CN115541158B - 一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，所述加载装置沿纵向由多个节段的试验支架通过装配连接而成，每一节段包括振动台试验支架、弹簧以及分力板，所述弹簧的一端与振动台试验支架固定，另一端与分力板固定。本发明通过在振动台上搭建加载装置，所述加载装置与振动台刚性连接，可将振动台的位移输入作用通过弹簧完整地传递至隧道模型上。加载装置可根据隧道模型横截面形状的不同，装配成圆形、方形或马蹄形等不同的横截面形状。加载装置的弹簧刚度依照不同地层特性设计，可表现多种地层特点。将地震作用下对应地层隧道位置处的位移响应作为振动台的位移输入，即可实现对穿越多种地层的隧道地震响应研究。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置。
背景技术
振动台模型试验是研究结构物在地震中的响应特性的有效手段，目前针对于隧道的振动台试验多是借助模型箱的形式开展，模型箱的动力特性及其边界效应直接决定了试验结果的可靠性，尽管国内外学者对模型箱做了很多改进，对削弱边界效应也有了很多研究成果，但仍未有能完全消除边界效应影响的手段。且模型箱试验过程中需填充大量的土，加大了振动台的负荷，也限制了模型隧道的尺寸不能做得太大，而且模型土与原状土要严格符合相似关系也很困难。目前已开展的基于模型箱的隧道振动台试验中，试验相似比往往将模型结构与模型土分开独立设计，结构几何相似比大多小于1:25，难以做到大比尺的隧道纵向响应振动台试验研究。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，所述加载装置沿纵向由多个节段的试验支架通过连接而成，每一节段包括振动台试验支架、弹簧以及分力板，所述弹簧的一端与振动台试验支架固定，另一端与分力板固定。
优选地，所述弹簧的一端焊接于带有螺栓的连接板，带有螺栓的连接板通过螺栓固定在振动台试验支架的环面上。
优选地，所述分力板外侧与弹簧连接，内侧直接接触作用于隧道模型上。
优选地，所述振动台试验支架包括弧形栅格式钢板标准件、槽型底板、横向封板、侧面封板、底板标准件和横向标准件，通过四个弧形栅格式钢板标准件连接成环，可装配圆形隧道，槽型底板并排设在弧形栅格式钢板标准件下半环的底部，所述横向封板对称设在弧形栅格式钢板标准件下半环的前后两侧，所述侧面封板对称设在弧形栅格式钢板标准件下半环的左右两侧。
优选地，所述将两个弧形钢板标准件、底板标准件和横向标准件连接可装配马蹄形隧道。
优选地，所述将底板标准件和横向标准件连接可装配方形隧道。
优选地，所述钢板标准件、所述槽型底板、所述横向封板、所述侧面封板、所述弧形钢板标准件、所述底板标准件和所述横向标准件各部件间的连接均为螺栓连接。
优选地，所述弧形栅格式钢板标准件包含三道纵向加强肋条及一道横向加强肋条，每形成一个栅格面上均预留有螺栓孔可安装弹簧。
优选地，所述底板标准件和横向标准件横向和竖向的加强肋条，每形成一个栅格面上均预留有螺栓孔，可安装弹簧。
优选地，所述槽型底板预留有与振动台台面连接的螺栓孔。
优选地，所述底板标准件预留有与振动台台面连接的螺栓孔。
优选地，在穿越多种地层时，通过在加载装置上设置不同刚度的弹簧对应不同地层刚度，可以模拟出不同地层对隧道结构的作用。
本发明的有益效果为：
本发明通过在振动台上搭建加载装置，加载装置可根据隧道模型横截面形状的不同，装配成圆形、方形或马蹄形等不同的横截面形状。所述加载装置与振动台刚性连接，可将振动台的位移输入作用通过弹簧完整地传递至隧道模型上，振动台上加载装置的弹簧刚度依照不同地层特性设计，并将地震作用下对应地层隧道位置处的位移响应作为振动台的位移输入，即可实现对穿越多种地层的隧道地震响应研究。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例所述加载装置的结构示意图。
图2是本发明实施例所述加载装置盾构隧道的主视图
图3是本发明实施例所述加载装置盾构隧道的侧视图。
图4是本发明实施例所述加载装置盾构隧道的俯视图。
图5是本发明实施例所述加载装置盾构隧道的仰视图。
图6是本发明实施例所述加载装置马蹄形隧道的主视图。
图7是本发明实施例所述加载装置马蹄形隧道的侧视图。
图8是本发明实施例所述加载装置方形隧道的主视图。
图9是本发明实施例所述加载装置方形隧道的侧视图。
附图标记说明：
1—弧形栅格式钢板标准件，2—侧面封板，3—槽型底板，4—横向封板，5—连接板，6—弹簧，7—分力板，8—弧形钢板标准件，9—底板标准件，10—横向标准件。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例
如图1至图6所示，一种适用于穿越多种地层盾构隧道的大比尺振动台试验的加载装置，所述加载装置沿纵向由多节段的试验支架通过螺栓连接而成，每一节段包括振动台试验支架、弹簧6以及分力板7。所述振动台试验支架包括弧形栅格式钢板标准件1、槽型底板3、横向封板4和侧面封板2，每一节段通过四个弧形栅格式钢板标准件1连接成环，所述槽型底板3预留有螺栓孔与振动台台面连接，并排设在下半环弧形栅格式钢板标准件的底部，所述横向封板4对称设在下半环弧形栅格式钢板标准件的前后两侧，所述侧面封板2对称设在下半环弧形栅格式钢板标准件的左右两侧，各部件间的连接均为螺栓连接。所述弹簧6一端焊接于带有螺栓的连接板5，并通过螺栓固定在弧形栅格式钢板标准件的环面上，一端与分力板7连接。所述分力板7外侧与弹簧6连接，内侧直接接触作用于隧道模型上。
