CN114034454A - 一种高铁地震波模拟激发系统及使用方法 - Google Patents
一种高铁地震波模拟激发系统及使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种高铁地震波模拟激发系统及使用方法，涉及基于室内试验的高铁地震信号传播规律研究技术领域。其中，设计高铁轨道相似结构并将其固定于振动台下方与被载结构试件进行耦合连接，可实现室内模拟线性震源形式激发高铁地震波，解决了基于现场监测而导致的检波器布设范围受限、数据处理冗杂等问题，提高了高铁地震信号传播衰减机制的研究效率；同时，基于实验过程中于振动台台面上布置少数单向传感器的背景监测方法，可实现以误差最小的原则实时调整控制参量，确保人工激发振动信号与所输入现场采集数据近似吻合，保证室内模拟激发高铁地震波的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及基于室内试验的高铁地震信号传播规律研究技术领域，特别涉及一种高铁地震波模拟激发系统及使用方法。
背景技术
地震模拟振动台试验是利用振动台模拟地震地面运动以分析结构的抗震性能，研究结构的动力特性、破坏机理，并基于结构相似理论为模型试验提供依据，同时验证抗震计算理论和计算模型正确性的地震模拟试验方法。
目前地震波传播规律研究大多依托地震模拟振动台试验或现场数据采集完成，用于高铁地震作用下结构振动响应特征研究时，存在以下技术问题：
工程实际中，传统地震波与高铁地震波在传播方向上具有明显的特征差异性，导致试验中两种情况下被载模型试件与振动台面的相对位置不同，故依托传统振动台装置无法有效开展高铁地震波传播规律的探究；对于为保障高铁列车正常运行，工程实际中无法在轨道、桥梁、隧道衬砌等铁路工程结构上以理想的监测方案布设检波器；现场采集数据中掺杂有大量背景噪声，因此数据处理工作量较大；工程实际中高铁地震波受列车质量、运行速度等多种因素影响，现场监测时间周期较长，且数据存储量巨大。
发明内容
针对上述高铁地震波传播衰减规律研究存在的困难，本发明提供了一种可实现室内模拟线性震源形式、开展工程结构关键位置动力响应特征分析、提高数据监测与处理效率的高铁地震波模拟激发系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
所述高铁地震波模拟激发系统通过控制系统的计算机将输入的高铁地震波现场采集数据转换为振动台运动数据，随之向电液伺服作动器发出控制指令并推动振动台运动，实现开展高铁地震作用下模型试件动力响应的试验模拟，数据采集系统用于采集试验前振动台面的振动数据、试验中被载模型试件的动力响应数据及捕捉结构试件振动损伤表现特征图像，信号分析系统对振动台面数据解析后向控制系统进行实时反馈，同时在线分析、显示并存储结构动力响应数据。
上述高铁地震波模拟激发方法，包括以下步骤：
步骤1，现场勘探与数据处理：遴选高铁地震信号现场监测场地，布设检波器采集目标数据；对监测数据进行滤波处理，保留高铁地震波分辨率良好的部分数据作为输入高铁地震波模拟激发系统的源数据。
步骤2，结构模型设计与制作：根据具体试验方案设计结构模型试件类型、尺寸相似比、材料配比，搜集其组成材料的相关物理力学参数，将模型试件放置于试验箱体中并与振动台面下方的轨道进行耦合连接。
步骤3，仪器连接与调试：连接控制系统、电液伺服作动器、振动台、数据采集系统、信号分析系统等各设备之间的光缆线路，接通电源后对系统进行初调试，确保其正常运行后方可用于高铁地震激发的室内模拟实验；试验开始前，应先向控制系统随机输入白噪声以测试结构模型试件的初始动力特性。
步骤4，系统分析与反馈：信号分析系统对振动台面运动数据进行解析，控制系统接收该反馈后以实时误差最小的原则选择控制参量，直至反馈良好后方可进行试验并开始数据采集。
步骤5，动态监测与采集：数据采集系统内传感器、应变计类型及图像采集设备的选取视具体实验目标而定；其中，为实时保证所激发振动信号可靠性，除在结构试件内部布设若干三向传感器外，在振动台台面上也应布置少数单向传感器。
本发明具有的有益效果如下：
本发明提供了一种高铁地震波模拟激发系统及方法，涉及基于室内试验的高铁地震信号传播规律研究技术领域。其中，设计高铁轨道相似结构并将其固定于振动台下方用于与被加载结构试件进行耦合连接，可实现高铁地震波室内模拟激发，解决了基于现场监测而导致的检波器布设范围受限、数据处理冗杂等问题，提高了高铁地震信号传播衰减机制的研究效率；同时，基于实验过程中在振动台台面上布置少数单向传感器的背景监测方法，可实现以误差最小的原则实时调整控制参量，确保人工激发振动信号与所输入现场采集数据近似吻合，保证室内模拟激发高铁地震波的可靠性。
附图说明
图1为本发明提供的一种高铁地震波模拟激发系统组成示意图；
图2为本发明提供的基于一种高铁地震波模拟激发系统的传感器布设方式示意图；
图3为本发明提供的一种高铁地震波模拟激发系统作用机制示意图。
图1中，1-控制系统，2-电液伺服作动器，3-振动台，4-轨道相似结构，5-数据采集系统，6-信号分析系统，7-数据传输光缆；
图2中，3-振动台，8-传感器，9-测线，10-试验箱体。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，所述基于多震源的高铁地震波模拟激发系统通过控制系统(1)的计算机将输入的高铁地震波现场采集数据转换为振动台(3)运动数据，随之向电液伺服作动器(2)发出控制指令并推动振动台运动，实现开展高铁地震作用下结构模型试件动力响应与振动信号传播规律的试验，数据采集系统(5)用于采集试验前振动台面的振动数据、试验中被载模型试件的动力响应数据及捕捉被载模型试件振动损伤表现特征图像，信号分析系统(6)对振动台面数据解析后向控制系统进行实时反馈，同时在线分析、显示并存储数据。
如图2所示，对于传感器的布设形式，应在振动台面布置少数单向传感器，将结构试件放置于试验箱体(10)中并在试件内部布设若干三向传感器。其中，两种传感器分别用于实时调整电液伺服作动器作用参数和监测被载模型试件振动响应数据。
如图3所示，所述高铁地震波模拟激发装置各子系统间的作用机制紧密关联，其中控制系统与数据分析系统间存在良好的反馈机制。
实施例高铁地震高频信号监测按以下步骤进行。
步骤1，现场勘探与数据处理：遴选高铁地震信号现场监测场地，布设检波器采集目标数据；对监测数据进行滤波处理，保留高铁地震波分辨率良好的部分数据作为输入高铁地震波模拟激发系统的源数据。
步骤2，结构模型设计与制作：根据具体试验方案设计结构模型试件类型、尺寸相似比、材料配比，搜集其组成材料的相关物理力学参数，将模型试件放置于试验箱体中并与振动台面下方的轨道进行耦合连接。
步骤3，仪器连接与调试：连接控制系统、电液伺服作动器、振动台、数据采集系统、信号分析系统等各设备之间的光缆线路，接通电源后对系统进行初调试，确保其正常运行后方可用于高铁地震激发的室内模拟实验；试验开始前，应先向控制系统随机输入白噪声以测试被载模型试件的初始动力特性。
步骤4，系统分析与反馈：信号分析系统对振动台面运动数据进行解析，控制系统接收该反馈后以实时误差最小的原则选择控制参量，直至反馈良好后方可进行试验并开始数据采集。
步骤5，动态监测与采集：数据采集系统内传感器、应变计类型及图像采集设备的选取视具体实验目标而定；其中，为实时保证所激发振动信号可靠性，除在被载模型试件内部布设若干三向传感器外，在振动台台面上也应布置少数单向传感器。
Claims (2)
1.一种高铁地震波模拟激发系统及使用方法，其特征在于，包括振动台、电液伺服作动器、控制系统、数据采集系统、信号分析系统；所述高铁地震波模拟激发系统通过控制系统的计算机将输入的源数据(高铁地震波现场采集数据)转换为振动台运动数据，随之向电液伺服作动器发出控制指令并推动振动台运动，实现开展高铁地震波传播衰减规律研究的试验模拟，数据采集系统用于采集试验前振动台面的振动数据、试验中模型试件的动力响应数据及捕捉试件振动损伤表现特征图像，信号分析系统对振动台面数据解析后向控制系统进行实时反馈，同时在线分析、显示并存储所采集数据。
2.如权利要求1所述高铁地震波模拟激发系统，其特征在于，使用方法包括以下步骤：
步骤1：现场勘探与数据处理
遴选高铁地震信号现场监测场地，布设检波器采集目标数据；对监测数据进行滤波处理，保留高铁地震波分辨率良好的部分数据作为输入高铁地震波模拟激发系统的源数据。
步骤2：结构模型设计与制作
根据具体试验方案设计结构模型试件类型、尺寸相似比、材料配比，搜集其组成材料的相关物理力学参数，将结构试件放置于试验箱体中并与振动台面下方的轨道进行耦合连接。
步骤3：仪器连接与调试
连接控制系统、电液伺服作动器、振动台、数据采集系统、信号分析系统等各设备之间的光缆线路，接通电源后对系统进行初调试，确保其正常运行后方可用于高铁地震激发的室内模拟实验；试验开始前，应先向控制系统随机输入白噪声以测试模型试件的初始动力特性。
步骤4：系统分析与反馈
信号分析系统对振动台面运动数据进行解析，控制系统接收该反馈后以实时误差最小的原则选择控制参量，直至反馈良好后方可进行试验并开始数据采集。
步骤5：动态监测与采集
数据采集系统内传感器、应变计类型及图像采集设备的选取视具体实验目标而定；其中，为实时保证所激发振动信号可靠性，除在结构试件内部布设若干三向传感器外，在振动台台面上也应布置少数单向传感器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116805462A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-26 | 济南科明数码技术股份有限公司 | 一种地震模拟体验装置的信号测量系统 |
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2021
- 2021-12-10 CN CN202111513461.5A patent/CN114034454A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
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| CN116805462A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-26 | 济南科明数码技术股份有限公司 | 一种地震模拟体验装置的信号测量系统 |
| CN116805462B (zh) * | 2023-08-23 | 2023-11-10 | 济南科明数码技术股份有限公司 | 一种地震模拟体验装置的信号测量系统 |
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