一种多层地下结构抗震推覆试验装备与拟动力加载方法

技术领域

本发明涉及抗震技术领域，具体为一种多层地下结构抗震推覆试验装备与拟动力加载方法。

背景技术

随着我国城市地铁及其地下总体建设的快速发展，地下结构抗震问题引起了工程界和学术界的广泛关注。尤其是1995年日本阪神大地震中造成了大量地铁地下车站结构和区间隧道的严重震害，引起了全球工程技术人员的关注，普遍认为在复杂工程地质环境下地下结构的抗震性能在工程建设中应予以充分的重视和采取必要的措施。但是，目前地下结构抗震的相关理论和计算方法还需要进一步研究，相关结论和认识还需要有效的模型试验手段进行验证。目前，地下结构抗震的模型试验主要有常重力状态的振动台试验和超重力的离心机振动台试验。

然而，现有的常重力状态的振动台试验和超重力的离心机振动台试验两种模型试验方法在实际操作的过程中存在以下的问题：上述两种模型试验方法均需要进行复杂的土与地下结构相互作用体系的模型试验设计，存在相似比无法统一，模型地基制备难和模型结构尺寸较小等局限性，无法直观真实再现地下结构地震破坏过程和倒塌形态因此，基于已有方法和技术的不足，提出了一种多层地下结构抗震推覆试验装备与拟动力加载方法，能够直观地反应大型地下结构地震破坏过程及其形态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层地下结构抗震推覆试验装备与拟动力加载方法，解决常重力状态的振动台试验和超重力的离心机振动台试验两种模型试验方法均需要进行复杂的土与地下结构相互作用体系的模型试验设计，存在相似比无法统一，模型地基制备难和模型结构尺寸较小等局限性，无法直观真实再现地下结构地震破坏过程和倒塌形态，这一技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多层地下结构抗震推覆试验装备，包括多层地下结构抗震推覆试验装置，所述多层地下结构抗震推覆试验装置包括垂直设置的反力墙竖墙和水平设置于反力墙竖墙底部的反力墙基座，所述反力墙竖墙与反力墙基座一体成型，所述反力墙竖墙的表面均匀开设有若干组定位槽孔且内侧轴向水平固定有若干组作动机构，所述作动机构与定位槽孔的对接处固定有若干组螺栓，所述反力墙基座上通过螺栓对称安装有两组地梁，两组所述地梁之间设置有多层地下结构模型，所述多层地下结构模型的底部与反力墙基座的表面铺设有橡胶垫，所述多层地下结构模型由若干组子地下结构层组成，若干组所述子地下结构层从上到下等距设置且一体成型，若干组所述子地下结构层与若干组作动机构一一对应设置，所述子地下结构层的两侧对称设置有两组工字钢，位于内侧的所述工字钢与作动机构固定连接，两组所述工字钢的外围均匀连接有四组抱杆，所述子地下结构层位于四组抱杆的内部之间，位于顶部的所述子地下结构层上水平铺盖有柔性铅板。

作为本发明的一种优选实施方式，所述作动机构包括固定于反力墙竖墙上的底座和水平固定于底座上的伺服作动器，所述伺服作动器的动力输出端与工字钢固定连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述橡胶垫呈U型结构，所述橡胶垫的两侧位于地梁和多层地下结构模型之间。

作为本发明的一种优选实施方式，相邻两组所述子地下结构层之间连接有支撑侧墙，所述子地下结构层与支撑侧墙之间一体成型。

作为本发明的一种优选实施方式，上下相邻两组所述子地下结构层的内部均连接有两组支撑柱，两组所述支撑柱左右对称设置。

作为本发明的一种优选实施方式，具体加载步骤如下：

步骤一：多层地下结构抗震推覆试验装备的定位安装：根据多层地下结构模型的各层高度均匀设置有若干组与其对应的作动机构，每组作动机构与内侧的子地下结构层处于同一水平高度，并在子地下结构层的两侧通过工字钢和抱杆进行对接安装，对子地下结构层进行外框固定，根据多层地下结构模型底部的位置在两侧设置地梁进行固定，从而达到对多层地下结构抗震推覆试验装备的定位安装的目的；

