[發明專利]軟土地鐵結構振動臺成套試驗方法

無效

• 申請號: 201210138906.0
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102645310A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 楊林德;季倩倩;鄭永來;馬險峰;隋濤
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01M7/06
• 分類號: G01M7/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

1.一種軟土地鐵結構振動臺成套試驗方法，其特征在于包括振動臺模型試驗中模型箱內軟土的制備、模型箱的設計、典型地鐵車站結構及接頭結構的試驗模擬設計以及振動過程中結構的量測系統的設計；具體步驟如下：?

(1)振動臺模型試驗中模型箱內軟土的制備

振動臺模型試驗中模型箱內軟土的制備包括，模型土的取材與備料，模型土配制的基本控制指標，模型土配制及裝箱的方法；

模型箱土的取材與備料：即在取土時，盡量取原狀土將數量足夠的土體在空曠場地上平鋪攤開，剔除其中雜物，及將粘結在一起的土塊人工粉碎至小塊后，自然風干至不粘手為止，然后對其進一步碾輥粉碎至均勻細顆粒狀，過篩后成為可直接供配制模型土使用的材料；

試驗過程中注意了使備料妥善放置，使其免受雨水的影響，同時防止再次混入雜物；

模型圖配制的基本控制指標包括含水量的控制和模型土裝填密度的控制，根據前期研究的結果，本次試驗擬將模型土的含水率控制在30~33%之間、密度控制在1.90~1.92g/cm³范圍內；采用上述指標時，模型土的動力特性指標可符合本次振動臺模型試驗的要求，且模型土易于均勻拌制，并通過制作試樣測定模型土的動力特性；

(2)?模型箱的設計

地鐵車站結構振動臺試驗的模型箱由聚苯乙烯泡沫塑料板(1)、聚氯乙烯薄膜(2)、角鋼支撐(3)、木板(4)、振動臺(5)和角鋼斜支撐(6)組成，其中：聚苯乙烯泡沫塑料板(1)設置在在水平振動方向垂直的方向上，作為模型箱的內壁均襯，厚度為175mm；聚氯乙烯薄膜(2)設置在順沿水平振動的方向上，作為模型箱的內壁均襯，且均勻粘貼；角鋼支撐(3)和木板(4)組成模型箱剛性固定邊界，焊接熱軋邊角鋼制成支撐框架；振動臺(5)通常由振動臺臺面、基礎、泵源以及油壓分配系統、加振器、模擬信號輸出系統、數據采集系統和數據處理系統組成，并有臺面尺寸、最大載重量、振動方式、臺面最大加速度和頻率范圍主要指標；所述設備是由美國MTS公司生產的三向電液伺服驅動地震模擬振動臺，其性能參數為：

臺面尺寸??????????4.0m×4.0m

最大承載重????????15t

振動方式??????????X、Y、Z三向六自由度

臺面最大加速度????X向1.2g、Y向0.8g、Z向0.7g

頻率范圍??????????0.1~50Hz；

(3)?典型地鐵車站結構及接頭結構的試驗模擬設計

典型地鐵車站結構及接頭結構的試驗模擬技術主要包括模型設計的相似原則以及相似關系；

模型設計中據以確定相似關系的原則選為：

采用重力失真模型，將主要構件的幾何相似比及主要材料的彈性模量相似比和質量密度相似比作為模型設計的獨立參數；

土和結構遵循相同的相似比例關系，使土—結構模型系統可在一定程度上反應原型系統的土與結構相互作用的特性；

確定模型相似關系時同時考慮振動臺的性能、制作模型的條件、試驗室起吊設備的能力和模型安裝工藝要求因素對試驗實施的制約；

?????相似關系見表1：

表1?模型相似系數及其相互關系表

物 理 量符號及關系式相似系數物 理 量符號及關系式相似系數應 ???變1位 ???移1/30長 ???度1/30時 ???間0.0745質量密度1頻 ???率13.416彈性模量1/5應 ???力1/5質 ???量1/27000加 速 度6

(4)振動過程中結構的量測系統

試驗量測信息選為在振動臺激振過程中，記錄結構模型構件的應變值、模型土和結構的加速度值及模型土與結構之間的接觸壓力值，選用的傳感器分別為電阻應變傳感器、壓電式加速度傳感器及電阻應變片式土壓力盒；應變片的柵長為5×2m，型號為BCL120-10AA；壓電式加速度計的型號為CA-YD型；土壓力盒采用專供測量模型結構動態接觸壓力的BY-3型傳感器；

加速度傳感器大多直接埋置在模型土中，模型土含水量較高時可能不能正常工作，且加速度計的質量密度遠大于模型土的密度，在試驗過程中有可能出現與土耦合振動的情況，故需將其改裝；本次試驗采用的改裝方法為陳躍慶提出的方法，即將加速度計粘貼在采用有機玻璃制作的密閉盒中，尺寸依據使經改裝后盒子的加速度的當量質量密度與同體積模型土的質量密度相等的原則確定。