[發(fā)明專利]用于結(jié)構(gòu)倒塌試驗(yàn)的振動(dòng)裝置

在審

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• 申請日: 2016-11-01
• 公開（公告）號: CN106596007A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李翔;顧祥林;侯永俊;楊紀(jì)芒;唐文豪
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01M7/04
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬土木工程領(lǐng)域，具體涉及一種用于結(jié)構(gòu)倒塌試驗(yàn)的振動(dòng)裝置。

背景技術(shù)

我國是地震多發(fā)國家，歷史上頻發(fā)地震災(zāi)害，造成人員傷亡慘重，建筑物破壞嚴(yán)重，這也使得分析地震破壞機(jī)制、提升建筑物抗震性能的研究迫在眉睫。由于這兩者的復(fù)雜性，僅以理論分析的方法還不能完全的摸清結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能、反應(yīng)過程和破壞機(jī)理，還需要通過試驗(yàn)研究結(jié)構(gòu)抗震性能。

在現(xiàn)有技術(shù)條件下，通過試驗(yàn)研究結(jié)構(gòu)抗震性能的方法主要有三種：第一種是擬靜力試驗(yàn)，目前多采用電液伺服系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)試件施加水平和豎向荷載，通過觀測結(jié)構(gòu)試件的變形和破壞過程來了解結(jié)構(gòu)的抗震性能，但這種方式不能真實(shí)模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)；第二種是模擬地震振動(dòng)臺試驗(yàn)，雖然該技術(shù)已經(jīng)日趨成熟并能模擬真實(shí)的地震作用，但振動(dòng)臺造價(jià)和使用的成本較高，研究多為單個(gè)模型的試驗(yàn)及分析。限于設(shè)備條件，振動(dòng)臺試驗(yàn)對象大多為縮尺模型，研究結(jié)果無法直接推算到彈塑性材料構(gòu)成的原型結(jié)構(gòu)。為了解決上述難題，第三種擬動(dòng)力試驗(yàn)方法結(jié)合了上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，利用現(xiàn)代試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，通過測定結(jié)構(gòu)受力過程中的剛度變化，實(shí)時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)所受荷載及位移，盡量真實(shí)模擬結(jié)構(gòu)在地震中的反應(yīng)。雖然擬動(dòng)力試驗(yàn)可對足尺結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，但其對試驗(yàn)加載裝置、結(jié)構(gòu)性能退化模型和計(jì)算分析系統(tǒng)均提出了很高的要求。

無論采用上述哪種方法，為確保設(shè)備安全，國內(nèi)外試驗(yàn)很少將足尺房屋結(jié)構(gòu)振倒并對試件破壞倒塌的過程進(jìn)行完整記錄。另外，經(jīng)檢索，國家知識產(chǎn)權(quán)局目前尚未公布相似的專利或有相似的專利申請，國外文獻(xiàn)也未見相似激振方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于結(jié)構(gòu)倒塌試驗(yàn)的振動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡單可靠，能夠滿足試驗(yàn)室的足尺房屋結(jié)構(gòu)的倒塌試驗(yàn)要求。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種用于結(jié)構(gòu)倒塌試驗(yàn)的振動(dòng)裝置，包括小車、彈簧組、驅(qū)動(dòng)裝置、限位裝置以及固定臺座，所述小車設(shè)置在固定臺座之間，小車兩側(cè)通過彈簧組與固定臺座相連，所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)小車至設(shè)定位置，產(chǎn)生初始位移，通過所述限位裝置把小車固定在設(shè)定位置，釋放限位裝置后，小車在彈簧組的作用下作水平往復(fù)振動(dòng)，通過改變彈簧組的抗拉剛度和小車的初始位移來調(diào)整小車的振動(dòng)頻率和振幅，從而獲取不同模擬條件下固定在小車上的試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膭?dòng)力反應(yīng)。

所述小車可根據(jù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)大小而調(diào)整尺寸：當(dāng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ头课萁Y(jié)構(gòu)尺寸變大時(shí)，小車的尺寸應(yīng)相應(yīng)地調(diào)大，當(dāng)試驗(yàn)的足尺房屋結(jié)構(gòu)尺寸變小時(shí)，小車的尺寸也相應(yīng)地調(diào)小。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述彈簧組包括至少一對相互并聯(lián)的彈簧，各彈簧的抗拉剛度可以相同也可以不同，根據(jù)試驗(yàn)需要選擇不同抗拉剛度的彈簧組成彈簧組，滿足足尺房屋結(jié)構(gòu)的倒塌試驗(yàn)要求。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述彈簧組對稱安裝在小車兩側(cè)。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括千斤頂，千斤頂驅(qū)動(dòng)小車至設(shè)定位移，控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼穹斎虢Y(jié)構(gòu)倒塌所需的能量。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述限位裝置包括鋼絲繩或鋼螺桿。

進(jìn)一步優(yōu)選，還包括花籃螺絲，用于連接彈簧組和固定臺座。調(diào)整花籃螺絲可控制小車振幅，減少或避免小車扭動(dòng)。

采用上述振動(dòng)裝置進(jìn)行倒塌試驗(yàn)的方法，包括以下步驟：

(1)將小車和固定在固定臺座上的彈簧組相連；

(2)依托固定臺座，安裝彈簧組，調(diào)節(jié)花籃螺絲使小車可沿水平方向振動(dòng)；

(3)將試驗(yàn)?zāi)Ｐ凸潭ò惭b在小車上；

(4)用驅(qū)動(dòng)裝置給小車施加初始位移，當(dāng)達(dá)到設(shè)定位置后，用限位裝置固定小車；

(5)撤去驅(qū)動(dòng)裝置；

(6)釋放限位裝置，小車及試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥魉酵鶑?fù)振動(dòng)；

(7)觀察和記錄試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膭?dòng)力響應(yīng)及其開裂倒塌過程。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述彈簧組和所述固定臺座通過花籃螺絲固定連接。

為了摸清足尺結(jié)構(gòu)的倒塌機(jī)理，本發(fā)明擬采用水平移動(dòng)小車和彈簧驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來制造一個(gè)倒塌試驗(yàn)振動(dòng)裝置。該裝置不僅簡單，還可以通過選擇彈簧組的剛度來控制系統(tǒng)振動(dòng)頻率，而且可以通過控制小車的初始位移來控制結(jié)構(gòu)振幅。這樣，小車上的模型房屋就能在不同初始條件下進(jìn)行抗震試驗(yàn)，在不同能量輸入的條件下結(jié)構(gòu)就可能出現(xiàn)開裂、破壞甚至倒塌的現(xiàn)象。該裝置簡單可靠，可拆卸移動(dòng)，能夠滿足試驗(yàn)室足尺結(jié)構(gòu)試件倒塌試驗(yàn)的需要。經(jīng)檢索，國家知識產(chǎn)權(quán)局目前尚未公布相似的專利或有相似的專利申請。國外文獻(xiàn)未見相似激振方法，本發(fā)明填補(bǔ)了國內(nèi)外空白，為結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)提供了一種簡便可行的振動(dòng)裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：