CN104849011A - 水下地震模拟振动台台阵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下地震模拟振动台台阵，该台阵包括设置在动力基础上的台阵底座以及设置在台阵底座上的深水池，所述的深水池内设置两个子振动台台面，所述子振动台台面的下部设置有水平向作动器和竖直向作动器以及通过静压支撑设置的导向装置；所述深水池的一侧设置有反力墙，其另一侧设置有连接油泵站和蓄能组的输油管道，其内侧设置有造波机群；所述反力墙的底部和深水池的下部分别设置有人孔。其优点是：可进行波浪、水流耦合地震激励下大型工程结构的动力试验并实现多点、多维地震和波流动力的耦合作用，具备长周期、大位移及高频地震特性及较高的可操作性，实现双子台的同步/异步控制以及波浪、海流的生成与振动台阵激励的同步与异步控制。
Description
技术领域
本发明涉及土木、水利和海洋工程技术，更具体地说，本发明涉及一种水下地震模拟振动台台阵。
背景技术
1970年，美国加利福尼亚大学伯克利分校建成世界上第一座地震模拟振动台，掀开了工程抗震研究物理试验模拟的新篇章。迄今为止，全球已有单台振动台60多座，主要分布在日本、中国和美国，其中日本拥有的地震模拟振动台规模最大，数量最多。
我国于上世纪80年代初期开始研制地震模拟振动台。1985年，我国第一座大型三向六自由度模拟地震振动台(5m×5m)由中国水利水电科学研究院建成。中国地震局工程力学研究所则于1983年研制成功第一台3m×3m单水平向振动台，并于1988年研制成功5m×5m双水平向大型振动台，后又于1997年建成当时我国最大的三向六自由度振动台。2004年，中国建筑科学研究院建成目前我国最大型的三向六自由度模拟地震振动台(6m×6m)。直至目前，我国已经建成或正在研制的模拟地震振动台约有20座。
对于建工行业来说，大型桥梁、体育场馆、生命线管线、水电站水坝、隧道等建筑结构，其特点是尺度大、跨越范围广，结构的各部位受地震作用均有所区别，进行地震模拟试验时需要多点不同步的输入地震波，因而，仅靠单纯增大台面尺寸的单台模拟地震振动台难以满足地震模拟试验的研究要求。而在目前我国大型工程结构的安全性和可靠性研究中，迫切需要开展考虑地震和水体耦合动力影响的强震试验研究，以满足地震、波浪、海流耦合激励下对大比例尺试验条件的特殊要求，从而实现对大型土木、水利和海洋工程及相关基础设施的地震灾害过程及结构受地震、波浪、海流等复杂动力效应的影响程度进行物理试验模拟试验平台。但现有的水下地震模拟地震台均为单个振动台，无法考虑多点多维地震和波流动力耦合作用。
为了解决这一问题，本领域技术人员开始研制可实现多点地震动不同步输入的模拟地震振动台台阵，即增加单台振动台的数量使之形成振动台台阵。然而，已建成的各种振动台台阵试验系统，均无法模拟波浪、水流，故无法进行波浪、水流耦合地震激励下大型工程结构的动力试验，并且在考虑空间多点多维强震激励和流固耦合动力效应时，也都存在不符合实际工况要求或只适于单一工况等问题。
发明内容
本发明的目的就是克服以上现有技术不足，并为此提供一种水下地震模拟振动台台阵，从而解决现有的地震模拟地震台台阵由于无法模拟波浪、水流，致使无法进行波浪、水流耦合地震激励下大型工程结构动力试验的问题。
本发明的技术方案是：
一种水下地震模拟振动台台阵，包括设置在动力基础上的台阵底座，所述台阵底座的上部设置有其底面开有进/泄水孔与安装孔的深水池，所述的深水池内设置有两个振动台安装槽，两个所述的振动台安装槽上分别通过密封系统设置有与所述的深水池底面相连的子振动台台面，所述子振动台台面的下部设置有水平向作动器和竖直向作动器以及通过静压支撑设置的导向装置，所述深水池的一侧设置有反力墙，所述深水池的另一侧设置有连接油泵站和蓄能组的输油管道，所述深水池的内侧设置有造波机群，所述反力墙的底部和深水池的下部分别设置有人孔。
在以上设置中：
两个所述的子振动台均为相同性能、规格的三向六自由度地震模拟振动台。
所述深水池下方的动力基础中预留储水槽。
构成所述造波机群的造波机为推板式造波机。
所述的造波机群产生的波高为±0.5m。
所述的造波机群为两组单台造波机组成，其中一组沿所述深水池的长轴向池壁等间距布置，另一组沿所述深水池的短轴向池壁等间距布置。
本发明克服了现有技术的诸多缺点与不足，其有益效果是：
(1)可以进行波浪、水流耦合地震激励下大型工程结构的动力试验；
(2)可以实现多点、多维地震和波流动力的耦合作用；
(3)基于新型的宽频激振系统，具备长周期、大位移及高频地震特性；
(4)基于低时滞同步/异步自适应控制系统，可以实现双子台的同步/异步控制以及波浪、海流的生成与振动台阵激励的同步与异步控制；
(5)具有稳定性、可靠性、简洁性和较高的可操作性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图2的A-A剖面图；
图4是图2的B-B剖面图。
图中标记：1、子振动台台面；2、油泵站；3、蓄能组；4、输油管道；5、双向造波机；6、深水池；7、反力墙；8、密封系统；9、进/泄水孔；10、安装孔；11、振动台安装槽；12、水平向作动器；13、竖直向作动器；14、导向装置；15、静压支撑；16、储水槽；17、人孔。
具体实施方式
为了使本发明的优点和特征更容易被清楚理解，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作以详细说明。
