CN203323985U

CN203323985U - 一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置

Info

Publication number: CN203323985U
Application number: CN2013203042774U
Authority: CN
Inventors: 黄茂松; 木林隆; 刘欢
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-05-29

Abstract

本实用新型涉及一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，包括模拟箱、隧道模型、加载横梁组件、加载组件、激振器、信号发生组件、运动控制组件、拾振器和数据采集设备，所述的模拟箱内填充土体，所述的隧道模型设置在土体内，所述的加载横梁组件可滑动地设置在模拟箱上方，所述的加载组件紧贴土体上表面设置，并连接激振器，所述的激振器通过运动控制组件可活动地设置在加载横梁组件上，并连接信号发生组件，所述的拾振器固定在隧道模型上，并连接数据采集设备。与现有技术相比，本实用新型具有试验装置简单、可操作性高、适用范围广、可模拟复杂的涌潮荷载等优点。

Description

一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种隧道模型试验装置，尤其是涉及一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置。

背景技术

随着城市化进程的深入，我国已经进入了城市化快速发展时期，越江隧道在城际交通中发挥重要作用。为此，产生了一大批已建和待建的越江隧道项目。但目前对于由潮水引起的振动荷载仍然缺少有效的研究方法。

钱江隧道位于钱塘河口，因其特殊地理位置面临涌潮冲击作用。涌潮产生动载，对河床形成冲击将引起隧道结构振动。目前对此振动影响评价尚不明晰，因而有必要进行深入研究涌潮作用下隧道结构动力响应，尤其是隧道纵向振动特性。目前，关于此方面的研究方法主要包括现场测试、数值模拟以及理论分析。但是由于现场测试环境过于复杂，影响因素较多，难以进行有效的分析；数值模拟则需要花费大量的计算时间；理论分析则建立在诸多简化的基础上，难以得到有效验证。故而，设计一种合理的室内模型试验，可以根据研究人员的研究目的有效地控制影响因素，从而得到更为可靠的研究结论。

在模型试验的设计中，难点在于如何模拟涌潮产生的波浪荷载以及如何将等效的波浪荷载施加到河床表面，并最终测得隧道的动力响应。而目前，很少有人在该方面做过研究。根据邵卫云等的现场测试，涌潮对河床底部产生的荷载呈半波形，并随时间逐渐衰减，因此，我们可以利用信号发生器来产生类似的振动波形来模拟涌潮荷载。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用范围广、模拟精度高、加载方式简单的模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，包括模拟箱、隧道模型、加载横梁组件、加载组件、激振器、信号发生组件、运动控制组件、拾振器和数据采集设备，所述的模拟箱内填充土体，所述的隧道模型设置在土体内，所述的加载横梁组件可滑动地设置在模拟箱上方，所述的加载组件紧贴土体上表面设置，并连接激振器，所述的激振器通过运动控制组件可活动地设置在加载横梁组件上，并连接信号发生组件，所述的拾振器固定在隧道模型上，并连接数据采集设备。

所述的模拟箱包括构成模拟箱前后左右四面侧壁的有机玻璃、用于固定有机玻璃的角钢框架、以及用于进行加固的加固角钢。

所述的加载横梁组件包括加载横梁、横梁支撑柱和滑动支座，模拟箱顶部的两侧设有水平滑槽，所述的滑动支座可滑动地设在水平滑槽中，所述的加载横梁通过横梁支撑柱架设在滑动支座上。

所述的加载横梁为H型钢，加载横梁顶部设有横向滑槽。

所述的横梁支撑柱上设有多个均匀分布的螺孔，所述的加载横梁可通过与该螺孔匹配的螺栓调整在横梁支撑柱的位置。

所述的运动控制组件包括滑轮、马达和传动链条，所述的激振器通过垫块、螺栓与滑轮连接，所述的滑轮设在加载横梁的横向滑槽内，通过传动链条与马达连接，滑轮在马达驱动下沿横向滑槽移动，并带动激振器同步移动。

