[發明專利]一種模擬采空區建筑物不均勻沉降的實驗裝置及使用方法

有效

• 申請號: 201811452316.9
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109545069B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 劉書賢;聶偉;路沙沙;白春;劉書波;張春華;梁天寶
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G09B25/04
• 分類號: G09B25/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李運萍

本發明為一種模擬采空區建筑物不均勻沉降的實驗裝置及使用方法，包括振動臺、H型鋼、施加裝置、銜接裝置、加密鋼筋組件、限位組件、數據采集系統和振動系統，振動臺上頂板上表面固定安裝有H型鋼。該發明裝置通過利用振動臺分析地震和開采沉陷變形對建筑物的耦合作用；調整煤礦采動作用施加裝置的高度，通過實驗室中四種不同工況的混凝土框架模型實現開采沉陷變形的模擬，再通過振動臺輸入地震波，對模型進行抗震?抗開采沉陷變形性能分析，尤其涉及采動區建筑物抗震性能裂化分析模擬實驗中的應用，并且解決了煤炭采動作用施加裝置與混凝土柱子之間材料性質差異較大，無法進行焊接，不能重復使用煤礦采動作用施加裝置的問題。

技術領域

本發明涉及采動區建筑物抗震性能裂化分析模擬技術領域，具體為一種模擬采空區建筑物不均勻沉降的實驗裝置及使用方法。

背景技術

隨著礦區經濟的發展，礦區地面建筑物在逐漸增多，建筑物下壓煤開采已成為許多礦區面臨的主要問題，嚴重制約著礦區的可持續發展，而且隨著煤炭開采面積和開采強度的不斷增加，礦區出現開采沉陷變形的面積也是隨著不斷地擴大，所涉及的環境污染問題也是不容小覷，如果涉及到“三下壓煤”(建筑物下、道路與鐵路下、水體下)問題，所造成的危害及破壞就更大，而且煤炭開采后所形成的煤礦采空區對于地面建筑也是一個極大的潛在威脅：煤礦開采引起的地表移動變形，不僅會嚴重降低和破壞建筑物的抗震性能，而且發生地震時地面極容易出現裂縫和塌陷。為了最大限度的保證地震發生時礦區地面建筑的抗震安全性，有必要對煤礦采空區及地面建筑的地震安全性開展研究；

采動區建筑物保護是一個涉及采礦工程、結構工程、防災減災工程等多學科的綜合性、交叉性問題,采動區建筑物的變形損壞是由于采空區上的土層變形與建筑的基礎變形不協調,從而產生附加應力而引起的建筑物傾斜、出現裂縫等一系列問題；通過對唐山、大同等礦區的調查表明：煤炭開采活動明顯改變了煤礦采動區周圍的地震波動場；煤礦采空區會加重地震的破壞，地震對礦區地下結構及地面建筑的破壞更為嚴重。目前的采礦地下結構的設計中沒有考慮到地震載荷的作用，且我國尚未有地下結構的抗震設計規范；而對礦區建筑物的設計工作，沒有較好的將建筑物的抗震性能設計與抗變形設計統一起來，所以多數振動臺實驗只是單獨的研究模型在地震作用下的動力響應。

發明內容

本發明的目的在于提供一種模擬采空區建筑物不均勻沉降的實驗裝置及使用方法，本發明通過利用振動臺分析地震和開采沉陷變形對建筑物的耦合作用；調整煤礦采動作用施加裝置的高度，通過實驗室中四種不同工況的混凝土框架模型實現開采沉陷變形的模擬，再通過振動臺輸入地震波，對模型進行抗震-抗開采沉陷變形性能分析，尤其涉及采動區建筑物抗震性能裂化分析模擬實驗中的應用，并且解決了煤炭采動作用施加裝置與混凝土柱子之間材料性質差異較大，無法進行焊接，不能重復使用煤礦采動作用施加裝置的問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種模擬采空區建筑物不均勻沉降的實驗裝置，包括振動臺、H型鋼、施加裝置、銜接裝置、加密鋼筋組件、限位組件、數據采集系統和振動系統，振動臺上頂板上表面固定安裝有H型鋼，H型鋼上翼緣的上表面設有施加裝置；

所述施加裝置包括千斤頂、數字顯示位移傳感器和數控操作系統，千斤頂上表面通過銜接裝置固定安裝有加密鋼筋組件，且數字顯示位移傳感器固定安裝在靠近千斤頂輸出端一側的銜接裝置上，所述數字顯示位移傳感器和數控操作系統之間電連接，且與外接電源電連接，所述加密鋼筋組件上側澆筑有立柱，立柱上設置有數據采集系統；

所述振動系統包括振動發生器和振動控制儀，且振動臺上頂板、振動發生器和振動控制儀依次電連接，且與外接電源電連接；

所述數據采集系統包括數據采集傳感器和動靜態采集儀，且數據采集傳感器固定安裝在所述立柱外側壁上，所述數據采集傳感器和動靜態采集儀電連接，且與外接電源電連接。