CN111272370B - 一种土木工程结构抗震试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土木工程结构抗震试验装置，包括检测箱体，地壳移动装置，位移传感器，重量传感器，速度检测传感器；处理器，通过加速度传感器检测到的加速度和重量传感器检测到土木结构模型的重量计算出在发生地震时，土木结构模型的惯性力，根据该计算出的惯性力与位移传感器检测到土木结构模型顶部在发生地震时偏移的位置计算出该土木结构模型在模拟地震时的自振周期；处理器根据自振周期计算出土木结构模型在发生破坏时所承受的最大地震等级；该装置检测到的数据更加准确，为地震实验提供了良好的数据基础。

Description

一种土木工程结构抗震试验装置

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种工程结构抗震试验装置。

背景技术

土木建筑工程的安全责任重大，轻则产生经济损失，重则危及生命安全，所以做好土木工程的安全设计很重要，在工程结构的设计过程中，针对结构所做的安全试验可以为设计提供可靠性参考意见，对设计工作来说非常重要。危及土木工程安全的几大影响因素中，震动的影响最为明显，提供抗震试验数据尤为重要。

目前在对建筑结构抗震进行试验测试时，将制作的结构模型放到模拟地震振动台上，以此来确定建筑结构的抗震性能，而实际地震是由于地壳发生碰撞或挤压而形成地震波，并不是由于振动，因此采用振动台来模拟地震并不准确，同时在进行抗震试验时，并不能够准确的得到模型所能承受的最大地震等级。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种模拟地震振动动力，通过该实验装置能够准确的检测出所要进行检测实验模型所能承受的最大地震等级的土木工程结构抗震试验装置。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种土木工程结构抗震试验装置，包括用于放置土木结构模型的检测箱体，设在该检测箱体底部用于模拟地震的地壳移动装置，设在检测箱体的上端用于检测土木结构模型在遇到地震时顶部偏移距离的位移传感器，设在检测箱体底部用于检测土木结构模型重量的重量传感器；

加速度传感器，在发生地震时，用于检测地壳移动装置带动检测箱体发生移动的加速度；

处理器，在发生模拟地震时，土木结构模型发生破坏的瞬间，处理器通过加速度传感器检测出的加速度和重量传感器检测到土木结构模型的重量计算出土木结构模型在破坏时瞬间的惯性力；根据该计算出的惯性力与位移传感器检测到土木结构模型顶部在发生地震时偏移的位置计算出该土木结构模型在模拟地震时的自振周期；

处理器根据土木结构模型发生模拟地震时遭到破坏时的自振周期计算出土木结构模型所承受的最大地震等级。

所述处理器提取数据库中与土木结构模型自振周期相符合的地震等级作为土木结构模型遭到破坏时所承受的最大地震等级。

所述地壳移动装置包括移动底座，设在移动底座上的平行轨道，所述平行轨道与检测箱体的底部通过与该平行轨道配合的滑块连接；

所述平行轨道一侧的下方设有多个相互间隔的推动电缸，每个推动电缸的伸缩端固定连接有撞击块，所述推动电缸推动该撞击块穿过平行轨道上设有的通孔延伸到平行轨道的上方；

所述平行轨道的另一侧设有用于推动检测箱体移动动力驱动装置；

所述动力驱动装置和推动电缸分别与处理器的输出端电连接。

所述动力驱动装置包括固定设在移动底座一侧的驱动电缸，所述驱动电缸的端部设有底部与平行轨道滑动连接的推块，所述推块上设有一电磁铁，所述检测箱体靠近该电磁铁的一侧设有磁铁，且当该电磁铁通电后，该电磁铁与磁铁相斥；

所述电磁铁和驱动电缸与所述处理器电连接，且当检测箱与撞击块发生撞击时，所述的处理器控制电磁铁断电，电磁铁的磁力消失。

所述处理器控制多个推动电缸随机推动撞击块延伸到平行轨道上方。

所述检测箱体内设有用于对土木结构模型下部进行固定的固定组件，且该固定组件与所述土木结构模型的接触面可进行调节。

所述的固定组件包括相互对称设有的两组夹持组件，每一组夹持组件由第一夹持板和第二夹持板相互交错而成，每一组夹持组件的一侧设有伸缩支撑装置，且该伸缩支撑装置的两端分别通过连接杆与第一夹持板和第二夹持板连接，所述伸缩支撑装置与检测箱体通过夹持驱动电缸固定连接；

两个相互对称的夹持组件中的其中一组夹持组件中的第一夹持板与另一组夹持组件中的第一夹持板、一组夹持组件中的第二夹持板和另一组夹持组件中的第二夹持板分别通过复位弹簧固定连接。

