CN211773965U - 混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置 - Google Patents

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CN211773965U CN202020258740.6U CN202020258740U CN211773965U CN 211773965 U CN211773965 U CN 211773965U CN 202020258740 U CN202020258740 U CN 202020258740U CN 211773965 U CN211773965 U CN 211773965U
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田杨
刘大研
刘子良
罗冰
马小英
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Abstract

本实用新型属于机械领域，具体为一种混凝土基础‑土接触面刚度和阻尼参数辨识装置。通过辨识装置，能够准确并科学的得出混凝土基础‑土接触面的刚度和阻尼值。包括地基基础箱，所述地基基础箱内设置有支撑底板，该支撑底板将基础箱分为两部分空间，支撑底板上装有地基土，支撑底板下设置有举升装置；所述支撑底板上安装有土压力传感器，用以检测土体压力值；所述地基基础箱内、地基土上方设置有混凝土基础，混凝土基础上设置有加速度传感器；还包括力锤，工作时，力锤锤击作用于混凝土基础，产生激振力；在混凝土基础的上表面安装有上表面位移传感器；在地基基础箱内、支撑底板下方设置有下表面位移传感器。

Description

混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置
技术领域
本发明属于机械领域，具体为一种混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置。
背景技术
精密设备受环境振动严重影响了其使用精度和寿命，另外，振动机械也影响着周围设备和人，所以需要将混凝土基础-上部结构作为整体考虑分析其力学特性。
然而如果将混凝土基础与土接触面视为固定约束，将大大降低了系统特性分析的精度，因此在建立混凝土基础-上部结构系统力学模型时，需提前计算出混凝土基础-土接触面的刚度和阻尼值。
目前，获得混凝土基础-土接触面的刚度和阻尼值的方法主要是经验法，而经验法由于是在定量的研究基础上统计的，考虑的影响因素比较少，另外经验法主要针对的是规则几何形状混凝土基础，因此无法开展针对不同类型基础的力学特性分析。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置，其包括地基基础箱，所述地基基础箱内设置有支撑底板，该支撑底板将基础箱分为两部分空间，支撑底板上装有地基土，支撑底板下设置有举升装置，所述支撑底板与地基基础箱滑动连接；该举升装置通过提升降支撑底板控制土体的容积，从而控制地基土的密度。
所述支撑底板上安装有土压力传感器，用以检测土体压力值。
所述地基基础箱内、地基土上方设置有混凝土基础，混凝土基础上设置有加速度传感器。
还包括力锤，工作时，力锤锤击作用于混凝土基础，产生激振力。
在混凝土基础的上表面安装有上表面位移传感器。
在地基基础箱内、支撑底板下方设置有下表面位移传感器。
进一步地，所述下表面位移传感器及下表面位移传感器均为非接触式位移传感器，所述上表面位移传感器拾取混凝土基础表面的位移信号，所述下表面位移传感器拾取支撑底板的位移信号。通过两位移信号，且混凝土基础的高度及体积已知，可得到地基土的体积。
进一步地，所述支撑底板两侧设置有燕尾槽，所述地基基础箱的侧壁设置有燕尾型导轨；所述燕尾槽与燕尾导轨适配；通过燕尾槽与燕尾型导轨，支撑底板与地基基础箱侧壁滑动连接。
进一步地，所述支撑底板的中心位置安装有土压力传感器。
进一步地，所述举升装置包括液压缸，所述液压缸的活塞与支撑底板底部相连。
进一步地，所述上表面位移传感器通过螺钉安装在位移传感器装夹块上，所述装夹块与位移传感器支座滑动连接；所述位移传感器支座设置于地基基础箱的顶部；且位移传感器支座左右两端设置有限位挡块，用于防止上表面位移传感器滑出支座；且所述限位挡块与传感器支座通过螺钉可拆卸式连接。
更进一步地，所述传感器装夹块沿长度方向上设置有横截面呈燕尾型的条状块，所述传感器支座上设置有燕尾槽，条状块与燕尾槽适配，两者滑动相连。
混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识方法包括以下步骤：
第一步：利用加速度传感器得到混凝土基础与土接触面刚度的加速度信号
Figure 244305DEST_PATH_IMAGE001
。
第二步：利用线性方程组
Figure DEST_PATH_IMAGE002
求解接触面参数刚度值
Figure 161445DEST_PATH_IMAGE003
和阻尼值
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中：
Figure 6429DEST_PATH_IMAGE005