所述的加载组件包括加载杆和加载垫块，所述的加载杆的上端连接激振器，下端连接加载垫块，该加载垫块紧贴土体上表面设置。

所述的信号发生组件包括信号发生器和信号放大器，信号发生器产生的信号通过信号放大器放大后输入激振器。

所述的激振器为电磁式激振器，所述的拾振器为灵敏度0.0001g的加速度传感器。

所述的数据采集设备包括数据采集仪和电脑，所述的拾振器与数据采集仪连接，数据采集仪与电脑连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型模拟精度高，可以较为准确的输出出指定频率、幅度的振动信号用于模拟涌潮引起的荷载。

2)本实用新型可以提供多种加载方式，既可以是在隧道正上方的稳态激振，也可以模拟真实的涌潮前进过程中，荷载不断衰减的过程；且可以根据需要变换不同的波形，如正弦波、锯齿波等。

3)本实用新型模拟箱内隧道模型位置也较为自由，可以模拟不同埋深的工况；

4)本实用新型从加载到数据采集，实现了自动化，方便操作。

附图说明

图1为本实用新型的主视图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图中：1、横梁支撑住；2、滑动支座；3、模拟箱；4、角钢框架；5、土体；6、加载横梁；7、滑轮；8、马达；9、激振器；10、加载杆；11、加载垫块；12、隧道模型；13、数据导线；14、信号放大器；15、信号发生器；16、垫块；19、传动链条；20、水平滑槽；21、拾振器；22、有机玻璃；23、加固角钢；24、螺栓；25、横向滑槽；26、数据采集线；27、数据采集仪；28、电脑。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1～3所示，一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，包括模拟箱3、隧道模型12、加载横梁组件、加载组件、激振器9、信号发生组件、运动控制组件、拾振器21和数据采集设备。

模拟箱3包括了构成模拟箱前后左右四面侧壁的有机玻璃22、用于固定有机玻璃的角钢框架4、以及用于进行加固的加固角钢23。土体5填充在模拟箱3内，而隧道模型12设置在土体5内，加载横梁组件可滑动地设置在模拟箱3上方，加载组件紧贴土体5上表面设置，并连接激振器9，激振器9通过运动控制组件可活动地设置在加载横梁组件上，并连接信号发生组件，拾振器21固定在隧道模型12上，并连接数据采集设备。由于模拟箱3的侧壁为有机玻璃22，因此可方便观察试验中土体隧道模型的位移情况，直观的进行试验结果的监测。

其中，加载横梁组件包括加载横梁6、横梁支撑柱1和滑动支座2。由于在模拟箱顶部的两侧设有水平滑槽20，所述的滑动支座2可滑动地设在水平滑槽20中，而加载横梁6通过横梁支撑柱1架设在滑动支座2上，使其可以沿水平滑槽20进行滑动从而调节位置。加载横梁6采用H型钢，并且其顶部设有横向滑槽25。此外，在横梁支撑柱1上设有多个均匀分布的螺孔，加载横梁6可通过与该螺孔匹配的螺栓调整其在横梁支撑柱1上的架设位置。

运动控制组件包括滑轮7、马达8和传动链条19，激振器9通过垫块16、螺栓24与滑轮7连接，滑轮7设在加载横梁6的横向滑槽25内，通过传动链条19与马达8连接，滑轮7在马达8驱动下沿横向滑槽25移动，并带动激振器9同步移动。

加载组件则包括加载杆10和加载垫块11，加载杆10的上端连接激振器9，下端连接加载垫块11，并且该加载垫块11紧贴土体上表面设置，用于向隧道模型12上方的土体施加荷载。

信号发生组件包括信号发生器15和信号放大器14，通过数据导线13连接激振器9，信号发生器14负责产生和控制所需的信号，信号放大器15可以将微弱的信号放大并通过数据线13传至激振器9。激振器9为电磁式激振器，拾振器21采用高灵敏度加速度传感器，其灵敏度可达0.0001g。数据采集设备包括数据采集仪27和电脑26，拾振器21通过由隧道模型12内部引出的数据采集线26连接数据采集仪27，然后接入电脑2接。

