CN210487213U - 一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置 - Google Patents
一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN210487213U CN210487213U CN201921628430.2U CN201921628430U CN210487213U CN 210487213 U CN210487213 U CN 210487213U CN 201921628430 U CN201921628430 U CN 201921628430U CN 210487213 U CN210487213 U CN 210487213U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- model
- suspension
- soil
- shaking table
- simulation device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 4
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 11
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 10
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims description 5
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，通过钢架垫座支撑悬浮管道模型，使其两端位于岩土中受到地震作用，中部位于水中受到水动力作用，可以实现对悬浮隧道在地震和水动力耦合作用下的结构动力响应过程进行模拟；模拟装置通过两个振动台，可以实现差动模拟；模拟装置中，悬浮管道模型处于悬浮状态可以更加准确地模拟悬浮隧道实际运营时的状态；模拟装置采用索弹簧模型可以更准确地实现对锚索的弹性模拟。本实用新型可以合理准确地同时模拟地震运动与流致振动。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木、水利等模拟试验技术，特别涉及一种适用于悬浮式隧道地震和流致振动复合模拟的试验装置。
背景技术
我国的交通发展取得了巨大进步，陆地和空中的交通建设给人们出行带来了极大便利。然而，如何快速跨越复杂水域成为另一个交通发展难题。近年来，随着传统桥梁和水下隧道的建设，水域环境和地质条件越来越复杂，传统建设工法在复杂水域面临着巨大的挑战，需要不断突破和创新。与传统桥梁和水下隧道相比，悬浮隧道在环境保护、恶劣气候影响、冲击荷载影响、对海上运输干扰等方面有明显优势，其作为一种跨越复杂水域的全新水下隧道概念结构已成为全球交通建设研究热点。
以往悬浮隧道研究中，世界各国研究者的工作主要涵盖了悬浮隧道的工程概念设计、结构动力分析理论和模型试验等方面。悬浮隧道作为一种新型水中跨越交通结构，开展不同比尺的模型试验对悬浮隧道的实际运营是极其必要的。与地面结构物所处环境不同，水中悬浮隧道除了承受自重和车辆载荷以外，还受到浮力、波浪、海流、地震等各种环境动力荷载的作用。研究悬浮隧道在复杂环境作用下的动力响应，已成为研究悬浮隧道安全性、稳定性的重点。悬浮隧道作为大跨柔性结构物，流致振动对其造成疲劳破坏程度的研究十分重要；而海底地震一旦发生，必然会对悬浮隧道带来巨大破坏力，故地震和流致振动对悬浮隧道的复合影响具有相当可观的研究价值。不过现有研究中，并没有具体的地震和水动力环境耦合作用下的模型试验及研究方法。
为此，有必要提出一种新的试验装置，在满足相似准则的前提下，可实现地震与流致振动复合作用下对悬浮隧道安全性和稳定性进行模拟研究。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可实现悬浮隧道在地震和流致振动复合作用下的试验模拟装置，该试验装置可同时模拟地震运动与流致振动。
本实用新型所采用的技术方案是：一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，包括：
悬浮管道模型；
水池，所述水池内设置有振动台基础，并在所述振动台基础上方充满水；所述振动台基础内设置有振动台安装空间；
振动台，所述振动台设置在所述振动台基础的振动台安装空间内；
作动器，所述作动器设置在所述振动台安装空间的侧壁和底面，并直接作用于所述振动台；
钢架垫座，所述钢架垫座设置在所述振动台上，用于支撑所述悬浮管道模型悬于一高度；
土箱，所述土箱设置在所述钢架垫座上；所述悬浮管道模型的两端分别位于所述土箱内受到地震作用，其余部分悬于水中受到水动力作用；
锚索模型，所述锚索模型设置在所述悬浮管道模型的底面与所述振动台基础之间；
索弹簧模型，所述锚索模型的一端通过所述索弹簧模型与所述悬浮管道模型连接，通过所述索弹簧模型模拟所述锚索模型本身弹性变形；以及，
土弹簧模型，所述锚索模型的另一端通过所述土弹簧模型与所述振动台基础连接，通过所述土弹簧模型模拟所述锚索模型与所述振动台基础之间的土体弹性变形。
进一步地，所述振动台的顶面和所述振动台安装空间的侧壁之间的空隙内设置有防水气枕，用于将所述水池内的水隔绝于所述振动台安装空间外，确保所述作动器正常工作。
进一步地，设置在所述振动台安装空间侧壁的所述作动器沿水平方向布置并沿所述振动台的四周布置；设置在所述振动台安装空间底面的所述作动器沿竖直方向布置。
