一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置及其调节方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置，包括底板、基座、剪切框架、桩基础及检测装置，所述基座上基座、第一滚珠和下基座，所述上基座和所述下基座之间通过所述第一滚珠连接，使得所述上基座可以旋转，用于调节桩基础与激振方向之间的夹角；所述剪切框架包括剪切框架单体和反力组件，通过反力组件中的电磁弹簧阻尼器提供反力作用，模拟层状地基土中的粘弹性边界条件，可以极大传统模型箱带来的边界效应对采集结果的影响，使测量结果更加精准。同时，本发明专利技术还提供一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置的调节方法，可以实时调节电磁弹簧阻尼器的刚度系数和阻尼系数，以适应不同强度的地震波。以适应不同强度的地震波。以适应不同强度的地震波。

【技术实现步骤摘要】
一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置及其调节方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程
，具体涉及一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置及其调节方法。

技术介绍

[0002]地震荷载引起的桩基础沉降、倾斜和桩身结构破坏，将影响上部结构的安全和正常使用。地震作用下桩基础在地基软硬土层界面处易出现剪弯破坏，对桩基础的正常使用带来了极大的挑战。因此，层状地基(特别是软硬互层地基)中桩基础地震动弯曲破坏及其性能评价是工程界十分关心的热点之一。层状地基中桩基振动台模型试验成为研究桩基动力特性响应的重要手段之一。通过测得的宝贵试验数据，可以对理论解和数值模拟结果的正确性进行验证。
[0003]相关技术中，振动台模型主要为层状叠环式模型箱，通过若干个独立的方框，方框间通过滚动轴承连接，层状叠环式模型箱可以减小模型箱带来的边界效应的影响，但其通过滑动轴承实现层间连接，在填筑试验用土过程中可能发生侧倾的现象，存在一定的试验安全隐患。受限于振动台振动方向的单一，上述模型箱无法模拟激振角度对桩基础的影响程度。此外，上述模型箱在振动过程中，地震波在模型边界易发生散射和折射现象，无法很好地模拟实际地层中粘弹性边界条件，可能对试验产生不可忽略的影响。因此，实有必要提供一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置及其调节方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是在于提供一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置及其调节方法，在模型边界上设置速度传感器监测土体边界法向速度和模型箱内部布置若干加速度传感器监测分层土体剪切波波速，通过计算程序实时计算边界弹簧刚度系数和阻尼，达到对边界消能的目的，从而更真实地模拟土体的自由边界条件；旋转上基座至不同设计角度，带动置于其内的桩基础，实现桩基础与激振方向的不同夹角，以此评估不同激振方向对桩基础的影响程度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置，包括底板、基座、剪切框架、桩基础及检测装置，所述底板固定于振动台台面上，所述基座包括下基座、上基座及第一滚珠，所述第一滚珠夹设于所述下基座和所述上基座之间，所述上基座可以绕其自身的中轴线自由旋转，所述剪切框架包括剪切框架单体及反力组件，所述剪切框架单体的数量为多个，多个所述剪切框架单体从下往上依次层叠设置，多个所述剪切框架单体配合围成填充空间，所述填充空间内填充土体，所述桩基础埋设于土体内，所述反力组件包括挡墙及电磁弹簧阻尼器，所述挡墙与所述基座固定，所述电磁弹簧阻尼器夹设于所述挡墙和所述剪切框架单体之间，所述电磁弹簧阻尼器沿所述剪切框架单体的运动方向设置于所述剪切框架单体的相对两侧，所述检测装置包括弹簧阻尼传感器、加速度传感器、速度传感器、导线及微型计
