的俯视结构示意图；

图2是本发明提供的一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置的主视结构示意图；

图3是本发明提供的调整基准装置设置于待测建筑物外部的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置上的螺栓点位示意图；

图5是本发明实施例提供的模拟待测建筑物地基不均匀沉降调整后的结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

1、地震模拟振动台台面；2、顶板；3、调节螺栓；4、第四螺母；5、第二槽钢；6、第一槽钢；7、纵筋预留孔；8、卡头；9、基板；10、连接螺栓；11、第一螺母；12、第二螺母；13、第三螺母；14、底板；15、基准线；16、红外线水平仪；17、待测建筑物；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图5所示，本发明提供了一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，安装于地震模拟振动台台面1，模拟地基不均匀沉降的装置包括调整基座和设置于调整基座的若干个沉降调节装置；

调整基座包括从下至上依次设置的基板9、若干个平行设置的第一槽钢6和若干个平行设置的第二槽钢5，第一槽钢6和第二槽钢5垂直设置；

沉降调节装置包括底板14、顶板2和若干个调节螺栓3，调节螺栓3穿过底板14和顶板2，底板14两侧设置有紧固螺母组件，顶板2的两侧设置有调节螺母组件。

具体的，基板9的尺寸应根据其上设置的沉降调节装置的尺寸以及框架柱的尺寸进行选择，基板9上设置有与地震模拟振动台台面1上螺纹孔尺寸相同、位置对应的螺栓孔，便于连接。基板9与地震模拟振动台台面1通过连接螺栓10连接固定，为若干个沉降调节装置进行沉降调节提供空间。基板9采用钢板，基板9可以一整块钢板，也可以设置与沉降调节装置相等的数量。在基板9的上方，焊接若干个第一槽钢6，若干个第一槽钢6的上方焊接有若干个第二槽钢5，基板9、第一槽钢6和第二槽钢5相互焊接构成调整基座，保证整体刚度。第一槽钢6和第二槽钢5的尺寸应根据其上部结构的尺寸进行合理选择，第一槽钢6和第二槽钢5的高度要保证调整基座的刚度，还要保证沉降调节装置不与振动台发生干涉、相邻的沉降调节装置之间不发生干涉，以及振动台台面和建筑物之间的振动反应要一致。底板14和顶板2均为钢板，并且顶板2和底板14均大于框架柱的截面，底板14焊接在第二槽钢5的上方，底板14和顶板2均为方形结构，其四角均设置有螺栓孔用于使调整螺栓穿过。

如图1所示，顶板2的中心处设置有由四个卡头8围成的方形框。顶板2的中心处还设置有纵筋预留孔7，纵筋预留孔7位于方形框内。沉降调节装置位于第一槽钢6和第二槽钢5交叉的位置。沉降调节装置设置有4-16个，本实施例中，沉降调节装置设置有9个。

具体的，四个卡头8均与顶板2焊接连接，框架柱浇灌完成后，框架柱正好位于方形框的内部，以保证柱端刚性连接。纵筋预留孔7的大小与框架柱纵筋的截面大小相同，将纵筋插入到顶板2的纵筋预留孔7，并且纵筋与顶板2的下表面焊接固定。

如图2所示，紧固螺母组件包括设置于底板14下方的第一螺母11和设置于底板14上方的第二螺母12，调节螺母组件包括设置于顶板2下方的第三螺母13和设置于顶板2上方的第四螺母4，第一螺母11、第二螺母12、第三螺母13和第四螺母4均与调节螺栓3螺纹连接。

具体的，调节螺栓3、第一螺母11、第二螺母12、第三螺母13和第四螺母4均根据其上部结构的重量进行合理选择，以保证足够的试验刚度，使振动能够传递给上面的待测建筑物17，调节螺栓3还要保证足够的向上延伸长度供沉降调节装置进行高度调整，实现调整高度时的便捷性。

如图3所示，模拟地基不均匀沉降的装置还包括调整基准装置，调整基准装置包括两个红外线水平仪16，两个红外线水平仪16分别设置于待测建筑物17相邻的两个侧面。具体的，两个红外线水平仪16用于在待测建筑物17相邻的两侧侧面照射出垂直于底面的基准线15，便于确定待测建筑物17的倾斜角度。

