专利名称：软土地铁结构振动台成套试验方法
技术领域：
本发明涉及ー种软土地铁结构振动台成套试验方法。
背景技术：
随着社会经济的快速发展，我国城市地铁建设的规模正迅速扩大，同时出于防灾减灾的需要，对地下鉄道的车站和区间隧道开展建立抗震设计方法的研究正日益得到人们的关注。计算机和数值模拟计 算技术的快速发展，给解决这类问题提供了有效的工具，且迄今已提出多种算法，然而由于对其涉及的各类复杂因素的影响尚认识不足，由不同的计算方法或模型得出的结果之间常有很大的差异，且很难鉴别各自结果的合理性。试验研究是解决这类问题的有效手段。本项研究技术_在通过对地铁车站结构进行振动台模型试验，深入了解软土地铁结构动カ反应的规律，以便为检验理论计算结果的正确性提供验证，并为改进计算模型和分析方法等提供依据。地铁车站结构振动台试验结果受土层參数、结构材料參数、结构模型大小、试验量测装置的影响较大，近些年来国内外有众多学者对地下鉄道建筑结构进行了振动台试验研究，其中大多学者采用有机玻璃材料模型或在可液化土层中进行振动台试验，其试验结果误差较大。

发明内容
本发明的目的在于提供ー种软土地铁结构振动台成套试验方法。本发明提出的软土地铁结构振动台成套试验方法，包括振动台模型试验中模型箱内软土的制备、模型箱的设计、典型地铁车站结构及接头结构的试验模拟设计以及振动过程中结构的量测系统的设计；具体步骤如下
(1)振动台模型试验中模型箱内软土的制备
振动台模型试验中模型箱内软土的制备包括，模型土的取材与备料，模型土配制的基本控制指标，模型土配制及装箱的方法；
模型箱土的取材与备料即在取土时，尽量取原状土将数量足够的土体在空旷场地上平铺摊开，剔除其中杂物，及将粘结在一起的土块人工粉碎至小块后，自然风干至不粘手为止，然后对其进ー步碾辊粉碎至均匀细颗粒状，过筛后成为可直接供配制模型土使用的材料；
试验过程中注意了使备料妥善放置，使其免受雨水的影响，同时防止再次混入杂物。模型图配制的基本控制指标包括含水量的控制和模型土装填密度的控制，根据前期研究的结果，本次试验拟将模型土的含水率控制在3(Γ33%之间、密度控制在
I.9(Tl. 92g/cm3范围内。采用上述指标时，模型土的动カ特性指标可符合本次振动台模型试验的要求，且模型土易于均匀拌制，并可通过制作试样測定模型土的动カ特性；
(2)模型箱的设计
地铁车站结构振动台试验的模型箱由聚苯こ烯泡沫塑料板I、聚氯こ烯薄膜2、角钢支撑3、木板4、振动台5和角钢斜支撑6组成，其中聚苯こ烯泡沫塑料板I设置在在水平振动方向垂直的方向上，作为模型箱的内壁均衬，厚度为175mm ;聚氯こ烯薄膜2设置在顺沿水平振动的方向上，作为模型箱的内壁均衬，且均匀粘贴，以减小在箱壁与土体的接触面上的摩擦阻力；角钢支撑3和木板4组成模型箱刚性固定边界，由焊接热轧等边角钢制成支撑框架；振动台5通常由振动台台面、基础、泵源以及油压分配系统、加振器、模拟信号输出系统、数据采集系统和数据处理系统等组成，并有台面尺寸、最大载重量、振动方式、台面最大加速度和频率范围等主要指标；同济大学振动台试验室拥有的设备是由美国MTS公司生产的三向电液伺服驱动地震模拟振动台，其主要性能參数为
台面尺寸4. 0mX4. Om
最大承载重15t
振动方式X、Y、Z三向六自由度
台面最大加速度 X向1.2g、Y向0.8g、Z向0.7g 频率范围O. ΓδΟΗζ
(3)典型地铁车站结构及接头结构的试验模拟设计
典型地铁车站结构及接头结构的试验模拟技术主要包括模型设计的相似原则以及相似关系。模型设计中据以确定相似关系的原则选为
1)采用重力失真模型，将主要构件的几何相似比及主要材料的弹性模量相似比和质量密度相似比作为模型设计的独立參数；
2)土和结构遵循相同的相似比例关系，使土ー结构模型系统可在一定程度上反应原型系统的土与结构相互作用的特性；
3)确定模型相似关系时同时考虑振动台的性能、制作模型的条件、试验室起吊设备的能力和模型安装エ艺要求等因素对试验实施的制約。相似关系见表I :
