一種用于土工離心試驗的振動臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土工離心試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于土工離心試驗的振動臺，尤其是一種在土工離心試驗中模擬地震振動的實驗裝置，所述實驗裝置尤其可用于在土工離心試驗中模擬地震的局部區(qū)域相對運動的情況。
【背景技術(shù)】
[0002]土工離心試驗是將I/η比例尺的模型置于土工離心機中，在ng離心加速度的空間進行試驗。由于離心加速度所產(chǎn)生的離心力場與重力場在一定條件下基本等效，且通常情況下加速度對工程材料性質(zhì)的影響很小，從而使模型和原型的應(yīng)力、應(yīng)變相等，變形相似，破壞機理相同，能再現(xiàn)原型特征。
[0003]離心動力模型試驗是近年來發(fā)展較快的一項技術(shù)。隨著大型振動臺及其自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在離心模擬技術(shù)中的發(fā)展，使得利用離心機研究土工抗震問題成為可能。如香港科技大學(xué)建成的400g.t的土工離心機，配有水平雙向液壓振動臺及離心機專用四軸機器人。這套系統(tǒng)基本上可以模擬各種水平方向的地震情況。
[0004]在地球內(nèi)部傳播的地震波分為縱波和橫波。振動方向與傳播方向一致的波為縱波(P波)。來自地下的縱波引起地面上下顛簸振動。振動方向與傳播方向垂直的波為橫波(S波)。來自地下的橫波能弓I起地面的水平晃動。
[0005]例如，中國專利申請CN 200910066560.6公開了一種水平雙向地震模擬振動臺綜合系統(tǒng)，其模擬的就是地震水平方向的振動，例如中國專利申請CN 201310491139.6公開了一種雙臺面大位移三軸六自由度地震模擬振動裝置及方法，該現(xiàn)有技術(shù)中提供的振動裝置模擬的也是地震水平方向的振動。中國專利申請CN 201110139990.3中所公開的離心機用振動臺比上述現(xiàn)有技術(shù)更近了一步，該現(xiàn)有技術(shù)的振動臺能夠同時模擬地震的水平和垂直雙方向的振動，從而可以獲得更真實的地震實驗效果。
[0006]從上述現(xiàn)有技術(shù)可見，現(xiàn)有的地震模擬實驗裝置仍然處于簡單模擬地震振動的狀態(tài)，實驗時整個地震模型設(shè)置在振動臺的一體化臺面上，通過振動臺的動力裝置推動整個臺面作水平方向的前后左右運動，或者推動整個臺面作垂直方向的上下運動，整個地震模型會隨著臺面的水平和垂直運動一起運動。由于實驗平臺的體積所限，單個實驗平臺最大的臺面也很少有超過20mX 15m的，因而地震模型的整體尺寸也不會太大，因此這樣的實驗只能通過模擬獲得整個模型受到劇烈振動之后的整體地震數(shù)據(jù)，低震級的輕微振動由于模型尺寸太小，因而在模型尺度范圍上對整個模型的影響極小，而且由于地震模型是整體運動的，也無法模擬局部區(qū)域的相對運動所帶來的地震影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于土工離心試驗的振動臺，以減少或避免前面所提到的問題。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于土工離心試驗的振動臺，用于在土工離心試驗中對土工模型進行地震振動模擬試驗，所述振動臺設(shè)置在模型箱中承載所述土工模型，所述模型箱放置于土工離心機的吊籃中，所述振動臺包括支撐所述土工模型的臺面，設(shè)置在所述臺面下方的支撐架以及位于所述支撐架下方的與所述模型箱固定連接的支撐板;所述臺面由多個結(jié)構(gòu)相同的動作單元拼接而成，每個所述動作單元下方均設(shè)置有一個對應(yīng)的驅(qū)動機構(gòu)，每個所述驅(qū)動機構(gòu)均設(shè)置在所述支撐架內(nèi)部相互分隔的獨立的容納空間中；所述吊籃內(nèi)設(shè)置有一個控制單元，所述控制單元與所述驅(qū)動單元連接，所述控制單元可獨立控制每個所述動作單元垂直于所述臺面上下運動。
[0009]優(yōu)選地，所述動作單元包括一個水平臺板，所述水平臺板的下方設(shè)置有一個磁導(dǎo)桿，所述驅(qū)動單元為圍繞所述磁導(dǎo)桿設(shè)置的電磁線圈。
[0010]優(yōu)選地，所述水平臺板呈矩形結(jié)構(gòu)，所述水平臺板的四個角的下方均設(shè)置有一個導(dǎo)向桿，所述支撐架上設(shè)置有與所述導(dǎo)向桿結(jié)構(gòu)相匹配的導(dǎo)向孔。
[0011]優(yōu)選地，所述水平臺板呈正六邊形結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選地，所述支撐架進一步設(shè)置有供所述磁導(dǎo)桿穿過的通孔。
