CN115597804A - 一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法；其中适用于超长隧道振动台阵试验的加载装置，包括相互连接的若干个单元设备，每个单元设备包括一个主动台、两个从动台、两个底座钢支撑和一个加载装置；其中，主动台设置在两个从动台中间，每个从动台的下方均设置有底座钢支撑，加载装置设置在主动台与从动台的上方。本发明通过将主动台和从动台线性排列，可实现超长隧道振动台阵试验的加载装置，在每个振动台上搭建加载装置，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，振动台上加载装置可根据隧道的实际长度来增减，即可实现对不同长度隧道的地震响应研究。

Description

一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法。

背景技术

当拟建设的隧道结构处于多种土质条件下时，用来振动台试验来研究隧道结构在地震等荷载作用下的响应规律，可快速为工程设计和施工提供良好的设计建议和有利的施工措施，对于隧道未来的安全使用有显著的影响。目前常规的试验方法主要为土工箱的振动台试验，且通常受制于经济、试验设备和地质条件等的影响局限于单个振动台或两个振动台，不能完全反应隧道结构在地震来临时隧道结构响应规律。随着我国经济发展需求和地上空间资源充分利用，地下隧道结构和山岭隧道结构的建设越来越多，尤其是高铁隧道因行驶速度的要求需要建设更多的隧道，这就需要进行大量的试验来指导设计和设置安全措施。因此开发一种能适用于超长隧道的振动台阵加载装置和试验方法有着迫切的需求。

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超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

第一方面，本发明公开了一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置，该装置包括相互连接的若干个单元设备，每个单元设备包括一个主动台、两个从动台、两个底座钢支撑和一个加载装置；其中，主动台设置在两个从动台中间，每个从动台的下方均设置有底座钢支撑，加载装置设置在主动台与从动台的上方。

优选地，所述主动台通过伸缩杆与设备底部的底面连接，所述主动台与所述从动台呈线性排列。

优选地，所述底座钢支撑用以支撑从动台，底座钢支撑与从动台刚性连接，使得从动台面与主动台面具有相同的高度。

优选地，所述的加载装置包括两部分，一部分设置于主动台上，另一部分设置于从动台上，设置于主动台上的加载装置部分和设置于从动台上的加载装置部分通过含销构件铰接。

优选地，所述加载装置的单元设备包括有两个或两个以上，每个单元设备通过所述从动台上的加载装置部分以含销构件铰接。

优选地，所述主动台上的加载装置部分与主动台的台面之间为刚性连接。

优选地，所述从动台上的加载装置部分与从动台的台面通过三维万向球支座连接，减少加载装置与从动台时间的摩擦。

优选地，所述的加载装置包括弧形钢板、钢制弹簧、分力板、左侧板、横侧板以及底侧板，用以放置隧道模型；其中，四个弧形钢板连接成环，左侧板对称设在弧形钢板下半环的前后两侧，横侧板对称设在弧形钢板下半环的左右两侧；钢制弹簧一端固定在弧形钢板的环面上，一端与分力板连接；底侧板设置在左侧板的下方。

第二方面，本发明公开了一种适用于超长隧道振动台阵试验的试验方法，包括以下步骤：

步骤1：根据所述振动台阵试验加载装置的搭建模型，进行振动台试验，对于一致输入下的隧道振动台试验，三个振动台同时输入相同的位移时程荷载，分别进行水平面内南北和东西方向输入的振动台试验；

步骤2：对于非一致输入下的隧道振动台试验，三个振动台输入不同时间间隔的位移时程荷载，分别进行水平面内南北和东西方向输入的振动台试验；

步骤3：观察隧道结构的地震响应，记录相关数据。

本发明的有益效果为：

本发明通过将主动台和从动台线性排列，可实现超长隧道振动台阵试验的加载装置，在每个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，振动台上加载装置可根据隧道的实际长度来增减，即可实现对不同长度隧道的地震响应研究。

本发明提供一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法，用以模拟超长隧道结构的多台联动振动台试验，该装置及试验方法简单清晰，实用合理，可观测超长隧道的地震反应情况。

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是本发明实施例提供的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法的示意图。

图2是本发明实施例提供的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法的从动台及底座钢支撑的示意图。

图3是本发明实施例提供的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法的主动台与从动台上加载装置连接的示意图。

图4是本发明实施例提供的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法的加载装置的左视图。

图5是本发明实施例提供的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法的加载装置的正视图。

附图标记：主动台1、从动台2、底座钢支撑3、加载装置4、含销构件5、三维万向球支座6、弧形钢板41、钢制弹42簧、分力板43、左侧板44、横侧板 45、底侧板46。

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。

以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例

一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法，如图1所示，该装置包括主动台1、从动台2、底座钢支撑3、加载装置4、含销构件5以及三维万向球支座6。

如图1所示，所述主动台1与从动台2呈线性排列，从动台布置在两个主动台中间，每个主动台两侧各布置一个从动台2。

如图1所示，所述主动台1上的加载装置7振动台台面刚性连接。

如图2所示，所述的底座钢支撑3用以支撑从动台2，底座钢支撑3与从动台2刚性连接，使得从动台2面与主动台1面具有相同的高度。

如图2所示，所述的从动台上2的加载装置4与台面通过三维万向球支座6 连接，减少加载装置4与从动台2时间的摩擦。

如图3所示，所述的加载装置布置于主动台1和从动台2上，主动台1和从动台2交界处的加载装置4通过含销构件5铰接。

如图5所示，所述的加载装置4由弧形钢板41、钢制弹簧42、分力板43、左侧板44、横侧板45以及底侧板46组成，用以放置隧道模型。

所述的台阵试验加载装置的搭建过程依次分为以下步骤：

步骤1：根据隧道的长度和实际的设施设备，确定试验长度，采用3个主动台1和4个从动台2，依次呈线性排列，从动台2布置在两个主动台1中间，每个主动台1两侧各布置一个从动台2。