所述伸缩支撑装置包括与第一支撑板通过连接杆固定连接的伸缩杆，与第二支撑板通过连接杆固定连接的套筒，所述伸缩杆插入到套筒中与套筒中固定设有的支撑电缸固定连接；所述套筒的筒体与夹持驱动电缸固定连接。

所述移动底座上还开设有一组相互平行的横向滑槽，且该横向滑槽位于平行导轨的上方，所述检测箱体的底部两侧固定连接有与该横向滑槽配合的横向滑块。

本发明的有益效果是：通过地壳移动装置来替代目前的振床实现，更加符合地震模拟情景，检测到的数据更加的准确，在进行实验时，能够更加准确的检测出所要进行实验的土木结构模型所能够承受的最大地震等级，为抗震实验提供更加精确的实验数据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中地壳移动装置的结构示意图；

图3是本发明中固定组件的机构示意图；

图4是本发明固定组件中的伸缩支撑装置；

图5是本发明中系统连接框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1所示的一种土木工程结构抗震试验装置，包括用于放置土木结构模型6的检测箱体1，设在该检测箱体1底部用于模拟地震的地壳移动装置2，设在检测箱体1的上端用于检测土木结构模型6在遇到地震时顶部偏移距离的位移传感器7，设在检测箱体1底部用于检测土木结构模型6重量的重量传感器10；

所述的检测箱体1用于对土木结构模型6进行固定，在固定的过程中主要对土木结构模型6的底部进行固定，该土木结构模型按照真实的土木结构在内部结构力、重量及体积上进行等比例的缩小得到，所述地壳移动装置2用于模拟在地震时地壳发生碰撞的情况，所述位于传感器用于检测在发生地震时，土木结构模型顶部偏移的距离s；

所述重量传感器10用于检测所述土木结构模型的重量m；

加速度传感器，用于检测地壳移动装置2带动检测箱体1发生移动的移动速度；在地壳移动装置模拟地震时，该加速度传感器用于检测地震前检测箱体1的速度和地震发生时检测箱体1的加速度a；

处理器，在发生模拟地震时，土木结构模型6发生破坏的瞬间，处理器通过加速度传感器检测出的加速度和重量传感器10检测到土木结构模型6的重量计算出土木结构模型6在破坏时瞬间的惯性力；根据该计算出的惯性力与位移传感器7检测到土木结构模型6顶部在发生地震时偏移的位置计算出该土木结构模型6在模拟地震时的自振周期；

所述处理器通过检测到土木结构模型的重量m和加速度a，可以得到在模拟地震过程中，该土木结构模型在受到模拟地震时，模拟地震发生破坏并不能够恢复的最大惯性力，所述土木结构模型所受到的惯性力F＝m·a；

通过计算到土木结构模型能够承受到的最大力时，并根据偏移的距离计算出该土木结构模型的刚度：

通过计算出土木结构模型的刚度计算和整个土木结构模型的重力计算出该土木结构模型的自振周期T1，具体计算公式如下：

处理器提取数据库中与土木结构模型6自振周期相符合的地震等级作为土木结构模型6遭到破坏时所承受的最大地震等级。

具体的是所述数据库内储存的数据为目前国家抗震标准中的水平地震影响系数最大值表格，处理器将计算到的振动周期T1带入到数据库中进行对比，检索出于该计算出自振周期相符合的地震等级，及可以得到该土木结构模型在所能够承受到的最大地震等级，为地震模拟提供更加准确的模拟数据。

还包括显示器，该显示器和处理器可以位于远端，处理器与加速度传感器和重量传感器无线连接，所述显示器将处理器处理的数据进行显示，供科研人员进行浏览记录，属于本领域技术的公知技术，在此不对其进行详细的描述；

该实施例中所述的处理器对土木结构模型的自振周期进行计算时，并不仅仅限于上述公式，通过本申请中对收据采集的方式，通过任何方式公式对自振周期的计算都属于本发明所要保护范围之内。

实施例2

在实施例1的基础上，为了使地壳移动装置2能够更加形象的模拟出发生地震时地壳发生撞击的情况，如图2所示地壳移动装置2包括移动底座201，设在移动底座201上的平行轨道202，所述平行轨道202与检测箱体1的底部通过与该平行轨道202配合的滑块9连接；

所述平行轨道202一侧的下方设有多个相互间隔的推动电缸203，每个推动电缸203的伸缩端固定连接有撞击块205，所述推动电缸203推动该撞击块205穿过平行轨道202上设有的通孔204延伸到平行轨道202的上方；

所述平行轨道202的另一侧设有用于推动检测箱体1移动动力驱动装置；所述的加速度传感器可以身在平行轨道或检测箱体上，保证其检测到检测箱体在模拟地震过程中的加速度更加准确。