本试验装置的组装过程：在模拟箱3中装填试验用土体5，将拾振器21预先固定到模型隧道12的指定位置后，再将隧道模型12埋置于土体中，并沿着隧道内部将数据采集线26引出，连接到数据采集仪27上；调整加载横梁6位置，使加载杆10处在隧道模型12中部的正上方；调整加载垫块11的位置，使得加载垫块11与隧道纵向保持水平，并使加载垫块紧贴土体表面；将加载杆10连接到激振器9底部，激振器9通过螺栓与运动控制组件组装完毕，要求开动马达8，滑轮7可以带动激振器9沿着横向滑槽25一起横向移动；用数据导线13将激振器9、信号放大器15、信号发生器14依次连接完毕。在试验之前需要进行试验调试阶段，要求在设备接通电源后，开启信号发生器14和信号放大器15，激振器可以带动加载杆10和加载垫块11一起振动，同时打开数据采集仪和电脑，要求可以测量得到振动信号，说明仪器一切工作正常，方可进入下一步试验阶段。

本试验方法工作过程：在仪器调试完毕后，进入试验阶段。由于本实验装置的灵活性，可以模拟各种涌潮荷载的工况，包括：

1、模拟涌潮在由远及近时的振动加强的工况以及由近及远时振动衰减的工况；

2、模拟涌潮在隧道正上方时，最不利荷载激励下隧道振动情况；

3、模拟不同振动幅度的涌潮荷载在隧道上产生的振动响应；

4、模拟不同振动频率的涌潮荷载在隧道上产生的振动响应；

5、模拟涌潮荷载对不同埋深工况下的隧道的影响。

本实验方法工作步骤：

1、安装试验装置及调试仪器；

2、根据试验目的，控制信号发生器产生的振动信号的形式和频率，调节信号放大器控制输出振动信号的幅度；

3、打开数据采集仪，采集隧道上得到的振动信号。

Claims

1.一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，其特征在于，包括模拟箱、隧道模型、加载横梁组件、加载组件、激振器、信号发生组件、运动控制组件、拾振器和数据采集设备，所述的模拟箱内填充土体，所述的隧道模型设置在土体内，所述的加载横梁组件可滑动地设置在模拟箱上方，所述的加载组件紧贴土体上表面设置，并连接激振器，所述的激振器通过运动控制组件可活动地设置在加载横梁组件上，并连接信号发生组件，所述的拾振器固定在隧道模型上，并连接数据采集设备。

2.根据权利要求1所述的一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，其特征在于，所述的模拟箱包括构成模拟箱前后左右四面侧壁的有机玻璃、用于固定有机玻璃的角钢框架、以及用于进行加固的加固角钢。

3.根据权利要求1所述的一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，其特征在于，所述的加载横梁组件包括加载横梁、横梁支撑柱和滑动支座，模拟箱顶部的两侧设有水平滑槽，所述的滑动支座可滑动地设在水平滑槽中，所述的加载横梁通过横梁支撑柱架设在滑动支座上。

4.根据权利要求3所述的一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，其特征在于，所述的加载横梁为H型钢，加载横梁顶部设有横向滑槽。

5.根据权利要求3所述的一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，其特征在于，所述的横梁支撑柱上设有多个均匀分布的螺孔，所述的加载横梁可通过与该螺孔匹配的螺栓调整在横梁支撑柱的位置。

6.根据权利要求4所述的一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，其特征在于，所述的运动控制组件包括滑轮、马达和传动链条，所述的激振器通过垫块、螺栓与滑轮连接，所述的滑轮设在加载横梁的横向滑槽内，通过传动链条与马达连接，滑轮在马达驱动下沿横向滑槽移动，并带动激振器同步移动。

7.根据权利要求1所述的一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，其特征在于，所述的加载组件包括加载杆和加载垫块，所述的加载杆的上端连接激振器，下端连接加载垫块，该加载垫块紧贴土体上表面设置。

8.根据权利要求1所述的一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，其特征在于，所述的信号发生组件包括信号发生器和信号放大器，信号发生器产生的信号通过信号放大器放大后输入激振器。

9.根据权利要求1所述的一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，其特征在于，所述的激振器为电磁式激振器，所述的拾振器为灵敏度0.0001g的加速度传感器。

10.根据权利要求1所述的一种模拟涌潮作用下隧道动力响应的试验装置，其特征在于，所述的数据采集设备包括数据采集仪和电脑，所述的拾振器与数据采集仪连接，数据采集仪与电脑连接。