进一步地，所述土箱包括箱体和填充在所述箱体内的模型土；所述箱体的内壁贴有阻尼材料，作为所述模型土的阻尼边界。
其中，所述箱体采用钢材制成，所述阻尼材料采用硅橡胶材料。
进一步地，沿所述悬浮管道模型的纵剖面对称设置有一对所述锚索模型，沿所述悬浮管道模型的纵向设置有若干对所述锚索模型。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，通过设计钢架垫座支撑悬浮管道，使其两端位于岩土中受到地震作用，中部位于水中受到水动力作用，可以实现对悬浮隧道在地震和水动力耦合作用下的结构动力响应过程进行模拟；该模拟装置设计了两个振动台，可以实现差动模拟；该模拟装置中，管道处于悬浮状态可以更加准确地模拟悬浮隧道实际运营时的状态；该装置采用索加弹簧模型可以更准确地实现对锚索的弹性模拟。一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置可以合理准确地同时模拟地震运动与流致振动，其为悬浮隧道真正实际使用时的安全性提供参考，可以降低或避免结构建设、运营中的风险，以及在提高抗震性能和削弱水流作用下的涡激共振和新结构形式方面为悬浮隧道的继续优化和开发提供思路。
附图说明
图1：本实用新型所涉及的悬浮式隧道示意图；
图2：本实用新型一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置正视图；
图3：本实用新型一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置剖面图；
图4：本实用新型的锚索模型示意图。
附图标注：1、悬浮管道模型；2、阻尼边界；3、模型土；4、土箱；5、钢架垫座；6、锚索模型；7、索弹簧模型；8、土弹簧模型；9、振动台；10、防水气枕；11、作动器；12、振动台基础；13、水池。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如附图1至图4所示，一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，包括悬浮管道模型1、土箱4、钢架垫座5、锚索模型6、索弹簧模型7、土弹簧模型8、振动台9、防水气枕10、作动器11、振动台基础12和水池13。
所述振动台基础12设置在所述水池13的底部，在所述振动台基础12上方充满水。所述振动台基础12内设置有两个振动台安装空间。所述振动台9设置有两个，分别安装在所述振动台基础12的振动台安装空间内，并且，所述振动台9的顶面和所述振动台安装空间的侧壁之间的空隙内设置有防水气枕10，用于将所述水池13内的水隔绝于所述振动台安装空间外，确保所述作动器11正常工作。所述作动器11设置在所述振动台安装空间的侧壁和底面，并直接作用于所述振动台9，其中，设置在所述振动台安装空间侧壁的所述作动器11沿水平方向布置并沿所述振动台9的四周布置；设置在所述振动台安装空间底面的所述作动器11沿竖直方向布置。两个所述振动台9上分别建立所述钢架垫座5，支撑所述悬浮管道模型1悬于一定高度。两个所述钢架垫座5上分别设置有所述土箱4，所述土箱4包括箱体和填充在所述箱体内的模型土3；所述箱体的内壁贴有阻尼材料，作为所述模型土3的阻尼边界2，可以起到缓冲消能作用，其中，所述箱体采用钢材制成，所述阻尼材料可采用高分子硅橡胶材料。所述悬浮管道模型1的两端分别位于所述土箱4内受到地震作用，其余部分悬于水中受到水动力作用。所述锚索模型6设置在所述悬浮管道模型1的底面与所述振动台基础12之间，沿所述悬浮管道模型1的纵剖面对称设置有一对所述锚索模型6，沿所述悬浮管道模型1的纵向设置有若干对所述锚索模型6；基于刚度相似，所述锚索模型6的一端通过所述索弹簧模型7与所述悬浮管道模型1连接，通过所述索弹簧模型7模拟所述锚索模型6本身弹性变形，所述锚索模型6的另一端通过所述土弹簧模型8与所述振动台基础12连接，通过所述土弹簧模型8模拟所述锚索模型6与所述振动台基础12之间的土体弹性变形。
在进行地震-流致振动复合试验时，流体采用重力相似准则设计，即水动力模拟环境下水体加速度比尺λa1＝λg1＝1，其中，λg1为水动力模拟环境下的重力加速度比尺，且由于水体材料不可更替，水体密度无法改变，即水体密度比尺λρ1＝1，则可得到流速比尺λv1＝λL 0.5，时间比尺λT1＝λL 0.5，流量比尺λQ1＝λL 2.5，其中，λL为悬浮管道模型1的几何比尺；悬浮管道模型1按水弹性相似设计，采用满足与原始悬浮隧道材料密度相同的加重橡胶作为悬浮管道模型1材料，即悬浮管道模型1材料密度比尺λρ2＝1，又水弹性模拟环境下悬浮管道模型1的加速度比尺λa2＝λg2＝1，其中，λg2为水弹性模拟环境下的重力加速度比尺，则悬浮管道模型1制作材料的弹性模量与原始悬浮隧道材料弹性模量的比例λE2＝λρ2λa2λL＝λL；围岩土体按弹性相似设计，模型土3的体积弹性模量与实际工程围岩土体体积弹性模量的比例λE3＝λk3λL 2，其中，k为体积弹性系数，λk3为体积弹性比尺；锚索基于相似刚度按索加弹簧模拟。
本实施例中，原型悬浮隧道长度为1200m，隧道直径为24m，隧道位于水下48m。本模型试验几何比尺为1:80，悬浮管道模型1长度为15m，悬浮管道模型1直径为0.3m，模拟最大水池13深度为3m。本例设有两个振动台9，其台面是边长为5m的正方形，两土箱4长度、宽度与高度分别为3m、1.5m、1.5m。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，其特征在于，包括：