图1、图2分别以立体图和俯视图的形式示意了本发明的结构。
参见图1、图2，本发明的水下地震模拟振动台台阵，包括设置在动力基础上的台阵底座，所述台阵底座的上部设置有深水池6，所述深水池6的底面开有进/泄水孔9与安装孔10，还设置有两个用于安装子振动台的振动台安装槽11，两个所述的振动台安装槽11上分别通过密封系统8安装有与所述的深水池6底面相连的子振动台台面1，所述子振动台台面1的下部设置有可使其水平振动的水平向作动器12；所述深水池6的一侧设置有反力墙7，所述深水池6的另一侧设置有连接油泵站2和蓄能组3的输油管道4，所述深水池6的内侧设置有用于生成波浪荷载等动水工况的造波机群5。
图3、图4分别通过剖面图的形式示意了本发明的结构的内部情况。
参见图3、图4，所述子振动台台面1的下部还设置有可使其竖向振动的竖直向作动器13以及通过静压支撑15予以支撑的导向装置14，所述反力墙7的底部和深水池6的下部分别设置有便于维护人员工作的人孔17。
两个所述的子振动台均为三向六自由度地震模拟振动台，且两者的性能与规格完全相同。
所述深水池6的尺寸可以根据实际需要任意设置，图示实施例中将其尺寸设置为：长20m、宽10m、深3m。
所述深水池下方的动力基础中可以预留多个长方体的储水槽16，图示实施例中为6个。
所述造波机群5的造波能力可产生波高±0.5m的规则波、随机波、海啸波和用户自定义波形等水动力工况。
本发明中的两个独立子振动台均可实现一般振动台的振动测试，并可结合所述的反力墙7等辅助装置用于子结构测试。
当在本发明中所述的深水池6内蓄水后，可用于测试结构——水动力耦合条件下结构的空间多点、多维强震动态行为，并可与所述的造波机群5协同工作，形成地震、波浪、水流耦合动力效应影响下的结构模拟试验；如果不在所述的深水池6中蓄水，则可用于无水动力环境中大跨度结构的空间多点、多维振动行为研究，还可结合所述的反力墙7进行对称/反对称复杂边界条件的动力子结构等试验。
本发明中的造波机群5可根据需求任意分组并自由布置，即可安装在所述深水池6的一个池壁，也可安装在所述深水池6的两个池壁。附图实施例中的造波机群5由2组分别沿所述深水池6的长轴向池壁和短轴向池壁布置的单台造波机组成，其中沿长轴向池壁布置的一组为等间距安装的10台造波机，沿短轴向池壁布置的一组为等间距安装的5台造波机。
本发明中的储水槽16用于在密封系统失效时紧急蓄水，以保障所述水平向作动器12和竖直向作动器13的作动安全。
本发明的水下地震模拟振动台台阵配有数字式电液伺服控制系统，并具有离线迭代和在线迭代两种控制方式，可实现三参数控制。即：在整个工作频率范围内，通过控制所述的油泵站2向所述的蓄能组3及水平向作动器12和竖直向作动器13输送液压油，从而对振动台台阵的各个自由度同时进行位移、速度和加速度的自适应控制和输入控制，使之产生试验要求的位移、速度和加速度，同时，所述的电液伺服控制系统还可以控制伺服电机驱动推板式造波机群5，以形成试验要求的水流、波浪及海啸等工况，解决了现有的各种振动台台阵试验系统均无法模拟波浪、水流以至无法进行波浪、水流耦合地震激励下大型工程结构动力试验的问题。
以上参照附图和实施例，对本发明的技术方案进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的技术人员应能理解，在实际应用中，本发明中各个技术特征均可能发生某些变化，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。特别需要指出的是：只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的细节变化或相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水下地震模拟振动台台阵，包括设置在动力基础上的台阵底座，其特征在于：所述台阵底座的上部设置有其底面开有进/泄水孔与安装孔的深水池，所述的深水池内设置有两个振动台安装槽，两个所述的振动台安装槽上分别通过密封系统设置有与所述的深水池底面相连的子振动台台面，所述子振动台台面的下部设置有水平向作动器和竖直向作动器以及通过静压支撑设置的导向装置，所述深水池的一侧设置有反力墙，所述深水池的另一侧设置有连接油泵站和蓄能组的输油管道，所述深水池的内侧设置有造波机群，所述反力墙的底部和深水池的下部分别设置有人孔。
2.根据权利要求1所述的水下地震模拟振动台台阵，其特征在于：两个所述的子振动台均为相同性能、规格的三向六自由度地震模拟振动台。
3.根据权利要求1所述的水下地震模拟振动台台阵，其特征在于：所述深水池下方的动力基础中预留储水槽。
4.根据权利要求1所述的水下地震模拟振动台台阵，其特征在于：构成所述造波机群的造波机为推板式造波机。
5.根据权利要求1所述的水下地震模拟振动台台阵，其特征在于：所述的造波机群产生的波高为±0.5m。
6.根据权利要求1所述的水下地震模拟振动台台阵，其特征在于：所述的造波机群为数个单台造波机组成，数个所述的单台造波机沿所述深水池的池壁等间距布置。
7.根据权利要求1所述的水下地震模拟振动台台阵，其特征在于：所述的造波机群为两组单台造波机组成，其中一组沿所述深水池的长轴向池壁等间距布置，另一组沿所述深水池的短轴向池壁等间距布置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150819 |