实施例

将基板9通过连接螺栓10固定于地震模拟振动台台面1，基板9上依次焊接第一槽钢6、第二槽钢5和沉降调节装置的底板14，沉降调节装置设置有9个，每个沉降调节装置上均浇筑框架柱，即共有九根框架柱，待测建筑物17的整体结构为6层框架结构，长度相似比按1：10，结构高1.8m，框架柱的纵筋穿入顶板2的纵筋预留孔7，在顶板2的下侧焊接，支模板，逐层浇灌混凝土，最下层框架柱与顶板2上焊接的四个卡头8组成的方形框固结成一体，此时，模拟地基不均匀沉降的装置与待测建筑物17模型制作完毕；

如图4所示，为了便于描述，以模拟地基不均匀沉降的装置上的螺栓点位说明模拟地基不均匀沉降的过程，本实施例的试验工况要求是：模拟H框架柱沉降且沿AH对角线线性沉降变化，A柱无沉降；

如图5所示，垂直于待测建筑物17相邻侧面的两个红外线水平仪16，在对应的建筑物侧面照射出垂直于地面的基准线15；

调整方式如下：如图4所示，松开除Hd处第四螺母4以外的所有的第四螺母4，且松开至一定距离，提升Aa处和Ad处的第三螺母13以整体使待测建筑物17倾斜，在提升过程中，要随时检查除Hd处第四螺母4以外其他位置的第四螺母4是否有因待测建筑物17提升而旋紧的情况，如果有，则及时松开除Hd处第四螺母4以外被旋紧的第四螺母4以便结构继续提升；如图5所示，调整过程中应随时观察模拟倾斜角度α和观测距离k，由于角度测量较复杂且不准确，因此，一般以观测距离k来计算需要的模拟倾斜角度α，设待测建筑物17的高度为h，则有如下关系：k＝hsinα；在本实施例中，以h为1800mm，分别选取模拟倾斜角度α为0.5°、1°、1.5°，根据计算，上述三种模拟倾斜角度α的工况时，观测距离k应调整至为15.7mm、31.4mm、47.1mm，当观测距离k满足要求时，旋紧沉降调节装置每一处的第三螺母13和第四螺母4，以达到模拟地基不均匀沉降的目的，

本发明的调整方式简洁易操作，只需手动调整螺母位置即可完成地基不均匀沉降的模拟。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，安装于地震模拟振动台台面，其特征在于，所述模拟地基不均匀沉降的装置包括调整基座和设置于调整基座的若干个沉降调节装置；

所述调整基座包括从下至上依次设置的基板、若干个平行设置的第一槽钢和若干个平行设置的第二槽钢，所述第一槽钢和第二槽钢垂直设置；

所述沉降调节装置包括底板、顶板和若干个调节螺栓，所述调节螺栓穿过底板和顶板，所述底板两侧设置有紧固螺母组件，所述顶板的两侧设置有调节螺母组件。

2.根据权利要求1所述的在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，其特征在于，所述顶板的中心处设置有由四个卡头围成的方形框。

3.根据权利要求2所述的在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，其特征在于，所述顶板的中心处还设置有纵筋预留孔，所述纵筋预留孔位于所述方形框内。

4.根据权利要求1所述的在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，其特征在于，所述沉降调节装置位于所述第一槽钢和第二槽钢交叉的位置。

5.根据权利要求1所述的在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，其特征在于，所述沉降调节装置设置有4-16个。

6.根据权利要求1所述的在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，其特征在于，所述紧固螺母组件包括设置于所述底板下方的第一螺母和设置于所述底板上方的第二螺母，所述调节螺母组件包括设置于所述顶板下方的第三螺母和设置于所述顶板上方的第四螺母，所述第一螺母、第二螺母、第三螺母和第四螺母均与所述调节螺栓螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的在地震模拟振动台试验中模拟地基不均匀沉降的装置，其特征在于，所述模拟地基不均匀沉降的装置还包括调整基准装置，所述调整基准装置包括两个红外线水平仪，两个所述红外线水平仪分别设置于待测建筑物相邻的两个侧面。

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