步骤二：多层地下结构抗震推覆试验装备拟动力仿震操作：若干组作动机构的伺服作动器外接电源运作，根据需要模拟的地震强度而对应的调节功率，通过多组作动机构达到对多层地下结构模型各部位全面震动模拟，此外根据需要通过柔性铅板的重量，从而调节模拟地下结构的上覆土压力的目的，将模拟试验的数据进行记录并作对比，从而能够直观地观察和测试地下结构地震破坏过程和倒塌形态。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明的多层地下结构抗震推覆试验装备与拟动力加载方法，通过设计大型反力墙与多层地下结构各层的作动器抱杆连接，实现多层地下结构的层间动态位移协调加载，通过上覆柔性铅板代替上部覆土压力，通过下设橡胶垫模拟文克尔地基，实现对横向强震荷载作用下多层地下结构地震反应的大型模型试验体系和方法，提高实验数据的准确性。

2.本发明提出的多层地下结构抗震推覆试验装备与拟动力加载方法，避免了土与结构动力相互作用体系相似比无法统一的缺陷，可以通过安装在反力墙上的多个作动器协调循环加载模拟大尺度多层地下结构侧向地基与地下结构的动力相互作用，并能够直观地观察和测试地下结构地震破坏过程和倒塌形态。

附图说明

图1为本发明的多层地下结构抗震推覆试验体系立面图。

图中:1、反力墙竖墙；2、反力墙基座；3、定位槽孔；4、作动机构；5、螺栓；6、地梁；7、多层地下结构模型；8、橡胶垫；9、子地下结构层；10、工字钢；11、抱杆；12、柔性铅板；13、底座；14、伺服作动器；15、支撑侧墙；16、支撑柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种多层地下结构抗震推覆试验装备，包括多层地下结构抗震推覆试验装置，多层地下结构抗震推覆试验装置包括垂直设置的反力墙竖墙1和水平设置于反力墙竖墙1底部的反力墙基座2，反力墙竖墙1与反力墙基座2一体成型，反力墙竖墙1的表面均匀开设有若干组定位槽孔3且内侧轴向水平固定有若干组作动机构4，作动机构4与定位槽孔3的对接处固定有若干组螺栓5，反力墙基座2上通过螺栓5对称安装有两组地梁6，两组地梁6之间设置有多层地下结构模型7，多层地下结构模型7的底部与反力墙基座2的表面铺设有橡胶垫8，多层地下结构模型7由若干组子地下结构层9组成，若干组子地下结构层9与若干组作动机构4一一对应设置，子地下结构层9的两侧对称设置有两组工字钢10，位于内侧的工字钢10与作动机构4固定连接，两组工字钢10的外围均匀连接有四组抱杆11，子地下结构层9位于四组抱杆11的内部之间，位于顶部的子地下结构层9上水平铺盖有柔性铅板12。

进一步改进地，如图1所示：作动机构4包括固定于反力墙竖墙1上的底座13和水平固定于底座13上的伺服作动器14，伺服作动器14的动力输出端与工字钢10固定连接，通过伺服作动器14的动力来模拟地震状况。

进一步改进地，如图1所示：橡胶垫8呈U型结构，橡胶垫8的两侧位于地梁6和多层地下结构模型7之间，通过下设橡胶垫8模拟文克尔地基。

进一步改进地，如图1所示：相邻两组子地下结构层9之间连接有支撑侧墙15，子地下结构层9与支撑侧墙15之间一体成型。

进一步改进地，如图1所示：上下相邻两组子地下结构层9的内部均连接有两组支撑柱16，两组支撑柱16左右对称设置。

在使用时：本发明具体地，具体加载步骤如下：

步骤一：多层地下结构抗震推覆试验装备的定位安装：根据多层地下结构模型7的各层高度均匀设置有若干组与其对应的作动机构4，每组作动机构4与内侧的子地下结构层9处于同一水平高度，并在子地下结构层9的两侧通过工字钢10和抱杆11进行对接安装，对子地下结构层9进行外框固定，根据多层地下结构模型7底部的位置在两侧设置地梁6进行固定，从而达到对多层地下结构抗震推覆试验装备的定位安装的目的；

步骤二：多层地下结构抗震推覆试验装备拟动力仿震操作：若干组作动机构4的伺服作动器14外接电源运作，根据需要模拟的地震强度而对应的调节功率，通过多组作动机构4达到对多层地下结构模型7各部位全面震动模拟，此外根据需要通过柔性铅板12的重量，从而调节模拟地下结构的上覆土压力的目的，将模拟试验的数据进行记录并作对比，从而能够直观地观察和测试地下结构地震破坏过程和倒塌形态。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。