本实施例中，主动台1的台面尺寸为4.0m×4.0m，从动台2的台面尺寸为 3.0m×4.0m，两种台面的宽度均为4.0m。

步骤2：根据从动台2的台面尺寸确定底座钢支撑3。底座钢支撑3用以支撑从动台2，底座钢支撑3与从动台刚性连接2，使得从动台2面与主动台1面具有相同的高度。

本实施例中，底座钢支撑3可采用工字形钢，底座钢支撑3由竖向工字形钢、水平工字形钢以及斜支撑工字形钢焊接而成。

步骤3：制作加载装置：将弧形钢板41、钢制弹簧42、分力板43、左侧板 44、横侧板46以及底侧板46通过预留的螺栓孔拼装成加载装置，用以放置隧道模型。

本实施例中，一个单元的加载装置4长度为0.4m，如图5所示，分力板43 形成的环形直径为1.2m，可放置1.2m直径的隧道模型，主动台上布置10个加载装置4，依次刚性连接，从动台2上布置8个加载装置4，弧形钢板41、分力板43、左侧板44、横侧板46以及底侧板46板厚为10mm，钢制弹簧42可根据地层条件进行设置。

步骤4：加载装置布置于主动台1和从动台上2，主动台1和从动台2交界处的加载装置4通过含销构件5铰接，主动台1上的加载装置4振动台台面刚性连接，从动台2上的加载装置4与台面通过三维万向球支座6连接，减少加载装置与从动台时间的摩擦。

本实施例中，主动台1和从动台2交界处的加载装置4通过含销构件5铰接，含销构件5共布置6个，如图4所示。三维万向球支座6在从动台2的加载装置底部4的四个角对应的位置布置4个。

步骤5：将隧道模型置于分力板43所围成的管环内。

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。

所述的试验方法依次分为以下步骤：

步骤1：根据上面台阵试验加载装置的搭建模型，可进行振动台试验，对于一致输入下的隧道振动台试验，对三个振动台同时输入相同的位移时程荷载，可分别进行水平面内南北和东西方向输入的振动台试验。

步骤2：对于非一致输入下的隧道振动台试验，对三个振动台输入不同时间间隔的位移时程荷载，可分别进行水平面内南北和东西方向输入的振动台试验。

步骤3：观察隧道结构的地震响应，记录相关数据(位移、加速度)。

本发明通过将主动台和从动台线性排列，可实现超长隧道振动台阵试验的加载装置，在每个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，振动台上加载装置可根据隧道的实际长度来增减，即可实现对不同长度隧道的地震响应研究。

本实施例提供一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置及试验方法，用以模拟超长隧道结构的多台联动振动台试验，该装置及试验方法简单清晰，实用合理，可观测超长隧道的地震反应情况。

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 (9)

1.一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置，其特征在于，该装置包括相互连接的若干个单元设备，每个单元设备包括一个主动台、两个从动台、两个底座钢支撑和一个加载装置；其中，主动台设置在两个从动台中间，每个从动台的下方均设置有底座钢支撑，加载装置设置在主动台与从动台的上方。

2.根据权利要求1所述的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置，其特征在于，所述主动台通过伸缩杆与设备底部的底面连接，所述主动台与所述从动台呈线性排列。

3.根据权利要求1所述的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置，其特征在于，所述底座钢支撑用以支撑从动台，底座钢支撑与从动台刚性连接，使得从动台面与主动台面具有相同的高度。

4.根据权利要求1所述的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置，其特征在于，所述的加载装置包括两部分，一部分设置于主动台上，另一部分设置于从动台上，设置于主动台上的加载装置部分和设置于从动台上的加载装置部分通过含销构件铰接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置，其特征在于，所述加载装置的单元设备包括有两个或两个以上，每个单元设备通过所述从动台上的加载装置部分以含销构件铰接。

6.根据权利要求1所述的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置，其特征在于，所述主动台上的加载装置部分与主动台的台面之间为刚性连接。

7.根据权利要求1所述的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置，其特征在于，所述从动台上的加载装置部分与从动台的台面通过三维万向球支座连接，减少加载装置与从动台时间的摩擦。

8.根据权利要求1所述的一种适用于超长隧道振动台阵试验的装置，其特征在于，所述的加载装置包括弧形钢板、钢制弹簧、分力板、左侧板、横侧板以及底侧板，用以放置隧道模型；其中，四个弧形钢板连接成环，左侧板对称设在弧形钢板下半环的前后两侧，横侧板对称设在弧形钢板下半环的左右两侧；钢制弹簧一端固定在弧形钢板的环面上，一端与分力板连接；底侧板设置在左侧板的下方。

9.一种权利要求1-8任一所述的适用于超长隧道振动台阵试验的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据所述振动台阵试验加载装置的搭建模型，进行振动台试验，对于一致输入下的隧道振动台试验，三个振动台同时输入相同的位移时程荷载，分别进行水平面内南北和东西方向输入的振动台试验；

步骤2：对于非一致输入下的隧道振动台试验，三个振动台输入不同时间间隔的位移时程荷载，分别进行水平面内南北和东西方向输入的振动台试验；

步骤3：观察隧道结构的地震响应，记录相关数据。

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