所述动力驱动装置和推动电缸203分别与处理器的输出端电连接。

当需要进行地震模拟时，所述处理器通过通过动力驱动装置推动整个检测箱体在平滑轨道上进行匀速运动(模拟地球的自转)，在移动的过程中，所述处理器控制动力驱动装置推动检测箱体进行匀速移动，当移动一端距离后，所述处理器控制推动电缸203延伸，将撞击块推到平行导轨上，所述检测箱体与该撞击块进行撞击模拟地震的过程中地壳发生撞击的情况，当撞击后，处理器控制动力驱动装置的动力消失，此时由于撞击后的检测箱体在反弹力的作用下向回运动，当运动到一定的距离时，处理器控制动力驱动装置恢复推动力，推动检测箱体重新进行撞击，实现多次撞击来模拟地震，保证模拟地震的准确性；

为了保证所述的动力驱动装置能够推动检测箱体进行移动，并且在发生碰撞后，驱动力消失，当检测箱体在撞击后返回，动力驱动装置能够重新驱动检测箱体进行移动，所述的驱动装置包括固定设在移动底座201一侧的驱动电缸209，所述驱动电缸209的端部设有底部与平行轨道202滑动连接的推块207，所述推块207上设有一电磁铁208，所述检测箱体1靠近该电磁铁208的一侧设有磁铁206，且当该电磁铁208通电后，该电磁铁208与磁铁206相斥；

所述电磁铁208和驱动电缸209与所述处理器电连接，且当检测箱1与撞击块205发生撞击时，所述的处理器控制电磁铁208断电，电磁铁208的磁力消失。

所述的电磁铁208在通电后与磁铁206正对的面磁性相斥，具体在工作时，所述处理器控制电磁铁208通电，同时控制驱动电缸的伸缩端推动电磁铁延伸，当电磁铁靠近磁铁206时，由于磁铁和电磁铁之间的相互斥力，推动检测箱体进行运动，当检测箱体发生撞击时，此时处理器控制电磁铁的磁力消失，斥力消失，撞击后的检测箱体发生反弹，当检测箱体反弹到一定的距离后，此时处理器控制电磁铁重新通电，电磁铁产生磁性继续推动检测箱体进行移动，实现对此的撞击来实现地震时地壳不停撞击的效果。

所述处理器控制多个推动电缸203随机推动撞击块205延伸到平行轨道202上方。所述推动电缸203是多个，通过处理器控制推动电缸203随机进行伸缩，保证撞击的随机性，保证实验数据更加稳定。

实施例3

在实施例1的基础上，为了保证土木结构模型固定在检测箱体1内时，土木结构模型底部固定的高度可以进行调整，来保证该土木结构模型在模拟土木结构时更加的准确，在所述检测箱体1内设有用于对土木结构模型6下部进行固定的固定组件5，且该固定组件5与所述土木结构模型6的接触面可进行调节。

如图3所示固定组件5包括相互对称设有的两组夹持组件，每一组夹持组件由第一夹持板501和第二夹持板502相互交错而成，每一组夹持组件的一侧设有伸缩支撑装置507，且该伸缩支撑装置507的两端分别通过连接杆504与第一夹持板501和第二夹持板502连接，所述伸缩支撑装置507与检测箱体1通过夹持驱动电缸505固定连接；

两个相互对称的夹持组件中的其中一组夹持组件中的第一夹持板501与另一组夹持组件中的第一夹持板501、一组夹持组件中的第二夹持板502和另一组夹持组件中的第二夹持板502分别通过复位弹簧503固定连接。

如图4所述伸缩支撑装置507包括与第一支撑板501通过连接杆504固定连接的伸缩杆5072，与第二支撑板502通过连接杆504固定连接的套筒5071，所述伸缩杆5072插入到套筒5071中与套筒5071中固定设有的支撑电缸5073固定连接；所述套筒5071的筒体与夹持驱动电缸505固定连接。

在工作时，将土木结构套设在两组夹持件之间，将土木结构模型放到重量传感器上对其重量进行检测，当检测完成后，所述夹持驱动电缸推动第一夹持板和第二夹持组成的夹持组件对土木结构模型进行夹持，当需要调整夹持宽度时，所述支撑电缸5073推动伸缩杆进行伸缩，进而带动所述的第一夹持板和第二夹持板进行相对相对移动，来加宽夹持组件与土木结构模型的接触面积，进而模拟出土木结构在实际的过程中与深埋的高度。

