专利名称：地震振动模拟方法与弹簧式地震模拟振动台的制作方法
技术领域：
本发明涉及结构地震实验用的地震振动模拟方法及实施地震振动模拟方法的地震模拟振动台。
背景技术：
结构地震实验用地震振动模拟方法及配套振动台的研究已有几十年历史，迄今为止，机械式、电磁式、伺服液压式的地震模拟振动台已问世并投入使用，在结构地震实验中发挥作用。但机械式地震模拟振动台的结构复杂，电磁式、伺服液压式地震模拟振动台的价格昂贵，有碍于普及与推广，这势必影响地震研究与预测工作的开展。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的实验用地震振动模拟方法及实施该方法的地震模拟振动台，按照此种方法设计的地震模拟振动台不仅结构简单，造价大幅度降低，而且工作可靠。
本发明所述地震振动模拟方法，是以弹簧为振源带动试验台振动的方法。
本发明所述地震模拟振动台是一种弹簧式地震模拟振动台，包括支撑架、试验台、使试验台模拟地震的激振系统。支撑架由外支撑架和内支撑架组成，激振系统主要由上平动台、下平动台、水平X向激振系统、水平Y向激振系统、垂直激振系统和相位调整机构组成。
下平动台包括台体及安装在台体底部的滚轮组，下平动台的滚轮组位于外支撑架底部所设平台的导轨上；水平Y向激振系统包括水平Y向弹簧组和水平Y向弹簧初始位移施力机构，水平Y向弹簧组中的弹簧布置在下平动台的一侧或两侧，各弹簧的一端与下平动台连接，另一端与外支撑架的内侧面连接。
上平动台包括台体及安装在台体底部的滚轮组，上平动台的滚轮组位于下平动台的导轨上，上平动台的台体与内支撑架连接；水平X向激振系统包括水平X向弹簧组和水平X向弹簧初始位移施力机构，水平X向弹簧组中的弹簧布置在上平动台的一侧或两侧，各弹簧的一端与上平动台连接，另一端与内支撑架的内侧面连接。
垂直激振系统包括垂直弹簧组、直线轴承、垂直弹簧初始位移施力机构和空载时支撑试验台的承重构件；垂直弹簧组中的弹簧对称布置，各弹簧的一端与上平动台连接，另一端与试验台底部连接；直线轴承至少为两个，对称安装，各直线轴承的上部与试验台连接，下部与上平动台连接；承重构件至少为两个，对称安装在内支撑架上部的内侧。
上述水平X向弹簧组、水平Y向弹簧组和垂直弹簧组中的弹簧根数和参数可依据试验模型的重量和振动频率加以选定。
水平X向弹簧初始位移施力机构、水平Y向弹簧初始位移施力机构和垂直弹簧初始位移施力机构可以是机械式结构、电磁式结构和液压式结构。若为液压式结构，水平Y向弹簧初始位移施力机构由活塞、油缸组成，油缸安装在外支撑架内侧，其安装位置与下平动台相对应；水平X向弹簧初始位移施力机构由活塞、油缸组成，油缸安装在外支撑架内侧，其安装位置与上平动台相对应；垂直弹簧初始位移施力机构由活塞、油缸组成，油缸安装在外支撑架底部，其安装位置与试验台相对应；水平X向、Y向弹簧初始位移施力机构及垂直弹簧初始位移施力机构的油缸均由液压站控制，液压站配有储能器，储能器与各油缸及其控制电磁阀形成液压回路，以实现各油缸释放推动力时能达到瞬间大流量。
相位调整机构包括两套自动复位限位销组合体和与之匹配的销槽，两套自动复位限位销组合体对称地安装在内支撑架上部的内侧，两套销槽对称地安装在试验台的外侧。
为了便于确定试验模型的放置位置，可以设置试验模型重心调节系统，该系统由平面内两个方向的重心调节机构组成，一个方向的重心调节机构为配重机构，另一个方向的重心调节机构为丝杆螺母机构。配重机构有两套，对称安装，每套配重机构包括支架、配重杆和配重块，支架安装在试验台固定台体的底部，配重杆固定在支架上，配重块悬挂在配重杆上；丝杆螺母机构的螺母安装在试验台可滑动台面的底部，丝杆与螺母匹配安装。
本发明具有以下有益效果1、本发明为地震振动模拟方法和地震模拟振动台提供了一种不同构思的技术方案，为开展结构地震模拟实验提供了简便、实用的新方法和结构简单的新设备。
2、本发明所述弹簧式地震模拟振动台的造价仅为现有同规模的液压式地震模拟振动台的价格的1/20，仅为现有同规模的电磁式地震模拟振动台的价格的1/15～1/10。
3、本发明所述弹簧式地震模拟振动台不仅造价低，而且能满足结构地震模拟实验的一般要求。
4、直线轴承限制了垂直平面的转动自由度，有效地防止了试验中模型的倾覆。
5、相位调整机构的设置，能保证试验台按要求的运动轨迹振动。
6、试验模型重心调节系统的设置，可方便、快速地使模型重心位于试验台中心。


图1是本发明所述弹簧式地震模拟振动台的一种结构图；图2是图1的侧视图；图3是图1的俯视图，水平X向弹簧组、水平Y向弹簧组中的弹簧布置在平动台的两侧；图4是本发明所述弹簧式地震模拟振动台又一种结构的俯视图，水平X向弹簧组、水平Y向弹簧组中的弹簧布置在平动台的一侧；图5是弹簧式地震模拟振动台处于空载状态时，相位调整机构的一种结构图；图6是图5的俯视图；图7是弹簧式地震模拟振动台处于加载状态时，相位调整机构的一种结构图；图8是图7的俯视图；图9是垂直弹簧组中的弹簧产生初始位移时，相位调整机构的一种结构图；图10是试验台与上平动台的组装方式图；图11是图10的侧视图；图12是试验模型重心调节系统与试验台的组装方式图；图13是图12的侧视图；图14是本发明所述弹簧式地震模拟振动台的液压站的结构图。
图中，1-外支撑架、2-下平动台、3-内支撑架、4-水平X向弹簧组、5-垂直弹簧组、6-配重机构、7-模型框、8-垂直弹簧初始位移施力机构、9-试验台、10-直线轴承、11-上平动台、12-水平X向弹簧初始位移施力机构、13-承重构件、14-水平Y向弹簧组、15-相位调整机构、16-水平Y向弹簧初始位移施力机构、17-销槽、18-栓销、19-复位弹簧、20-弹簧限位销、21-止推螺钉座、22-止推螺钉、23-栓销座、24-试验台滑动台面、25-试验台固定台体、26-支架、27-配重杆、28-配重块、29-螺母、30-丝杆、31-储能器。
具体实施例方式
按本发明所述方法设计的一种弹簧式地震模拟振动台的结构如图1、图2、图3所示，包括支撑架、试验台9、使试验台模拟地震的激振系统。该弹簧式地震模拟振动台为三向三自由度，可选试件重量3kN、6kN、9kN、12kN；振动频率2～6Hz，最大振幅50mm。支撑架由外支撑架1和内支撑架2组成。激振系统主要由上平动台11、下平动台2、水平X向激振系统、水平Y向激振系统、垂直激振系统和相位调整机构13组成。
下平动台2包括台体及安装在台体底部的滚轮组，下平动台的滚轮组位于外支撑架1底部所设平台的导轨上，如图1、图2所示；水平Y向激振系统包括水平Y向弹簧组14和水平Y向弹簧初始位移施力机构16，水平Y向弹簧组中的弹簧为四根，四根弹簧对称布置在下平动台2的两侧，各弹簧的一端与下平动台2连接，另一端与外支撑架1的内侧面连接，如图2、图3所示。当试件重量为3kN时，四根弹簧的直径均为Φ14mm，当试件重量为6kN时，四根弹簧的直径均为Φ16mm，当试件重量为9kN、12kN时，四根弹簧的直径均为Φ18mm。
上平动台11包括台体及安装在台体底部的滚轮组，上平动台的滚轮组位于下平动台2的导轨上，上平动台的台体与内支撑架3连接；水平X向激振系统包括水平X向弹簧组4和水平X向弹簧初始位移施力机构12，水平X向弹簧组中的弹簧弹簧为四根，四根弹簧对称布置在上平动台11的两侧，各弹簧的一端与上平动台连接，另一端与内支撑架3的内侧面连接。当试件重量为3kN时，四根弹簧的直径均为Φ14mm，当试件重量为6kN时，四根弹簧的直径均为Φ16mm，当试件重量为9kN、12kN时，四根弹簧的直径均为Φ18mm。
垂直激振系统包括垂直弹簧组5、直线轴承10、垂直弹簧初始位移施力机构8和空载时支撑试验台的承重构件13；垂直弹簧组5中弹簧的根数与试件重量的关系是当试件重量为3kN时，6根直径为Φ12mm的弹簧，当试件重量为6kN时，8根直径为Φ12mm的弹簧，当试件重量为8kN、12kN时，10根直径为Φ12mm的弹簧；垂直弹簧组5中的弹簧对称布置，各弹簧的一端与上平动台11连接，另一端与试验台9底部连接；直线轴承10为4个，对称安装，各直线轴承的上部与试验台9连接，下部与上平动台11连接，如图10、图11所示；承重构件13为4个，对称安装在内支撑架1上部的内侧，其与内支撑架的连接方式为铰接。
水平Y向弹簧初始位移施力机构16由一套活塞、油缸组成，油缸安装在外支撑架1内侧，其安装位置与下平动台2相对应；水平X向弹簧初始位移施力机构12由一套活塞、油缸组成，油缸安装在外支撑架1内侧，其安装位置与上平动台2相对应；垂直弹簧初始位移施力机构8由一套活塞、油缸组成，油缸安装在外支撑架1底部，其安装位置与试验台9相对应；水平X向、Y向弹簧初始位移施力机构及垂直弹簧初始位移施力机构的油缸均由液压站控制，液压站配有储能器31，储能器与各油缸及其控制电磁阀形成液压回路，如图14所示。
相位调整机构15包括两套自动复位限位销组合体和与之匹配的销槽17，两套自动复位限位销组合体对称地安装在内支撑架3上部的内侧，两套销槽对称地安装在试验台9的外侧；自动复位限位销组合体由栓销座23、止推螺钉座21、栓销18及栓销上设置的弹簧限位销20、复位弹簧19、止推螺钉22构成，栓销座与止推螺钉座组合成一体，栓销安装在栓销座上并可沿栓销座的轴向滑动，其一端的形状与销槽匹配、一端延伸进止推螺钉座，止推螺钉安装在止推螺钉座上并与止推螺钉座螺纹连接，复位弹簧套装在栓销上并与栓销座连接，如图9所示。
试验台9包括固定台体25、可滑动台面24，可滑动台面安装在固定台体上，其定位机构为导轨和与导轨匹配的凹槽。试验模型重心调节系统由试验台工作平面内两个方向的重心调节机构组成，一个方向的重心调节机构为配重机构6，另一个方向的重心调节机构为丝杆螺母机构，如图12、图13所示；配重机构6有两套，对称安装，每套配重机构包括支架26、配重杆27和配重块28，支架安装在试验台固定台体25的底部，配重杆固定在支架上，配重块悬挂在配重杆上；丝杆螺母机构的螺母29安装在试验台可滑动台面24的底部，丝杆30与螺母匹配安装。
除上述结构之外，水平X向弹簧组4和水平Y向弹簧组14中的弹簧还可以布置在上平动台11和下平动台2的一侧，如图4所示。
本发明所述两向三自由度弹簧式地震模拟振动台的使用操作程序1、准备阶段(1)接通电源，启动电源开关，检查电源电压；(2)根据试验模型重量和试验要求选装弹簧；(3)根据模型安装情况选装配重块和调节丝杆，使模型重心位于试验台中心。
2、试验阶段(1)启动油站中的油泵，预工作3～5分钟，并检查油压；(2)移开所有可能阻挡试验台正常振动的物品、工具和构件；(3)向上平动台、下平动台和试验台施加初始位移(包括水平和垂直初始位移)并瞬间放松，试验台开始振动，直至其自然静止为止；如果需要继续振动，则重复(3)步骤，如果不需继续试验则结束试验。
3、结束试验(1)重启油泵，将试验台升高，旋转承重构件至与外支撑架垂直的位置并将试验台轻降于承重构件上；(2)释放液压系统储能器的高压油液，关闭电源。
权利要求
1.一种地震振动模拟方法，其特征在于以弹簧为振源带动试验台振动。
2.一种实施权利要求1所述方法的弹簧式地震模拟振动台，包括支撑架、试验台(9)、使试验台模拟地震的激振系统，其特征在于支撑架由外支撑架(1)和内支撑架(3)组成，激振系统主要由上平动台(11)、下平动台(2)、水平X向激振系统、水平Y向激振系统、垂直激振系统和相位调整机构(15)组成，下平动台(2)包括台体及安装在台体底部的滚轮组，下平动台的滚轮组位于外支撑架(1)底部所设平台的导轨上，水平Y向激振系统包括水平Y向弹簧组(14)和水平Y向弹簧初始位移施力机构(16)，水平Y向弹簧组中的弹簧布置在下平动台(6)的一侧或两侧，各弹簧的一端与下平动台连接，另一端与外支撑架(1)的内侧面连接，上平动台(11)包括台体及安装在台体底部的滚轮组，上平动台的滚轮组位于下平动台(2)的导轨上，上平动台(11)的台体与内支撑架(3)连接，水平X向激振系统包括水平X向弹簧组(4)和水平X向弹簧初始位移施力机构(12)，水平X向弹簧组中的弹簧布置在上平动台(6)的一侧或两侧，各弹簧的一端与上平动台连接，另一端与内支撑架(3)的内侧面连接，垂直激振系统包括垂直弹簧组(5)、直线轴承(10)、垂直弹簧初始位移施力机构(8)和空载时支撑试验台的承重构件(13)，垂直弹簧组(5)中的弹簧对称布置，各弹簧的一端与上平动台(11)连接，另一端与试验台(9)底部连接，直线轴承(10)至少为两个，对称安装，各直线轴承的上部与试验台(9)连接，下部与上平动台(11)连接，承重构件(13)至少为两个，对称安装在内支撑架(3)上部的内侧。
3.根据权利要求2所述的弹簧式地震模拟振动台，其特征在于水平Y向弹簧初始位移施力机构(16)由活塞、油缸组成，油缸安装在外支撑架(1)内侧，其安装位置与下平动台(2)相对应，水平X向弹簧初始位移施力机构(12)由活塞、油缸组成，油缸安装在外支撑架(1)内侧，其安装位置与上平动台(2)相对应，垂直弹簧初始位移施力机构(8)由活塞、油缸组成，油缸安装在外支撑架(1)底部，其安装位置与试验台(9)相对应，水平X向、Y向弹簧初始位移施力机构及垂直弹簧初始位移施力机构的油缸均由液压站控制，液压站配有储能器(31)，储能器与各油缸及其控制电磁阀形成液压回路。
4.根据权利要求2或3所述的弹簧式地震模拟振动台，其特征在于相位调整机构(15)包括两套自动复位限位销组合体和与之匹配的销槽(17)，两套自动复位限位销组合体对称地安装在内支撑架(3)上部的内侧，两套销槽对称地安装在试验台(9)的外侧。
5.根据权利要求2或3所述的弹簧式地震模拟振动台，其特征在于还包括试验模型重心调节系统，该系统由平面内两个方向的重心调节机构组成，一个方向的重心调节机构为配重机构(6)，另一个方向的重心调节机构为丝杆螺母机构，配重机构(6)有两套，对称安装，每套配重机构包括支架(26)、配重杆(27)和配重块(28)，支架安装在试验台固定台体(25)的底部，配重杆固定在支架上，配重块悬挂在配重杆上，丝杆螺母机构的螺母(29)安装在试验台可滑动台面(24)的底部，丝杆(30)与螺母匹配安装。
6.根据权利要求4所述的弹簧式地震模拟振动台，其特征在于还包括试验模型重心调节系统，该系统由平面内两个方向的重心调节机构组成，一个方向的重心调节机构为配重机构(6)，另一个方向的重心调节机构为丝杆螺母机构，配重机构(6)有两套，对称安装，每套配重机构包括支架(26)、配重杆(27)和配重块(28)，支架安装在试验台固定台体(25)的底部，配重杆固定在支架上，配重块悬挂在配重杆上，丝杆螺母机构的螺母(29)安装在试验台可滑动台面(24)的底部，丝杆(30)与螺母匹配安装。
7.根据权利要求4所述的弹簧式地震模拟振动台，其特征在于自动复位限位销组合体由栓销座(23)、止推螺钉座(21)、栓销(18)及栓销上设置的弹簧限位销(20)、复位弹簧(19)、止推螺钉(22)构成，栓销座与止推螺钉座组合成一体，栓销安装在栓销座上并可沿栓销座的轴向滑动，其一端的形状与销槽匹配、一端延伸进止推螺钉座，止推螺钉安装在止推螺钉座上并与止推螺钉座螺纹连接，复位弹簧套装在栓销上并与栓销座连接。
8.根据权利要求6所述的弹簧式地震模拟振动台，其特征在于自动复位限位销组合体由栓销座(23)、止推螺钉座(21)、栓销(18)及栓销上设置的弹簧限位销(20)、复位弹簧(19)、止推螺钉(22)构成，栓销座与止推螺钉座组合成一体，栓销安装在栓销座上并可沿栓销座的轴向滑动，其一端的形状与销槽匹配、一端延伸进止推螺钉座，止推螺钉安装在止推螺钉座上并与止推螺钉座螺纹连接，复位弹簧套装在栓销上并与栓销座连接。
全文摘要
一种地震振动模拟方法，以弹簧为振源带动试验台振动。实施该方法的弹簧式地震模拟振动台包括支撑架、试验台、使试验台模拟地震的激振系统；激振系统中的下平动台的滚轮组位于外支撑架底部的导轨上，水平Y向弹簧组中的弹簧布置在下平动台的一侧或两侧，各弹簧的一端与下平动台连接，另一端与外支撑架的内侧面连接；激振系统中的上平动台的滚轮组位于下平动台的导轨上，内支撑架与上平动台的台体连接，水平X向弹簧组中的弹簧布置在上平动台的一侧或两侧，各弹簧的一端与上平动台连接，另一端与内支撑架的内侧面连接，激振系统中的垂直弹簧组各弹簧的一端与上平动台连接，另一端与试验台底部连接。
文档编号G01V1/00GK1614445SQ200410081340
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月29日 优先权日2004年11月29日
发明者徐进, 贾成功 申请人:四川大学