算机；所述弹簧阻尼传感器安装于所述电磁弹簧阻尼器上，所述加速度传感器安装于剪切框架的内表面，所述速度传感器安装于所述剪切框架的外表面，所述弹簧阻尼传感器、加速度传感器及速度传感器均通过导线与微型计算机连接，向所述微型计算机反馈检测数据，所述微型计算机对检测数据进行计算处理，控制所述电磁弹簧阻尼器调节刚度系数及阻尼系数。
[0007]优选的，所述下基座与所述底板焊接固定，所述下基座凹陷形成有环形的第一凹槽，所述上基座凹陷形成有环形的第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽正对设置并配合形成收容所述第一滚珠的第一滚道；所述上基座上贯穿设置有多个锚固螺栓孔，所述下基座上贯穿设置有锚固对位孔，需要锚固时，将所述锚固螺栓孔与所述锚固对位孔对齐，采用锚固螺栓穿过所述锚固螺栓孔与所述锚固对位孔连接，实现所述上基座的固定，锁定振动方向。
[0008]优选的，所述剪切框架单体包括长边和短边，所述长边的数量为两个，两个所述长边平行间隔，所述短边的数量也为两个，两个所述短边设置于所述长边的两端并连接两个所述长边，所述长边与所述短边配合围成矩形的框架式结构，所述长边的上表面凹陷形成有上直线槽，下表面凹陷形成有下直线槽，相邻的两个所述剪切框架单体中，上方剪切框架单体的下直线槽与下方剪切框架单体的上直线槽正对设置，且二者配合形成直线形的第二滚道，所述第二滚道内设置有多个第二滚珠，所述第二滚珠夹设于相邻两个所述剪切框架单体之间，使得相邻两个所述剪切框架单体可以相对移动，且移动的方向为所述第二滚道的延伸方向。
[0009]优选的，所述剪切框架还包括橡胶衬垫，所述橡胶衬垫贴覆于所述剪切框架单体的内表面，多个所述剪切框架单体上的橡胶衬垫连接形成一体，用于封堵相邻两个所述剪切框架单体之间的缝隙。
[0010]优选的，所述剪切框架还包括稳定组件，所述稳定组件设置有两组，两组所述稳定组件关于两个所述长边的中心线的连线对称设置；每组所述稳定组件均包括立柱、横杆、轴杆及轴承，所述立柱的数量为两个，两个所述立柱均设置于所述长边的外侧，且所述立柱与所述上基座通过螺栓固定，所述横杆位于所述剪切框架的上方且连接两个所述立柱的顶部，所述轴杆设置于所述立柱和所述剪切框架之间，所述轴杆的主体与所述立柱平行，其底部与所述上基座焊接固定，顶部向所述立柱弯折并与所述立柱焊接固定；所述轴承套设于所述轴杆上，所述轴承的内圈与所述轴杆固定，所述轴承的外圈抵接所述剪切框架单体。
[0011]优选的，位于所述剪切框架不同侧的反力组件关于两个所述长边中心点的连线对称设置；所述反力组件还包括斜撑，所述挡墙的底部与所述上基座焊接固定，所述斜撑的底部与所述上基座焊接固定且与所述挡墙的底部间隔，所述斜撑的顶部与所述挡墙的顶部焊接固定，所述电磁弹簧阻尼器夹设于所述挡墙和所述短边之间。
[0012]优选的，所述桩基础包括从下往上依次设置的桩体、承台、桥墩及质量块，所述桩体埋设于所述填充空间的土体内，所述承台承载于土体表面，所述桥墩及质量块悬置于土体上方。
[0013]本专利技术还提供一种上述的边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置的调节方法，包括如下步骤：
[0014]S1：通过振动台输入地震加速度时程曲线，获取各加速度传感器采集的加速度数
据，形成各测点的加速度时程曲线，采集直达波到达各测点的时间差，根据该时间差及各测点之间的间距计算各层土体的剪切波速度V
si
；
[0015]S2：根据各层土体的泊松比，计算各层土体的纵波波速V
pi
，并依照纵波波速V
pi
计算各层土体位置上电磁弹簧阻尼器的刚度系数k
i
：
[0016][0017]式中，k
i
表示第i层土体位置上电磁弹簧阻尼器的刚度系数；ρ
i
表示第i层土体密度；V
in
表示第i层土体位置上剪切框架的边界法向速度，由速度传感器采集得到；A表示第i层土体所对应的剪切框架的受力面积；B表示第i层土体位置上电磁弹簧阻尼器的个数；
[0018]S3：构造土体单元的水平振动平衡微分方程，结合相邻涂层界面处的剪应力和位移连续条件，得到连续方程，多次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置，其特征在于，包括底板、基座、剪切框架、桩基础及检测装置，所述底板固定于振动台台面上，所述基座包括下基座、上基座及第一滚珠，所述第一滚珠夹设于所述下基座和所述上基座之间，所述上基座可以绕其自身的中轴线自由旋转，所述剪切框架包括剪切框架单体及反力组件，所述剪切框架单体的数量为多个，多个所述剪切框架单体从下往上依次层叠设置，多个所述剪切框架单体配合围成填充空间，所述填充空间内填充土体，所述桩基础埋设于土体内，所述反力组件包括挡墙及电磁弹簧阻尼器，所述挡墙与所述基座固定，所述电磁弹簧阻尼器夹设于所述挡墙和所述剪切框架单体之间，所述电磁弹簧阻尼器沿所述剪切框架单体的运动方向设置于所述剪切框架单体的相对两侧，所述检测装置包括弹簧阻尼传感器、加速度传感器、速度传感器、导线及微型计算机；所述弹簧阻尼传感器安装于所述电磁弹簧阻尼器上，所述加速度传感器安装于剪切框架的内表面，所述速度传感器安装于所述剪切框架的外表面，所述弹簧阻尼传感器、加速度传感器及速度传感器均通过导线与微型计算机连接，向所述微型计算机反馈检测数据，所述微型计算机对检测数据进行计算处理，控制所述电磁弹簧阻尼器调节刚度系数及阻尼系数。2.根据权利要求1所述的边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置，其特征在于，所述下基座与所述底板焊接固定，所述下基座凹陷形成有环形的第一凹槽，所述上基座凹陷形成有环形的第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽正对设置并配合形成收容所述第一滚珠的第一滚道；所述上基座上贯穿设置有多个锚固螺栓孔，所述下基座上贯穿设置有锚固对位孔，需要锚固时，将所述锚固螺栓孔与所述锚固对位孔对齐，采用锚固螺栓穿过所述锚固螺栓孔与所述锚固对位孔连接，实现所述上基座的固定，锁定振动方向。3.根据权利要求1所述的边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置，其特征在于，所述剪切框架单体包括长边和短边，所述长边的数量为两个，两个所述长边平行间隔，所述短边的数量也为两个，两个所述短边设置于所述长边的两端并连接两个所述长边，所述长边与所述短边配合围成矩形的框架式结构，所述长边的上表面凹陷形成有上直线槽，下表面凹陷形成有下直线槽，相邻的两个所述剪切框架单体中，上方剪切框架单体的下直线槽与下方剪切框架单体的上直线槽正对设置，且二者配合形成直线形的第二滚道，所述第二滚道内设置有多个第二滚珠，所述第二滚珠夹设于相邻两个所述剪切框架单体之间，使得相邻两个所述剪切框架单体可以相对移动，且移动的方向为所述第二滚道的延伸方向。4.根据权利要求1所述的边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置，其特征在于，所述剪切框架还包括橡胶衬垫，所述橡胶衬垫贴覆于所述剪切框架单体的内表面，多个所述剪切框架单体上的橡胶衬垫连接形成一体，用于封堵相邻两个所述剪切框架单体之间的缝隙。5.根据权利要求3所述的边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置，其特征在于，所述剪切框架还包括稳定组件，所述稳定组件设置有两组，两组所述稳定组件关于两个所述长边的中心线的连线对称设置；每组所述稳定组件均包括立柱、横杆、轴杆及轴承，所述立柱的数量为两个，两个所述立柱均设置于所述长边的外侧，且所述立柱与所述上基座通过螺栓固定，所述横杆位于所述剪切框架的上方且连接两个所述立柱的顶部，所述轴杆设置于所述立柱和所述剪切框架之间，所述轴杆的主体与所述立柱平行，其底部与所述上基座焊接固定，顶部向所述立柱弯折并与所述立柱焊接固定；所述轴承套设于所述轴杆上，所述轴承的内圈与所述轴杆固定，所述轴承的外圈抵接所述长边。
6.根据权利要求3所述的边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置，其特征在于，位于所述剪切框架不同侧的反力组件关于两个所述长边中心点的连线对称设置；所述反力组件还包括斜撑，所述挡墙的底部与所述上基座焊接固定，所述斜撑的底部与所述上基座焊接固定且与所述挡墙的底部间隔，所述斜撑的顶部与所述挡墙的顶部焊接固定，所述电磁弹簧阻尼器夹设于所述挡墙和所述短边之间。7.根据权利要求1所述的边界缓冲消能的桩基础振动台试验装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾磊，刘齐建，邓志华，林聪煜，赵子翔，刘晓明，杨明辉，
申请(专利权)人：广州市高速公路有限公司，
类型：发明
国别省市：