一种水下多点激励拟动力试验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种水下多点激励拟动力试验系统，其特征是设置由支座支承的盛有水体的透明水箱，水箱底板为平面结构；在水箱中设置悬浮在水体中的水中悬浮隧道模型；在水中悬浮隧道模型的下方呈水平设置激励机构，并用锚索连接激励机构与水中悬浮隧道模型；多组激励机构沿纵向间隔设置，锚索在各组激励机构与水中悬浮隧道模型上各激励点之间一一对应相连接，形成多点激励机构；设置驱动机构，用于驱动激励机构在横向、纵向和竖直方上的直线往复运动；纵向是指与水中悬浮隧道模型的轴线平行的方向。本实用新型专利技术既能满足大型结构模型尺寸方面的要求，又能够再现地震动和结构反应，为研究水下长细结构地震反应机制和抗震设计提供一个强有力的手段。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种水下多点激励拟动力试验系统，其特征是设置由支座支承的盛有水体的透明水箱，水箱底板为平面结构；在水箱中设置悬浮在水体中的水中悬浮隧道模型；在水中悬浮隧道模型的下方呈水平设置激励机构，并用锚索连接激励机构与水中悬浮隧道模型；多组激励机构沿纵向间隔设置，锚索在各组激励机构与水中悬浮隧道模型上各激励点之间一一对应相连接，形成多点激励机构；设置驱动机构，用于驱动激励机构在横向、纵向和竖直方上的直线往复运动；纵向是指与水中悬浮隧道模型的轴线平行的方向。本技术既能满足大型结构模型尺寸方面的要求，又能够再现地震动和结构反应，为研究水下长细结构地震反应机制和抗震设计提供一个强有力的手段。【专利说明】一种水下多点激励拟动力试验系统
本技术涉及一种拟动力实验系统，更具体地说是涉及一种水下模拟长细结构在地震作用下结构动力反应的试验系统。
技术介绍
近些年来，海洋资源的开采活动日益频繁，海底输油、气管道的数量以惊人的速度增加，海底油气管道的建设蓬勃发展。同时人们也将对于海洋的利用拓展到交通领域，水中悬浮隧道的研究开始步入人们的视野。与跨越江河湖海的其他交通方式相比，水中悬浮隧道有其独有的优势，例如运营期间不影响水路航运；能保护原有水域自然风光；不受恶劣气候的影响，保证交通全天候正常通行等。但是，外海地震频繁，尤其是近些年来世界各地地震海嘯的频频发生，给人类带来了极大的灾难，也逐渐引起了人们对海洋地震动力的关注和研究。外海地震所引起的地壳变化对于埋设在海床以下或裸露于海床表面的管线，潜在的危险性非常大。因此，研究水下长细结构在地震作用下的动力反应对于海洋工程建设具有非常重要的意义。由于地震机制和结构抗震性能的复杂性以及理论的局限性，仅从理论上分析还不能完全揭示结构在地震作用下的反应过程和破坏机理，特别是对大型复杂结构、超出抗震设计规范规定的结构和新型结构体系，实施前必须进行抗震实验研究。目前国内外陆地上模拟地震试验设备发展已相对比较成熟，现有的模拟地震平台、模拟地震屋等，多点地震输入采用一致的激励方式，在机械结构上实现水平方向筛动，垂直方向升降和震动，以模拟地震横波、纵波和震动效果，造价多达几千万。而对于水下长细结构在地震作用下的动力反应通常是采用理论方法进行研究，虽然目前已有极少数的高校建设有水下振动台，但只能实现同步一致地震输入，不能实现多点多维地震输入，同时由于台面几何尺寸和激励功能的限制，也只能进行缩尺的较短模型结构实验，而且造价昂贵。水中长细结构跨度大，锚固点之间距尚相对较大，地震输入呈现多点多维的特征。考虑空间效应的多点地震输入不同锚索处地震波呈现相位差异，且长细结构跨度相对空间较大，振动台实验模拟难度非常大，目前国内尚未见能够实现这一功能的试验设备。
技术实现思路
本技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种水下多点激励拟动力试验系统，既能满足大型结构模型尺寸方面的要求，又能够再现地震动和结构反应，为研究水下长细结构地震反应机制和抗震设计提供一个强有力的手段。本技术为解决技术问题采用如下技术方案:本技术水下多点激励拟动力试验系统的结构特点是:设置由支座支承的盛有水体的透明水箱，水箱底板为平面结构；在水箱中设置悬浮在水体中的水中悬浮隧道模型；在所述水中悬浮隧道模型的下方呈水平设置激励机构，并用锚索连接所述激励机构与水中悬浮隧道模型；多组激励机构沿纵向间隔设置，锚索在各组激励机构与水中悬浮隧道模型上各激励点之间一一对应相连接，形成多点激励机构；设置驱动机构，用于驱动所述激励机构在横向、纵向和竖直方上的直线往复运动；所述纵向是指与所述水中悬浮隧道模型的轴线平行的方向。