表I模型相似系数及其相互关系表
权利要求
1. ー种软土地铁结构振动台成套试验方法，其特征在于包括振动台模型试验中模型箱内软土的制备、模型箱的设计、典型地铁车站结构及接头结构的试验模拟设计以及振动过程中结构的量测系统的设计；具体步骤如下 (1)振动台模型试验中模型箱内软土的制备 振动台模型试验中模型箱内软土的制备包括，模型土的取材与备料，模型土配制的基本控制指标，模型土配制及装箱的方法； 模型箱土的取材与备料即在取土时，尽量取原状土将数量足够的土体在空旷场地上平铺摊开，剔除其中杂物，及将粘结在一起的土块人工粉碎至小块后，自然风干至不粘手为止，然后对其进ー步碾辊粉碎至均匀细颗粒状，过筛后成为可直接供配制模型土使用的材料；试验过程中注意了使备料妥善放置，使其免受雨水的影响，同时防止再次混入杂物；模型图配制的基本控制指标包括含水量的控制和模型土装填密度的控制，根据前期研究的结果，本次试验拟将模型土的含水率控制在3(Γ33%之间、密度控制在I. 9(Tl. 92g/cm3范围内；采用上述指标时，模型土的动カ特性指标可符合本次振动台模型试验的要求，且模型土易于均匀拌制，并通过制作试样測定模型土的动カ特性； (2)模型箱的设计 地铁车站结构振动台试验的模型箱由聚苯こ烯泡沫塑料板(I)、聚氯こ烯薄膜(2)、角钢支撑⑶、木板⑷、振动台(5)和角钢斜支撑(6)组成，其中聚苯こ烯泡沫塑料板⑴设置在在水平振动方向垂直的方向上，作为模型箱的内壁均衬，厚度为175mm ;聚氯こ烯薄膜(2)设置在顺沿水平振动的方向上，作为模型箱的内壁均衬，且均匀粘贴；角钢支撑(3)和木板(4)组成模型箱刚性固定边界，焊接热轧边角钢制成支撑框架；振动台(5)通常由振动台台面、基础、泵源以及油压分配系统、加振器、模拟信号输出系统、数据采集系统和数据处理系统组成,并有台面尺寸、最大载重量、振动方式、台面最大加速度和频率范围主要指标；所述设备是由美国MTS公司生产的三向电液伺服驱动地震模拟振动台，其性能參数为 台面尺寸4. 0mX4. Om 最大承载重15t 振动方式X、Y、Z三向六自由度 台面最大加速度 X向1.2g、Y向0.8g、Z向0.7g 频率范围O. ΓδΟΗζ ； (3)典型地铁车站结构及接头结构的试验模拟设计 典型地铁车站结构及接头结构的试验模拟技术主要包括模型设计的相似原则以及相似关系； 模型设计中据以确定相似关系的原则选为 采用重力失真模型，将主要构件的几何相似比及主要材料的弹性模量相似比和质量密度相似比作为模型设计的独立參数； 土和结构遵循相同的相似比例关系，使土ー结构模型系统可在一定程度上反应原型系统的土与结构相互作用的特性； 确定模型相似关系时同时考虑振动台的性能、制作模型的条件、试验室起吊设备的能力和模型安装エ艺要求因素对试验实施的制约；相似关系见表I : 表I模型相似系数及其相互关系表
全文摘要
本发明涉及一种软土地铁结构振动台成套试验方法，包括振动台模型试验中模型箱内软土制备、模型箱设计、典型地铁车站结构及接头结构试验模拟以及量测系统。车站结构及接头结构模型模型均采用微粒钢筋混凝土结构制作，模型箱激振方向上刚性边界的内侧衬有柔性材料。刚性固定边界由角钢制成支撑框架，其内采用木板作为箱体侧壁，底部材料为钢板。在与水平振动方向垂直的方向上，箱体内壁均衬聚苯乙烯泡沫塑料板；在顺沿水平振动的方向上，箱体内壁均粘贴聚氯乙烯薄膜，模型箱底部粘贴碎石。量测系统的电阻应变片式土压力盒量测模型箱内土体的动土压力时程，电阻应变传感器量测车站结构的应变时程，压电式加速度传感器量测土体和车站结构的加速度时程。本发明实现了软土地区的地下铁道建筑结构中的车站结构、区间隧道结构共同体的振动台试验。
文档编号G01M7/06GK102645310SQ20121013890
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者季倩倩, 杨林德, 郑永来, 隋涛, 马险峰 申请人:同济大学