进一步的，为了保证所述的检测箱体能够稳定在平行轨道上移动，所述移动底座201上还开设有一组相互平行的横向滑槽3，且该横向滑槽3位于平行导轨202的上方，所述检测箱体1的底部两侧固定连接有与该横向滑槽3配合的横向滑块4。

上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种土木工程结构抗震试验装置，其特征在于，包括用于放置土木结构模型(6)的检测箱体(1)，设在该检测箱体(1)底部用于模拟地震的地壳移动装置(2)，设在检测箱体(1)的上端用于检测土木结构模型(6)在遇到地震时顶部偏移距离的位移传感器(7)，设在检测箱体(1)底部用于检测土木结构模型(6)重量的重量传感器(10)；

加速度传感器，在发生地震时，用于检测地壳移动装置(2)带动检测箱体(1)发生移动的加速度；

处理器，在发生模拟地震时，土木结构模型(6)发生破坏的瞬间，处理器通过加速度传感器检测出的加速度和重量传感器(10)检测到土木结构模型(6)的重量计算出土木结构模型(6)在破坏时瞬间的惯性力；根据该计算出的惯性力与位移传感器(7)检测到土木结构模型(6)顶部在发生地震时偏移的位置计算出该土木结构模型(6)在模拟地震时的自振周期；

处理器提取数据库中与土木结构模型(6)自振周期相符合的地震等级作为土木结构模型(6)遭到破坏时所承受的最大地震等级；

所述地壳移动装置(2)包括移动底座(201)，设在移动底座(201)上的平行轨道(202)，所述平行轨道(202)与检测箱体(1)的底部通过与该平行轨道(202)配合的滑块(9)连接；

所述平行轨道(202)一侧的下方设有多个相互间隔的推动电缸(203)，每个推动电缸(203)的伸缩端固定连接有撞击块(205)，所述推动电缸(203)推动该撞击块(205)穿过平行轨道(202)上设有的通孔(204)延伸到平行轨道(202)的上方；

所述平行轨道(202)的另一侧设有用于推动检测箱体(1)移动动力驱动装置；

所述动力驱动装置和推动电缸(203)分别与处理器的输出端电连接；

所述动力驱动装置包括固定设在移动底座(201)一侧的驱动电缸(209)，所述驱动电缸(209)的端部设有底部与平行轨道(202)滑动连接的推块(207)，所述推块(207)上设有一电磁铁(208)，所述检测箱体(1)靠近该电磁铁(208)的一侧设有磁铁(206)，且当该电磁铁(208)通电后，该电磁铁(208)与磁铁(206)相斥；

所述电磁铁(208)和驱动电缸(209)与所述处理器电连接，且当检测箱(1)与撞击块(205)发生撞击时，所述的处理器控制电磁铁(208)断电，电磁铁(208)的磁力消失；

所述处理器控制多个推动电缸(203)随机推动撞击块(205)延伸到平行轨道(202)上方；

所述移动底座(201)上还开设有一组相互平行的横向滑槽(3)，且该横向滑槽(3)位于平行导轨(202)的上方，所述检测箱体(1)的底部两侧固定连接有与该横向滑槽(3)配合的横向滑块(4)。

2.根据权利要求1所述一种土木工程结构抗震试验装置，其特征在于，所述检测箱体(1)内设有用于对土木结构模型(6)下部进行固定的固定组件(5)，且该固定组件(5)与所述土木结构模型(6)的接触面可进行调节。

3.根据权利要求2所述一种土木工程结构抗震试验装置，其特征在于，所述的固定组件(5)包括相互对称设有的两组夹持组件，每一组夹持组件由第一夹持板(501)和第二夹持板(502)相互交错而成，每一组夹持组件的一侧设有伸缩支撑装置(507)，且该伸缩支撑装置(507)的两端分别通过连接杆(504)与第一夹持板(501)和第二夹持板(502)连接，所述伸缩支撑装置(507)与检测箱体(1)通过夹持驱动电缸(505)固定连接；

两个相互对称的夹持组件中的其中一组夹持组件中的第一夹持板(501)与另一组夹持组件中的第一夹持板(501)、一组夹持组件中的第二夹持板(502)和另一组夹持组件中的第二夹持板(502)分别通过复位弹簧(503)固定连接。

4.根据权利要求3所述一种土木工程结构抗震试验装置，其特征在于，所述伸缩支撑装置(507)包括与第一支撑板(501)通过连接杆(504)固定连接的伸缩杆(5072)，与第二支撑板(502)通过连接杆(504)固定连接的套筒(5071)，所述伸缩杆(5072)插入到套筒(5071)中与套筒(5071)中固定设有的支撑电缸(5073)固定连接；所述套筒(5071)的筒体与夹持驱动电缸(505)固定连接。

Images