CN208333797U - 一种消除水下振动台防水扰动波的结构 - Google Patents

Abstract

一种消除水下振动台防水扰动波的结构，涉及土木、水利等水下振动试验领域，采用消波假底、预拉弹性防水配合剪切梁土箱的方式，在消除振动台防水扰动波的同时保证了模拟的真实性。首先，采用可随土箱运动的消波假底，使扰动波始终被阻隔于假底下方，有效解决振动台引起的扰动波对振动台周边水体的影响。其次，消波假底悬置于水中，外段设置预拉弹性防水，保证了假底始终受到张拉，使剪切梁土箱周边的场地随动效应得以有效模拟，使振动台周边水体环境更加接近真实。再次，采用预拉弹性防水考虑了剪切梁土箱的刚度，使得土箱内土体边界条件的模拟更加真实，有效保证了地震下土‑结构相互作用的模拟。本实用新型结构简单，易于实现，造价低廉。

Description

一种消除水下振动台防水扰动波的结构

技术领域

本实用新型涉及土木、水利等的水下振动台试验技术领域，是一种消除水下振动台防水结构引起扰动波的结构。

背景技术

振动台是进行地震工程模拟研究的最有效设施，其可对工程结构的抗震设计与抗震性能分析进行验证与校核，并可有效开展地震工程相关科学问题的研究工作。由于技术水平与工程应用的限制，现有的国内外振动台多为无水振动台(或振动台台阵)。但随着涉水工程震害现象的发生，以及流固耦合问题研究的不断深入，学者们发现水对结构的抗震性能会产生较大影响，水下振动台(或振动台台阵)的建设十分必要。

目前，振动台仅可保证局部振动，其对水动力环境中结构的整场振动的真实模拟仍存在较多局限性。首先，对于大型振动台，通常采用大型激振器进行台面驱动，故台体周边支撑与台体结构之间会形成较大间隙。为保证振动台的安全运行，国内外研究人员提出了多种振动台防水措施，目前以气囊防水的方式最为常见。不过，由于气囊防水结构体积较大，且围绕在振动台台体周边，振动台运动过程中的防水变形会极大干扰振动台周边水体，形成扰动波。对于静水环境，其干扰势必使得结构周边的动水压力失真；对于动水环境(如造波、造流)，其势必使得水动力设备模拟的波浪与水流流场与目标流场存在较大差异。其次，由于振动台载重的限制，现有的水下振动台大多仅考虑结构，不考虑土体，故试验试件不包含土箱结构，不考虑土箱与土体自重，无法模拟土与结构的相互作用。再次，实际地震并非局限于某点振动，而是整场振动，结构外围的水体状态会受到地形与整场振动的影响，若仅考虑振动台范围内的振动而忽略外围场地振动与及其水体扰动则模拟结果必然失真。可见，上述各项问题势必造成地震-水动力耦合模拟效果的失真，从而影响试验过程，使得试验精度降低或试验失败。

为此，有必要提出一种消除水下振动台防水扰动波的结构，在消除扰动波的前提下尽可能更真实模拟地震-水动力的耦合作用关系。

发明内容

本申请旨在提出一种适用于土木、水利等工程领域，消除振动台防水扰动波的结构，该结构可有效消除试件周围的扰动波干扰，且真实模拟地震过程中整场振动下的水体环境以及土-结构相互作用。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种消除水下振动台防水扰动波的结构，包括消波假底、固定假底、假底支撑、连接铰、预拉弹性防水、剪切梁土箱，其中消波假底由多片扇形结构组成，其一端通过连接铰固定在剪切梁土箱外壁顶端，并沿剪切梁土箱周边环形排布；消波假底另一端与预拉弹性防水一端连接，预拉弹性防水另一端通过连接铰与假底支撑连接，假底支撑环形固定在混凝土基础上，固定假底设置在消波假底的外围，围绕假底支撑进行辐射状分布，并固定在假底支撑之上，所述的混凝土基础中部与剪切梁土箱相对的位置设有台体腔室，台体腔室内设有振动台体，所述的剪切梁土箱固定于振动台体之上；振动台体与混凝土基础的台体腔室上沿之间设有气囊防水，振动台体的底部和侧壁分别设有若干与台体腔室相连接的竖向作动器和水平作动器。

进一步的，消波假底辐射状分布于剪切梁土箱周边，辐射长度不小于振动台体台面尺寸的1.5倍，个数30～60之间，每片消波假底之间采用柔性橡胶材料进行连接并保证防水效果；消波假底采用空心铝合金框架结构，密度略轻于水体。

进一步的，预拉弹性防水与假底支撑的数量与单片消波假底数量一致；预拉弹性防水由拉力弹簧与柔性土工材料组成，预拉弹性防水的整体刚度与剪切梁土箱刚度匹配。

进一步的，固定假底材料为砌石或活动支撑土工材料，试验过程中不随结构发生运动。

本实用新型的有益效果是：

一种消除水下振动台防水扰动波的结构采用消波假底、预拉弹性防水配合剪切梁土箱的方式，在消除振动台防水扰动波的同时保证了模拟的真实性，具有突出的有益效果。首先，结构采用可随土箱运动的消波假底，使得扰动波始终被阻隔于假底下方，有效解决振动台引起的扰动波对振动台周边水体的影响。其次，消波假底与水体重度相当，可悬置于水中，且外段设置了预拉弹性防水，保证了假底始终受到张拉。这使得剪切梁土箱周边的场地随动效应得以有效模拟，使得振动台周边水体环境更加接近真实。再次，采用预拉弹性防水考虑了剪切土箱的刚度，可使得土箱内土体边界条件的模拟更加真实，有效保证了地震下土-结构相互作用的模拟。此外，该结构简单，易于实现，造价低廉。

