[發(fā)明專利]一種可實(shí)現(xiàn)雙向高頻振動(dòng)的土-結(jié)構(gòu)接觸面剪切試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110206795.1
• 申請(qǐng)日: 2021-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN112858043B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜海波;陜耀;何超;狄宏規(guī);付龍龍;張小會(huì);葉偉濤;郭培軍;周順華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/24
• 分類號(hào): G01N3/24
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發(fā)明涉及一種可實(shí)現(xiàn)雙向高頻振動(dòng)的土?結(jié)構(gòu)接觸面剪切試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)單元、加載單元及測(cè)控單元，試驗(yàn)單元包括試驗(yàn)臺(tái)、設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)上的上剪切盒固定機(jī)構(gòu)、設(shè)置在上剪切盒固定機(jī)構(gòu)上的上剪切盒、設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)上的雙滑軌運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、設(shè)置在雙滑軌運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的托盤以及設(shè)置在托盤上并位于上剪切盒下方的結(jié)構(gòu)面板，加載單元包括分別與托盤相適配的X向音圈電機(jī)加載機(jī)構(gòu)、Y向音圈電機(jī)加載機(jī)構(gòu)以及與上剪切盒相適配的Z向加載機(jī)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了接觸面雙向高頻振動(dòng)與靜力剪切聯(lián)合加載、多響應(yīng)量同步采集，避免了剪切過程中上剪切盒與結(jié)構(gòu)面板產(chǎn)生摩擦，實(shí)現(xiàn)了高頻振動(dòng)過程中垂向壓力的穩(wěn)定施加。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土工試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可實(shí)現(xiàn)雙向高頻振動(dòng)的土-結(jié)構(gòu)接觸面剪切試驗(yàn)裝置，適用于研究振動(dòng)環(huán)境下散體材料(砂、礫石等)與連續(xù)體材料(混凝土、鋼材等)之間的接觸面力學(xué)特性，尤其可用于研究單/雙向高頻振動(dòng)聯(lián)合靜力剪切條件下的散體材料-連續(xù)體材料接觸面力學(xué)特性。

背景技術(shù)

軌道交通系統(tǒng)引發(fā)的振動(dòng)包含大量高頻成分。當(dāng)前，時(shí)速300km的既有高速鐵路系統(tǒng)中，高架橋橋墩頂振動(dòng)優(yōu)勢(shì)頻率達(dá)到250-350Hz^[1]，沿線地基中也存在大量高達(dá)60Hz的高頻振動(dòng)成分^[2][3]。地鐵運(yùn)行誘發(fā)的隧道壁振動(dòng)頻率集中在50Hz以上，更高頻成分甚至達(dá)到1000Hz^[4][5]。如此高頻的振動(dòng)傳遞至土-結(jié)構(gòu)接觸面時(shí)，會(huì)導(dǎo)致接觸面產(chǎn)生流化^[6]，從而導(dǎo)致承載力降低、結(jié)構(gòu)沉降增大等危害，直接威脅軌道交通結(jié)構(gòu)的服役安全。土-結(jié)構(gòu)接觸面在軌道交通系統(tǒng)中，尤其在其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中大量存在，如高鐵樁基的樁-土體接觸面、隧道結(jié)構(gòu)的隧道壁-土體接觸面。因此，研究高頻振動(dòng)下的土-結(jié)構(gòu)接觸面的力學(xué)特性具有十分重要的學(xué)術(shù)和工程意義。

目前，用于研究土-結(jié)構(gòu)接觸面力學(xué)特性的試驗(yàn)設(shè)備主要為直剪、單剪形式的接觸面剪切儀。公開號(hào)為CN102607966A的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種循環(huán)荷載作用大型接觸面特性直剪儀，其在直剪儀框架中引入了伺服電機(jī)和自動(dòng)升降機(jī)裝置，代替原有的垂向荷載施加裝置，實(shí)現(xiàn)了界面在法向循環(huán)荷載作用下的剪切特性試驗(yàn)研究。公開號(hào)為CN110174317A的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種接觸面雙向剪切試驗(yàn)裝置，其在傳統(tǒng)接觸面剪切儀基礎(chǔ)上，增設(shè)X/Y向剪切傳動(dòng)裝置、X/Y向推動(dòng)裝置和X/Y向移動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)了接觸面不同方向受力變形特性的試驗(yàn)研究。公開號(hào)為CN210376010U的中國(guó)實(shí)用新型專利公開了一種用于模擬動(dòng)力接觸問題的界面振動(dòng)單剪試驗(yàn)裝置，其采用了電磁式振動(dòng)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)接觸面施加高頻振動(dòng)的效果。

綜上所述，當(dāng)前的接觸面剪切儀已經(jīng)可以分別單獨(dú)實(shí)現(xiàn)法向低頻循環(huán)加載、雙向靜態(tài)剪切、切向單向高頻振動(dòng)加載的單一效果，還無法實(shí)現(xiàn)切向雙向高頻振動(dòng)聯(lián)合靜力剪切的加載方式，難以模擬軌道交通系統(tǒng)中土-結(jié)構(gòu)接觸面的真實(shí)受力情況。此外，切向高頻振動(dòng)引發(fā)法向慣性力導(dǎo)致的接觸面法向力波動(dòng)的問題，是本類型試驗(yàn)儀器亟需解決的另一個(gè)技術(shù)難題。

參考文獻(xiàn)：

[1]Feng SJ,Zhang XL,Wang L,et al.In situ experimental study on highspeed train induced ground vibrations with the ballast-less track[J].SoilDynamics and Earthquake Engineering,2017,102:195–214.

[2]Zhai W,Wei K,Song X,et al.Experimental investigation into groundvibrations induced by very high speed trains on a non-ballasted track[J].SoilDynamics and Earthquake Engineering,2015,72:24-36.

[3]李小珍,陳桂媛,朱艷,等.高速鐵路軌道-橋梁-土體系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞特性試驗(yàn)研究[J].振動(dòng)與沖擊,2019,38(17):58-64.