悬浮管道模型(1)；
水池(13)，所述水池(13)内设置有振动台基础(12)，并在所述振动台基础(12)上方充满水；所述振动台基础(12)内设置有振动台安装空间；
振动台(9)，所述振动台(9)设置在所述振动台基础(12)的振动台安装空间内；
作动器(11)，所述作动器(11)设置在所述振动台安装空间的侧壁和底面，并直接作用于所述振动台(9)；
钢架垫座(5)，所述钢架垫座(5)设置在所述振动台(9)上，用于支撑所述悬浮管道模型(1)悬于一高度；
土箱(4)，所述土箱(4)设置在所述钢架垫座(5)上；所述悬浮管道模型(1)的两端分别位于所述土箱(4)内受到地震作用，其余部分悬于水中受到水动力作用；
锚索模型(6)，所述锚索模型(6)设置在所述悬浮管道模型(1)的底面与所述振动台基础(12)之间；
索弹簧模型(7)，所述锚索模型(6)的一端通过所述索弹簧模型(7)与所述悬浮管道模型(1)连接，通过所述索弹簧模型(7)模拟所述锚索模型(6)本身弹性变形；以及，
土弹簧模型(8)，所述锚索模型(6)的另一端通过所述土弹簧模型(8)与所述振动台基础(12)连接，通过所述土弹簧模型(8)模拟所述锚索模型(6)与所述振动台基础(12)之间的土体弹性变形。
2.根据权利要求1所述的一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，其特征在于，所述振动台(9)的顶面和所述振动台安装空间的侧壁之间的空隙内设置有防水气枕(10)，用于将所述水池(13)内的水隔绝于所述振动台安装空间外，确保所述作动器(11)正常工作。
3.根据权利要求1所述的一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，其特征在于，设置在所述振动台安装空间侧壁的所述作动器(11)沿水平方向布置并沿所述振动台(9)的四周布置；设置在所述振动台安装空间底面的所述作动器(11)沿竖直方向布置。
4.根据权利要求1所述的一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，其特征在于，所述土箱(4)包括箱体和填充在所述箱体内的模型土(3)；所述箱体的内壁贴有阻尼材料，作为所述模型土(3)的阻尼边界(2)。
5.根据权利要求4所述的一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，其特征在于，所述箱体采用钢材制成，所述阻尼材料采用硅橡胶材料。
6.根据权利要求1所述的一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置，其特征在于，沿所述悬浮管道模型(1)的纵剖面对称设置有一对所述锚索模型(6)，沿所述悬浮管道模型(1)的纵向设置有若干对所述锚索模型(6)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921628430.2U CN210487213U (zh) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921628430.2U CN210487213U (zh) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN210487213U true CN210487213U (zh) | 2020-05-08 |
Family
ID=70509221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201921628430.2U Active CN210487213U (zh) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN210487213U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110595713A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-20 | 天津大学 | 一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置 |
-
2019
- 2019-09-27 CN CN201921628430.2U patent/CN210487213U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110595713A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-20 | 天津大学 | 一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置 |
| CN110595713B (zh) * | 2019-09-27 | 2024-12-13 | 天津大学 | 一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110595713B (zh) | 一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置 | |
| CN110174227B (zh) | 地震与波流耦合作用下悬浮隧道动力响应试验装置及方法 | |
| Ding et al. | Underwater shaking table tests on bridge pier under combined earthquake and wave-current action | |