[0013]優(yōu)選地，所述臺面和所述土工模型之間設(shè)置有柔性的隔離墊。
[0014]優(yōu)選地，所述水平臺板為圓形。
[0015]優(yōu)選地，所述支撐架可拆卸地安裝在所述支撐板上，所述支撐架和所述支撐板之間設(shè)置有防水墊片。
[0016]本發(fā)明所提供的用于土工離心試驗的振動臺，提供了由多個動作單元拼接而成的支撐模型的臺面，每個動作單元可以在控制單元的控制下獨立地垂直于臺面上下運動，從而能夠直接對其所支持的地震模型的土體部分進行局部作動，通過對模型土體進行分離的連續(xù)作用，可使模型土體直接產(chǎn)生真實的剪切效果，且可任意選擇對模型的位置進行起始作動，從而可很好的在土工離心試驗中對地震造成的土體作用進行模擬。
【附圖說明】
[0017]以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
[0018]圖1顯示的是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的一種用于土工離心試驗的振動臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019I圖2顯示的是圖1的振動臺的原理示意圖；
[0020]圖3顯示的是圖2的振動臺的分解結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4顯示的是圖3的振動臺的一個動作單元的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。其中，相同的部件采用相同的標(biāo)號。
[0023]圖1顯示的是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的一種用于土工離心試驗的振動臺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2顯示的是圖1的振動臺的原理示意圖。如圖1-2所示，本發(fā)明提供了一種用于土工離心試驗的振動臺500，用于在土工離心試驗中對土工模型80進行地震振動模擬試驗，其中，振動臺500設(shè)置在模型箱91中承載土工模型80，模型箱91放置于土工離心機的吊籃90中。圖1中虛線部分顯示的是吊籃90在土工離心試驗過程中，吊籃90在高速轉(zhuǎn)動下的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0024]圖2中，振動臺500包括支撐土工模型80的臺面20，設(shè)置在臺面20下方的支撐架I以及位于支撐架I下方的與模型箱91固定連接的支撐板30。進一步地，臺面20由多個結(jié)構(gòu)相同的動作單元2拼接而成，每個動作單元2下方均設(shè)置有一個對應(yīng)的驅(qū)動機構(gòu)11。吊籃90內(nèi)設(shè)置有一個控制單元70，控制單元70與驅(qū)動單元11連接，控制單元70可獨立控制每個動作單元2垂直于臺面20上下運動。
[0025]支撐板30與模型箱91可通過螺栓或者榫槽結(jié)構(gòu)固定連接，這樣可確保土工離心機高速運行時，支撐板30不產(chǎn)生位移。
[0026]本發(fā)明所提供的技術(shù)方案與【背景技術(shù)】所提及的模擬地震的裝置的最大不同點在與，現(xiàn)有技術(shù)方案中，土工模型放置在一個一體化臺面上，在模擬過程中，模型隨著所述一體化臺面晃動，而本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，土工模型80放置在臺面20上，每個動作單元2可以獨立地垂直于臺面20上下運動，也就是說每個動作單元2能夠直接對其所支持的土工模型80的土體部分進行作動，相鄰的動作單元2之間的最小間隙為0.1mm，這樣一方面可保障相鄰的動作單元2不相互干涉，另一方面可盡量減小相鄰的動作單元2之間的間隙處土體的遺撒。
[0027]控制設(shè)備70設(shè)置在吊籃90內(nèi)，可簡化對土工離心機的布線要求。控制設(shè)備70可以是單片機或者工控機，其可以通過預(yù)設(shè)程序，控制每個動作單元2運行，從而實現(xiàn)每個動作單元2按照一定的頻率進行垂直移動，也就可使得相鄰的動作單元2的移動組合來實現(xiàn)正弦波或其他波形的振動模擬。由于每個動作單元2能夠直接對其所支持的模型的土體部分進行作動，因此可直接模擬出縱波(P波)，而土體之間在剪切作用下產(chǎn)生的水平向位移又可真實模擬出橫波(S波)，也就是說，本發(fā)明的技術(shù)方案可直接使模型土體產(chǎn)生真實的剪切效果，且可任意選擇對土工模型的局部位置進行起始作動，從而可很好的對地震造成的土體作用，特別是地震局部區(qū)域的運動情況進行模擬。
[0028]由于當(dāng)土工離心機運行在高g值時(例如運行在40g