附图说明

图1一种消除水下振动台防水扰动波的结构纵剖面图；

图2一种消除水下振动台防水扰动波的结构横剖面图；

图3一种消除水下振动台防水扰动波的结构运动后纵剖面图。

图中1、消波假底；2、固定假底；3、假底支撑；4、连接铰；5、预拉弹性防水；6、剪切梁土箱；7、振动台体；8、混凝土基础；9、气囊防水；10、台体腔室；11、竖向作动器；12、水平作动器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

参见附图1、2、3，本实用新型消除水下振动台防水扰动波的结构包括消波假底1、固定假底2、假底支撑3、连接铰4、预拉弹性防水5、剪切梁土箱6，其中消波假底1一端通过连接铰4固定在剪切梁土箱6外壁顶端，并沿剪切梁土箱6周边环形排布，保证消波假底1可随剪切梁土箱6共同运动。消波假底1形状为扇形，辐射状分布于剪切梁土箱6周边，辐射长度不小于振动台体7台面尺寸的1.5倍，个数30～60之间，采用空心铝合金框架结构，密度与水体密度相当，略轻于水体，每片消波假底1之间采用柔性橡胶材料进行连接并保证防水效果。消波假底1另一端与预拉弹性防水5一端连接，预拉弹性防水5另一端通过连接铰4与假底支撑3连接，预拉弹性防水5与假底支撑3的数量与单片消波假底1数量一致，假底支撑3环形固定在剪切梁土箱6底部混凝土基础8上。预拉弹性防水5由拉力弹簧与柔性土工材料组成，弹簧有预拉弹性，可随时张拉与收缩，柔性土工材料可起到防水作用；预拉弹性防水5的整体刚度需要与剪切梁土箱6刚度匹配，保证试验过程中土边界条件的相似；固定假底2设置在消波假底1的外围，围绕假底支撑3进行辐射状分布，固定在假底支撑3之上，材料为砌石或活动支撑土工材料等，试验过程中不随结构发生运动；剪切梁土箱6底部设有混凝土基础8，混凝土基础8中部与剪切梁土箱6相对的位置设有台体腔室10，台体腔室10内设有振动台体7，剪切梁土箱6固定于振动台体7之上；振动台体7与混凝土基础8的台体腔室10上沿之间设有气囊防水9，保证台体腔室10内设备安全有效运行；振动台体7的底部和侧壁分别设有若干与台体腔室10相连接的竖向作动器11和水平作动器12，台体腔室10内的竖向作动器11与水平作动器12可保证振动台体7对地震的准确模拟。

该实施例中，振动台体7台面尺寸为6×6m，载重为150t，工作水深3m，水平与竖向最大行程0.5m；水平作动器数量为32，竖向作动器数量为8；土箱尺寸为5.5×5.5m，高度1m；消波假底辐射长度为10m。

运行过程中，竖向作动器11与水平作动器12会迫使振动台体7发生位移或转角；此时气囊防水9会发生相应变形，产生扰动波；剪切梁土箱6与消波假底1会随振动台体7发生运动，相应的预拉弹性防水5会有所张拉或收缩；振动台运行过程中，扰动波始终阻隔并消散于消波假底1下方，且剪切梁土箱6与消波假底1的随动可有效模拟考虑土-结构相互作用的整场振动环境。

Claims (5)

1.一种消除水下振动台防水扰动波的结构，其特征是：包括消波假底(1)、固定假底(2)、假底支撑(3)、连接铰(4)、预拉弹性防水(5)、剪切梁土箱(6)，其中消波假底(1)由多片扇形结构组成，其一端通过连接铰(4)固定在剪切梁土箱(6)外壁顶端，并沿剪切梁土箱(6)周边环形排布；消波假底(1)另一端与预拉弹性防水(5)一端连接，预拉弹性防水(5)另一端通过连接铰(4)与假底支撑(3)连接，假底支撑(3)环形固定在混凝土基础(8)上，固定假底(2)设置在消波假底(1)的外围，围绕假底支撑(3)进行辐射状分布，并固定在假底支撑(3)之上，所述的混凝土基础(8)中部与剪切梁土箱(6)相对的位置设有台体腔室(10)，台体腔室(10)内设有振动台体(7)，所述的剪切梁土箱(6)固定于振动台体(7)之上；振动台体(7)与混凝土基础(8)的台体腔室(10)上沿之间设有气囊防水(9)，振动台体(7)的底部和侧壁分别设有若干与台体腔室(10)相连接的竖向作动器(11)和水平作动器(12)。

2.根据权利要求1所述的消除水下振动台防水扰动波的结构，其特征是：消波假底(1)辐射状分布于剪切梁土箱(6)周边，辐射长度不小于振动台体(7)台面尺寸的1.5倍，个数30～60之间，每片消波假底(1)之间采用柔性橡胶材料进行连接并保证防水效果。

3.根据权利要求1或2所述的消除水下振动台防水扰动波的结构，其特征是：消波假底(1)采用空心铝合金框架结构，密度略轻于水体。

4.根据权利要求1所述的消除水下振动台防水扰动波的结构，其特征是：预拉弹性防水(5)与假底支撑(3)的数量与单片消波假底(1)数量一致；预拉弹性防水(5)由拉力弹簧与柔性土工材料组成，预拉弹性防水(5)的整体刚度与剪切梁土箱(6)刚度匹配。

5.根据权利要求1所述的消除水下振动台防水扰动波的结构，其特征是：固定假底(2)材料为砌石或活动支撑土工材料，试验过程中不发生运动。