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（2）
Figure 401638DEST_PATH_IMAGE007
（3）
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（4）
Figure 278327DEST_PATH_IMAGE009
为多项式调制函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为激振力。
第三步：将加速度传感器4采集到的加速度信号
Figure 100790DEST_PATH_IMAGE001
代入（2）、（3）、（4），将力锤的激振力信号
Figure 367823DEST_PATH_IMAGE010
代入方程式（4），取
Figure 629040DEST_PATH_IMAGE011
，再将（2）、（3）、（4）对应的值代入线性方程组
Figure 297919DEST_PATH_IMAGE002
，得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（5）
第四步：通过解线性方程组，即可得到接触面参数刚度值和阻尼值。
与现有技术相比本发明有益效果。
本发明摈弃了以前获得混凝土基础-土接触面的刚度和阻尼值而采用经验法，提出了科学的混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置；通过辨识装置，经过计算，能够准确并科学的得出混凝土基础-土接触面的刚度和阻尼值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明整体结构示意图。
图2是燕尾槽和燕尾型导轨的配合示意图。
图3是支撑底板与基础箱侧壁相连的连接示意图。
图中，1-位移传感器支座；2-位移传感器装夹块；3-上表面位移传感器；4-加速度传感器；5-混凝土基础；6-地基基础箱；7-地基土；8-导轨；9-支撑底板；10-下表面位移传感器；11-土压传感器；12-液压活塞；13-液压缸；14-力锤。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明包括地基基础箱6，所述地基基础箱内设置有支撑底板9，该支撑底板9将基础箱分为两部分空间，支撑底板9上装有地基土，支撑底板9下设置有举升装置；同时液压举升装置亦是地基土边界能量吸收器（液压装置可以吸收边界的能量还原地基土的人工边界条件）；所述支撑底板9与地基基础箱6滑动连接；该举升装置通过提升降支撑底板9控制土体的容积，从而控制地基土7的密度。
所述支撑底板9上安装有土压力传感器11，用以检测土体压力值。
所述地基基础箱6内、地基土7上方设置有混凝土基础5，混凝土基础5上设置有加速度传感器4。
还包括力锤14，工作时，力锤14锤击作用于混凝土基础5，产生激振力；该激振力用于模拟还原工况现场的作用力。
在混凝土基础5的上表面安装有上表面位移传感器3。
在地基基础箱6内、支撑底板9下方设置有下表面位移传感器10。
进一步地，所述下表面位移传感器10及下表面位移传感器10均为非接触式位移传感器，所述上表面位移传感器3拾取混凝土基础表面的位移信号，所述下表面位移传感器10拾取支撑底板9的位移信号。通过两位移信号，且混凝土基础的高度及体积已知，可得到地基土的体积。
进一步地，所述支撑底板9两侧设置有燕尾槽，所述地基基础箱6的侧壁设置有燕尾型导轨；所述燕尾槽与燕尾导轨适配；通过燕尾槽与燕尾型导轨，支撑底板与地基基础箱侧壁滑动连接。
进一步地，所述支撑底板的中心位置安装有土压力传感器。
进一步地，所述举升装置包括液压缸13，所述液压缸活塞（液压活塞12）与支撑底板9底部相连。
进一步地，所述上表面位移传感器通过螺钉安装在位移传感器装夹块2上，所述装夹块2与位移传感器支座1滑动连接；所述位移传感器支座1设置于地基基础箱6的顶部；且位移传感器支座1左右两端设置有限位挡块，用于防止上表面位移传感器滑出支座；且所述限位挡块与传感器支座通过螺钉可拆卸式连接。
更进一步地，所述传感器装夹块2沿长度方向上设置有横截面呈燕尾型的条状块，所述传感器支座上设置有燕尾槽，条状块与燕尾槽适配，两者滑动相连。
具体地，作为一种实施例：液压活塞12与液压缸13同心安装放置于地基基础箱6的底部，液压活塞12上部为支撑底板9，支撑底板9两侧留有燕尾槽，与支撑底板导轨8配合，在液压活塞上下运动过程中起到导向作用。
支撑底板9上部装有地基土，通过提升降支撑底板8控制土体的容积，从而控制地基土的密度。支撑底板9中心部位安装有土压力传感器11，用以检测土体压力值。土体上部分安装有混凝土基础5，混凝土基础5上部配有加速度传感器4，在混凝土基础5的上表面配有上表面位移传感器3，上表面位移传感器3安装在位移传感器装夹块2上，位移传感器装夹块与位移传感器支座1通过燕尾槽固定。
当需要更换混凝土基础5时，可将位移传感器装夹块滑至图1中地基基础箱6左壁的左极限位置，当放置好混凝土基础5后，在将移传感器装夹块滑至图1中地基基础箱6左壁的右极限位置，从而检测混凝土基础上表面的位移变化情况，通过上表面位移传感器3和下表面位移传感器10即可获知地基土的体积，在已知地基土质量的前提下，可完成地基土密度的计算。而得到地基土密度及土压力传感器拾取的地基土压力值；可模拟并还原施工现场的混凝土基础-土接触面的工况。使测量值与现场真实测量值相同。