本技术水下多点激励拟动力试验系统的结构特点也在于:所述激励机构为三层激励板，分别是在底部以弹簧支撑的下激励板、以配合设置的纵向滑轨和纵向滑块支撑在下激励板顶面上的中激励板，以及以配合设置的横向滑轨和横向滑块支撑在中激励板顶面上的上激励板；所述锚索定位连接在上激励板上；所述驱动机构对应于三层激励板独立设置各作动器，分别是用于驱动上激励板横向直线往复运动的横向作动器、用于驱动中激励板纵向直线往复运动的纵向作动器，以及用于驱动下激励板竖向往复运动的竖向作动器。在水箱底板上开设有窗口，上激励板置于所述水箱底板的窗口中，所述上激励板的周边与窗口的周边通过柔性聚合物连接件封闭连接；所述柔性聚合物连接件设置为波浪形，以使上激励板在窗口位置上具有横向、纵向和竖向的直线往复运动裕量；所述中激励板和下激励板，以及各作动器均处在水箱外部。本技术水下多点激励拟动力试验系统的结构特点还在于:所述纵向滑轨的横断面结构为:“T”形滑轨在两侧对称为以矩形边向内盘旋；所述纵向滑块以相应的形状与纵向滑轨形成套叠；所述横向滑轨的横断面结构为:“Τ”形滑轨在两侧对称为以矩形边向内盘旋；所述横向滑块以相应的形成与横向滑轨形成套叠。更进一步地:所述激励机构共有四组，从左往右依次为第一激励机构、第二激励机构、第三激励机构和第四激励机构，所述第一激励机构、第二激励机构的纵向作动器位于水箱左端，所述第三激励机构和第四激励机构的纵向作动器位于水箱右端；用于驱动第四激励机构的第四纵向作动器是通过直杆与所述第四激励机构中的下激励板联动；用于驱动第三激励机构的纵向作动器为同步动作的一对第三纵向作动器，设置“Y”形传动杆，所述“Y”形传动杆的直杆端与所述第三激励机构的下激励板相连接，“Y”形传动杆的“V”形杆端分别与所述一对第三纵向作动器相连接。更进一步地:设置限位结构，是在上激励板的侧部固定设置一碗形盖，在碗形盖的内部空腔中放置滑动板，滑动板的两侧板平面上分别呈阵列设置可定心滚动的钢球；与横向作动器相连接的传动杆固定连接在滑动板的外侧板平面上；碗形盖在沿横向作动器的作用方向上将滑动板抵于上激励板的侧部，避免滑动板在沿横向作动器的作用力方向上形成与上激励板之间的窜动；位于碗形盖中的滑动板能够在垂直于横向作动器的作用力方向的平面上任意平移；在碗形盖的盖板上开设足够大小的盖孔，与横向作动器相连接的传动杆贯穿盖孔，盖孔既满足滑动板在碗形盖中的平移，又要能保证滑动板与上激励板不脱离。与已有技术相比，本技术有益效果体现在:1、本技术既能满足大型结构模型尺寸方面的要求，又能够再现地震动和结构反应，为研究水下长细结构地震反应机制和抗震设计提供一个强有力的手段。2、本技术可用于实现水下多点差异输入地震模拟实验，在给定地震参数下，实现同步或异步位移加载，从而模拟定位在激励机构上的水下结构在地震波作用下的动力反应。3、本技术通过设置直线式电液伺服作动器，每个作动器可以由单片机单独控制，可实现同步或异步荷载和位移，不仅能够模拟固定在激励板上的水下结构在地震波作用下的动力反应，而且大大节省了试验成本。4、本技术系统可在一台计算机控制下根据需要对每个独立的控制系统设置控制参数，从而完成给定的波形试验。【专利附图】【附图说明】图1为本技术结构示意图；图2为本技术中锚索定位结构示意图；图3为本技术中上激励板与水箱底板之间连接结构示意图；图4为本技术中激励机构主视图；图5为本技术中激励机构侧视图；图6a为本技术纵向作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下多点激励拟动力试验系统，其特征是：设置由支座(1)支承的盛有水体的透明水箱(2)，水箱底板(15)为平面结构；在水箱(2)中设置悬浮在水体中的水中悬浮隧道模型(3)；在所述水中悬浮隧道模型(3)的下方呈水平设置激励机构(9)，并用锚索(6)连接所述激励机构(9)与水中悬浮隧道模型(3)；多组激励机构(9)沿纵向间隔设置，锚索(6)在各组激励机构(9)与水中悬浮隧道模型(3)上各激励点之间一一对应相连接，形成多点激励机构；设置驱动机构，用于驱动所述激励机构(9)在横向、纵向和竖直方上的直线往复运动；所述纵向是指与所述水中悬浮隧道模型(3)的轴线平行的方向。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董满生，王利娜，林志，蒋树屏，李科，徐忠江，唐飞，逄焕平，侯超群，孙志彬，
申请(专利权)人：合肥工业大学，招商局重庆交通科研设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34