所述加载装置的搭建过程依次分为以下步骤
步骤A1：将弹簧6一端焊接于带有螺栓的连接板5，并通过螺栓固定在弧形栅格式钢板标准件的环面上，一端与分力板7连接。
本实施例中，弹簧的刚度依据隧道所处地层而定，弧形栅格式钢板标准件1的内径为1600mm，沿纵向长度为800mm，肋条高100mm，板厚为10mm。
步骤A2：将槽型底板3通过螺栓并排固定于振动台台面上。
本实施例中，槽型底板3的平面尺寸为910mm×780mm，侧边高度均为50mm，厚度为10mm，预留螺栓孔视振动台台面情况而定。
步骤A3：将横向封板4与槽型底板3用螺栓连接形成一定支撑，再将两个弧形栅格式钢板标准件1与之相连形成下半环。
本实施例中，横向封板4的长边长为950mm，短边为50mm，弧长为直径1800mm圆的1/4段，板厚为10mm。
步骤A4：将侧面封板2与弧形栅格式钢板标准件1、横向封板4通过螺栓连接。
本实施例中，侧面封板2的平面尺寸为950mm×780mm，侧边高度均为50mm，厚度为10mm，
步骤A5：将隧道模型置于其内。
本实施例中，所形成的内部净空足以容纳直径为1.2m的隧道模型，若以原型隧道直径14.5m为例，则几何相似比可达1：12，根据不同试验要求，上述各部件尺寸可灵活设计从而满足不同试验相似比要求。
步骤A6：将两个弧形栅格式钢板标准件与侧面封板2及下半环弧形栅格式钢板标准件1形成连接，完成合拢。
通过在振动台上搭建加载装置，所述加载装置与振动台刚性连接，可将振动台的位移输入作用通过弹簧完整地传递至隧道模型上，振动台上加载装置的弹簧刚度依照不同地层特性设计，并将地震作用下对应地层隧道位置处的位移响应作为振动台的位移输入，即可实现对穿越多种地层的隧道地震响应研究。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，其特征在于，所述加载装置沿纵向由多个节段的试验支架装配连接而成，每一节段包括振动台试验支架、弹簧以及分力板，所述弹簧的一端与振动台试验支架固定，另一端与分力板固定；
所述弹簧的一端焊接于带有螺栓的连接板，带有螺栓的连接板通过螺栓固定在振动台试验支架的环面上；
所述振动台试验支架包括弧形栅格式钢板标准件、槽型底板、横向封板、侧面封板、底板标准件和横向标准件，通过四个弧形栅格式钢板标准件连接成环，可装配圆形隧道，槽型底板并排设在弧形栅格式钢板标准件下半环的底部，所述横向封板对称设在弧形栅格式钢板标准件下半环的前后两侧，所述侧面封板对称设在弧形栅格式钢板标准件下半环的左右两侧。
2.根据权利要求1所述的一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，其特征在于，所述分力板外侧与弹簧连接，内侧直接接触作用于隧道模型上。
3.根据权利要求1所述的一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，其特征在于，所述将两个弧形栅格式钢板标准件、底板标准件和横向标准件连接可装配马蹄形隧道。
4.根据权利要求1所述的一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，其特征在于，所述将底板标准件和横向标准件连接可装配方形隧道。
5.根据权利要求1所述的一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，其特征在于，所述钢板标准件、所述槽型底板、所述横向封板、所述侧面封板、所述底板标准件和所述横向标准件各部件间的连接均为螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，其特征在于，所述弧形栅格式钢板标准件包含三道纵向加强肋条及一道横向加强肋条，每形成一个栅格面上均预留有螺栓孔，可安装弹簧。
7.根据权利要求1所述的一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，其特征在于，所述底板标准件和横向标准件横向和竖向的加强肋条，每形成一个栅格面上均预留有螺栓孔，可安装弹簧。
8.根据权利要求1所述的一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，其特征在于，所述槽型底板预留有与振动台台面连接的螺栓孔。
9.根据权利要求4所述的一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，其特征在于，所述底板标准件预留有与振动台台面连接的螺栓孔。
10.根据权利要求1所述的一种适用于穿越多种地层隧道的大比尺振动台试验的加载装置，其特征在于，在穿越多种地层时，通过在加载装置上设置不同刚度的弹簧对应不同地层刚度，可以模拟出不同地层对隧道结构的作用。
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