具体计算过程如下。
第一步：利用加速度传感器4得到加速度信号
Figure 353600DEST_PATH_IMAGE001
。
第二步：利用线性方程组
Figure 107929DEST_PATH_IMAGE002
求解接触面参数刚度值
Figure 844941DEST_PATH_IMAGE003
和阻尼值
Figure 368326DEST_PATH_IMAGE004
，其中：
Figure 860487DEST_PATH_IMAGE005
（1）
Figure 102113DEST_PATH_IMAGE013
（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（3）
Figure 377236DEST_PATH_IMAGE008
（4）
Figure 83024DEST_PATH_IMAGE009
为多项式调制函数，
Figure 418191DEST_PATH_IMAGE010
为激振力。
第三步：将加速度传感器4采集到的加速度信号
Figure 147112DEST_PATH_IMAGE001
代入（2）、（3）、（4），将力锤14采集的激振力信号
Figure 225927DEST_PATH_IMAGE010
代入方程式（4），取
Figure 786221DEST_PATH_IMAGE011
，再将（2）、（3）、（4）对应的值代入线性方程组
Figure 557868DEST_PATH_IMAGE002
，得到：
Figure 698387DEST_PATH_IMAGE012
（5）
第四步：通过解线性方程组，即可得到接触面参数刚度值和阻尼值。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置，包括地基基础箱；其特征在于，所述地基基础箱内设置有支撑底板，该支撑底板将基础箱分为两部分空间，支撑底板上装有地基土，支撑底板下设置有举升装置，所述支撑底板与地基基础箱滑动连接；该举升装置通过提升降支撑底板控制土体的容积，从而控制地基土的密度；
所述支撑底板上安装有土压力传感器，用以检测土体压力值；
所述地基基础箱内、地基土上方设置有混凝土基础，混凝土基础上设置有加速度传感器；
还包括力锤，工作时，力锤锤击作用于混凝土基础，产生激振力；
在混凝土基础的上表面安装有上表面位移传感器；
在地基基础箱内、支撑底板下方设置有下表面位移传感器。
2.根据权利要求1所述的混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置，其特征在于：所述下表面位移传感器及下表面位移传感器均为非接触式位移传感器，所述上表面位移传感器拾取混凝土基础表面的位移信号，所述下表面位移传感器拾取支撑底板的位移信号。
3.根据权利要求1所述的混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置，其特征在于：所述支撑底板两侧设置有燕尾槽，所述地基基础箱的侧壁设置有燕尾型导轨；所述燕尾槽与燕尾导轨适配；通过燕尾槽与燕尾型导轨，支撑底板与地基基础箱侧壁滑动连接。
4.根据权利要求1所述的混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置，其特征在于：所述支撑底板的中心位置安装有土压力传感器。
5.根据权利要求1所述的混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置，其特征在于：所述举升装置包括液压缸，所述液压缸的活塞与支撑底板底部相连。
6.根据权利要求1所述的混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置，其特征在于：所述上表面位移传感器通过螺钉安装在位移传感器装夹块上，所述装夹块与位移传感器支座滑动连接；所述位移传感器支座设置于地基基础箱的顶部；且位移传感器支座左右两端设置有限位挡块，用于防止上表面位移传感器滑出支座；且所述限位挡块与传感器支座通过螺钉可拆卸式连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111177952A (zh) * 2020-03-05 2020-05-19 沈阳理工大学 混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置与方法
CN115615915A (zh) * 2022-12-19 2023-01-17 北京建筑大学 路面材料阻尼性能的测试方法及高阻尼路面材料的设计方法

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CN111177952A (zh) * 2020-03-05 2020-05-19 沈阳理工大学 混凝土基础-土接触面刚度和阻尼参数辨识装置与方法
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