| Lin et al. | Vehicle-tunnel coupled vibration analysis of submerged floating tunnel due to tether parametric excitation | |
| Liu et al. | Joint earthquake, wave and current action on the pile group cable-stayed bridge tower foundation: an experimental study | |
| CN110108470B (zh) | 一种悬浮隧道物理模型试验装置及试验方法 | |
| Jin et al. | The effect of key design parameters on the global performance of submerged floating tunnel under target wave and earthquake excitations | |
| Chen et al. | Centrifuge shaking table study on the hydrodynamic effects on a pile foundation bridge pier in soft soil under earthquakes | |
| CN210487213U (zh) | 一种悬浮式隧道地震和流致振动复合试验模拟装置 | |
| Yan et al. | Experimental study on the dynamic responses of the end‐anchored floating bridge subjected to joint actions of earthquakes and water waves | |
| Won et al. | Vibration characteristics of submerged floating tunnels with suspension cables according to wave periods | |
| CN209927400U (zh) | 地震与波流耦合作用下悬浮隧道动力响应试验装置 | |
| Chamelia et al. | Dynamic response analysis on submerged floating tunnel due to hidrodynamic loads | |
| CN115758505A (zh) | 一种基于全局形函数的系泊系统求解方法 | |
| CN108731894A (zh) | 一种消除水下振动台防水扰动波的结构 | |
| Hajali et al. | Effects of near fault and far fault ground motions on nonlinear dynamic response and seismic improvement of bridges | |
| CN110889245B (zh) | 水力式升船机塔柱结构耦联体系流固耦合地震动响应分析方法 | |
| Yang et al. | Experimental and numerical analysis on the mooring tensions of the coupled tunnel-barge system in waves | |
| Wu et al. | An extended multiple-support response spectrum method incorporating fluid-structure interaction for seismic analysis of deep-water bridges | |
| Mascella | Global analysis of submerged floating tunnels under hydrodynamic loading | |
| Hou et al. | Analysis of the dynamic response of submerged floating tunnels to wave-induced loads, incorporating joint mechanical properties | |
| Nugraha et al. | Submerged Floating Tunnel Bridge (SFTB): A Status Report and Evaluation of Technology Readiness Level (TRL) | |
| Huang et al. | Effect Analysis of dynamic water pressure on dynamic response of offshore wind turbine tower | |
| CN219178869U (zh) | 一种过江通道锚固系统的超重力离心模型试验装置 | |
| Jin et al. | Dynamic Behaviors of a Floating Bridge with Mooring Lines under Wind and Wave Excitations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |