專利名稱：軟土地鐵結(jié)構(gòu)振動臺成套試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種軟土地鐵結(jié)構(gòu)振動臺成套試驗方法。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國城市地鐵建設(shè)的規(guī)模正迅速擴(kuò)大，同時出于防災(zāi)減災(zāi)的需要，對地下鉄道的車站和區(qū)間隧道開展建立抗震設(shè)計方法的研究正日益得到人們的關(guān)注。計算機(jī)和數(shù)值模擬計 算技術(shù)的快速發(fā)展，給解決這類問題提供了有效的工具，且迄今已提出多種算法，然而由于對其涉及的各類復(fù)雜因素的影響尚認(rèn)識不足，由不同的計算方法或模型得出的結(jié)果之間常有很大的差異，且很難鑒別各自結(jié)果的合理性。試驗研究是解決這類問題的有效手段。本項研究技術(shù)_在通過對地鐵車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動臺模型試驗，深入了解軟土地鐵結(jié)構(gòu)動カ反應(yīng)的規(guī)律，以便為檢驗理論計算結(jié)果的正確性提供驗證，并為改進(jìn)計算模型和分析方法等提供依據(jù)。地鐵車站結(jié)構(gòu)振動臺試驗結(jié)果受土層參數(shù)、結(jié)構(gòu)材料參數(shù)、結(jié)構(gòu)模型大小、試驗量測裝置的影響較大，近些年來國內(nèi)外有眾多學(xué)者對地下鉄道建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了振動臺試驗研究，其中大多學(xué)者采用有機(jī)玻璃材料模型或在可液化土層中進(jìn)行振動臺試驗，其試驗結(jié)果誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種軟土地鐵結(jié)構(gòu)振動臺成套試驗方法。本發(fā)明提出的軟土地鐵結(jié)構(gòu)振動臺成套試驗方法，包括振動臺模型試驗中模型箱內(nèi)軟土的制備、模型箱的設(shè)計、典型地鐵車站結(jié)構(gòu)及接頭結(jié)構(gòu)的試驗?zāi)M設(shè)計以及振動過程中結(jié)構(gòu)的量測系統(tǒng)的設(shè)計；具體步驟如下
(1)振動臺模型試驗中模型箱內(nèi)軟土的制備
振動臺模型試驗中模型箱內(nèi)軟土的制備包括，模型土的取材與備料，模型土配制的基本控制指標(biāo)，模型土配制及裝箱的方法；
模型箱土的取材與備料即在取土?xí)r，盡量取原狀土將數(shù)量足夠的土體在空曠場地上平鋪攤開，剔除其中雜物，及將粘結(jié)在一起的土塊人工粉碎至小塊后，自然風(fēng)干至不粘手為止，然后對其進(jìn)ー步碾輥粉碎至均勻細(xì)顆粒狀，過篩后成為可直接供配制模型土使用的材料；
試驗過程中注意了使備料妥善放置，使其免受雨水的影響，同時防止再次混入雜物。模型圖配制的基本控制指標(biāo)包括含水量的控制和模型土裝填密度的控制，根據(jù)前期研究的結(jié)果，本次試驗擬將模型土的含水率控制在3(Γ33%之間、密度控制在
I.9(Tl. 92g/cm3范圍內(nèi)。采用上述指標(biāo)時，模型土的動カ特性指標(biāo)可符合本次振動臺模型試驗的要求，且模型土易于均勻拌制，并可通過制作試樣測定模型土的動カ特性；
(2)模型箱的設(shè)計
地鐵車站結(jié)構(gòu)振動臺試驗的模型箱由聚苯こ烯泡沫塑料板I、聚氯こ烯薄膜2、角鋼支撐3、木板4、振動臺5和角鋼斜支撐6組成，其中聚苯こ烯泡沫塑料板I設(shè)置在在水平振動方向垂直的方向上，作為模型箱的內(nèi)壁均襯，厚度為175mm ;聚氯こ烯薄膜2設(shè)置在順沿水平振動的方向上，作為模型箱的內(nèi)壁均襯，且均勻粘貼，以減小在箱壁與土體的接觸面上的摩擦阻力；角鋼支撐3和木板4組成模型箱剛性固定邊界，由焊接熱軋等邊角鋼制成支撐框架；振動臺5通常由振動臺臺面、基礎(chǔ)、泵源以及油壓分配系統(tǒng)、加振器、模擬信號輸出系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，并有臺面尺寸、最大載重量、振動方式、臺面最大加速度和頻率范圍等主要指標(biāo)；同濟(jì)大學(xué)振動臺試驗室擁有的設(shè)備是由美國MTS公司生產(chǎn)的三向電液伺服驅(qū)動地震模擬振動臺，其主要性能參數(shù)為
臺面尺寸4. 0mX4. Om
最大承載重15t
振動方式X、Y、Z三向六自由度
臺面最大加速度 X向1.2g、Y向0.8g、Z向0.7g 頻率范圍O. ΓδΟΗζ
(3)典型地鐵車站結(jié)構(gòu)及接頭結(jié)構(gòu)的試驗?zāi)M設(shè)計
典型地鐵車站結(jié)構(gòu)及接頭結(jié)構(gòu)的試驗?zāi)M技術(shù)主要包括模型設(shè)計的相似原則以及相似關(guān)系。模型設(shè)計中據(jù)以確定相似關(guān)系的原則選為
1)采用重力失真模型，將主要構(gòu)件的幾何相似比及主要材料的彈性模量相似比和質(zhì)量密度相似比作為模型設(shè)計的獨立參數(shù)；
2)土和結(jié)構(gòu)遵循相同的相似比例關(guān)系，使土ー結(jié)構(gòu)模型系統(tǒng)可在一定程度上反應(yīng)原型系統(tǒng)的土與結(jié)構(gòu)相互作用的特性；
3)確定模型相似關(guān)系時同時考慮振動臺的性能、制作模型的條件、試驗室起吊設(shè)備的能力和模型安裝エ藝要求等因素對試驗實施的制約。相似關(guān)系見表I :
表I模型相似系數(shù)及其相互關(guān)系表
權(quán)利要求
1. ー種軟土地鐵結(jié)構(gòu)振動臺成套試驗方法，其特征在于包括振動臺模型試驗中模型箱內(nèi)軟土的制備、模型箱的設(shè)計、典型地鐵車站結(jié)構(gòu)及接頭結(jié)構(gòu)的試驗?zāi)M設(shè)計以及振動過程中結(jié)構(gòu)的量測系統(tǒng)的設(shè)計；具體步驟如下 (1)振動臺模型試驗中模型箱內(nèi)軟土的制備 振動臺模型試驗中模型箱內(nèi)軟土的制備包括，模型土的取材與備料，模型土配制的基本控制指標(biāo)，模型土配制及裝箱的方法； 模型箱土的取材與備料即在取土?xí)r，盡量取原狀土將數(shù)量足夠的土體在空曠場地上平鋪攤開，剔除其中雜物，及將粘結(jié)在一起的土塊人工粉碎至小塊后，自然風(fēng)干至不粘手為止，然后對其進(jìn)ー步碾輥粉碎至均勻細(xì)顆粒狀，過篩后成為可直接供配制模型土使用的材料；試驗過程中注意了使備料妥善放置，使其免受雨水的影響，同時防止再次混入雜物；模型圖配制的基本控制指標(biāo)包括含水量的控制和模型土裝填密度的控制，根據(jù)前期研究的結(jié)果，本次試驗擬將模型土的含水率控制在3(Γ33%之間、密度控制在I. 9(Tl. 92g/cm3范圍內(nèi)；采用上述指標(biāo)時，模型土的動カ特性指標(biāo)可符合本次振動臺模型試驗的要求，且模型土易于均勻拌制，并通過制作試樣測定模型土的動カ特性； (2)模型箱的設(shè)計 地鐵車站結(jié)構(gòu)振動臺試驗的模型箱由聚苯こ烯泡沫塑料板(I)、聚氯こ烯薄膜(2)、角鋼支撐⑶、木板⑷、振動臺(5)和角鋼斜支撐(6)組成，其中聚苯こ烯泡沫塑料板⑴設(shè)置在在水平振動方向垂直的方向上，作為模型箱的內(nèi)壁均襯，厚度為175mm ;聚氯こ烯薄膜(2)設(shè)置在順沿水平振動的方向上，作為模型箱的內(nèi)壁均襯，且均勻粘貼；角鋼支撐(3)和木板(4)組成模型箱剛性固定邊界，焊接熱軋邊角鋼制成支撐框架；振動臺(5)通常由振動臺臺面、基礎(chǔ)、泵源以及油壓分配系統(tǒng)、加振器、模擬信號輸出系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成,并有臺面尺寸、最大載重量、振動方式、臺面最大加速度和頻率范圍主要指標(biāo)；所述設(shè)備是由美國MTS公司生產(chǎn)的三向電液伺服驅(qū)動地震模擬振動臺，其性能參數(shù)為 臺面尺寸4. 0mX4. Om 最大承載重15t 振動方式X、Y、Z三向六自由度 臺面最大加速度 X向1.2g、Y向0.8g、Z向0.7g 頻率范圍O. ΓδΟΗζ ； (3)典型地鐵車站結(jié)構(gòu)及接頭結(jié)構(gòu)的試驗?zāi)M設(shè)計 典型地鐵車站結(jié)構(gòu)及接頭結(jié)構(gòu)的試驗?zāi)M技術(shù)主要包括模型設(shè)計的相似原則以及相似關(guān)系； 模型設(shè)計中據(jù)以確定相似關(guān)系的原則選為 采用重力失真模型，將主要構(gòu)件的幾何相似比及主要材料的彈性模量相似比和質(zhì)量密度相似比作為模型設(shè)計的獨立參數(shù)； 土和結(jié)構(gòu)遵循相同的相似比例關(guān)系，使土ー結(jié)構(gòu)模型系統(tǒng)可在一定程度上反應(yīng)原型系統(tǒng)的土與結(jié)構(gòu)相互作用的特性； 確定模型相似關(guān)系時同時考慮振動臺的性能、制作模型的條件、試驗室起吊設(shè)備的能力和模型安裝エ藝要求因素對試驗實施的制約；相似關(guān)系見表I : 表I模型相似系數(shù)及其相互關(guān)系表
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軟土地鐵結(jié)構(gòu)振動臺成套試驗方法，包括振動臺模型試驗中模型箱內(nèi)軟土制備、模型箱設(shè)計、典型地鐵車站結(jié)構(gòu)及接頭結(jié)構(gòu)試驗?zāi)M以及量測系統(tǒng)。車站結(jié)構(gòu)及接頭結(jié)構(gòu)模型模型均采用微粒鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)制作，模型箱激振方向上剛性邊界的內(nèi)側(cè)襯有柔性材料。剛性固定邊界由角鋼制成支撐框架，其內(nèi)采用木板作為箱體側(cè)壁，底部材料為鋼板。在與水平振動方向垂直的方向上，箱體內(nèi)壁均襯聚苯乙烯泡沫塑料板；在順沿水平振動的方向上，箱體內(nèi)壁均粘貼聚氯乙烯薄膜，模型箱底部粘貼碎石。量測系統(tǒng)的電阻應(yīng)變片式土壓力盒量測模型箱內(nèi)土體的動土壓力時程，電阻應(yīng)變傳感器量測車站結(jié)構(gòu)的應(yīng)變時程，壓電式加速度傳感器量測土體和車站結(jié)構(gòu)的加速度時程。本發(fā)明實現(xiàn)了軟土地區(qū)的地下鐵道建筑結(jié)構(gòu)中的車站結(jié)構(gòu)、區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)共同體的振動臺試驗。
文檔編號G01M7/06GK102645310SQ20121013890
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者季倩倩, 楊林德, 鄭永來, 隋濤, 馬險峰 申請人:同濟(jì)大學(xué)