[发明专利]一种地下结构拟静力试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种地下结构拟静力试验装置，包括水平底座、竖向反力墙、地下结构、橡胶垫、配重块、加载梁、系杆、弹簧组件、水平作动器；所述橡胶垫铺设于水平底座上，所述配重块满铺于地下结构顶面，所述地下结构前后两面在侧墙位置沿高度方向设置有支撑铆钉，支撑铆钉上方设有系杆，所述加载梁分别设置在地下结构左右两侧，所述系杆两端均安装有加载梁。本发明还公开了一种地下结构拟静力试验装置的使用方法。本发明采用上述一种地下结构拟静力试验装置，能满足地下结构大缩尺比试验要求，同时易于观察试验现象，并且能准确揭示地下结构在水平、竖向双向地震荷载作用下的破坏机理。

技术领域

本发明涉及地下结构抗震试验技术领域，尤其是涉及一种地下结构拟静力试验装置及方法。

背景技术

历次地震中地下结构震害记录表明，强震作用下地下结构也可能发生严重破坏，因而对地下结构进行合理的抗震设计十分必要。而基于性能的抗震设计是地下结构抗震设计理念中具有里程碑意义的阶段，因此完善地下结构抗震性能研究方法并对地下结构层间位移角限值进行量化，具有重要的科学意义。

因而借助模型试验手段研究地下结构抗震性能也是当前这一领域的发展方向。地下结构抗震研究中常用试验方法有普通振动台试验、离心机振动台试验及拟静力试验。普通振动台试验是在1g重力环境下进行的，因采用缩尺模型而存在重力失真效应，而地下结构轴压比是影响其抗震性能指标的重要因素，因此采用普通振动台试验研究地下结构抗震性能有局限性。离心机振动台试验能较好地模拟与原型重力场接近的重力环境，目前已广泛应用于地下结构抗震模型试验中，并取得良好的试验效果，但受离心机承载能力限制，其试验模型尺寸较小、数据测试困难，因此用其研究地下结构抗震性能也有明显的不足。拟静力试验中结构几何缩尺比通常较大，且可通过施加上覆荷载调整结构的轴压比及土体应力水平，因此采用拟静力试验研究地下结构抗震性能较合理。但拟静力试验中仍存在如下问题：土-结构体系拟静力试验几何缩尺比小于单独结构体试验，且试验步序相对复杂，经济性较差；单独结构体拟静力试验无法反映土-结构相互作用问题；单独构件拟静力试验无法反应结构薄弱环节，也无法体现土-结构相互作用。

为克服上述研究地下结构抗震性能的各物理模型试验方法的问题，研制一种经济性强、步序简单且可考虑土体约束与初始地应力的地下结构拟静力试验装置及方法亟待解决。一般而言，地下结构所处土层往往不是均质土层，沿着地下结构高度方向，土层性质有些许差异。沿地下结构高度方向，设置不同刚度系数的弹簧可近似模拟土体对地下结构的约束状态。同时，调整弹簧的压缩量可近似模拟不同高度处地下结构所受的初始地应力。

发明内容

本发明的目的是提供一种能考虑土体约束和初始地应力的地下结构拟静力试验装置，能满足地下结构大缩尺比试验要求，同时易于观察试验现象，并且能准确揭示地下结构在水平、竖向双向地震荷载作用下的破坏机理。本发明的另一个目的是提供一种地下结构拟静力试验装置的使用方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种地下结构拟静力试验装置，包括水平底座、竖向反力墙、地下结构、橡胶垫、配重块、加载梁、系杆、弹簧组件、水平作动器；

所述橡胶垫铺设于水平底座上，所述配重块满铺于地下结构顶面，所述地下结构前后两面在侧墙位置沿高度方向设置有支撑铆钉，支撑铆钉上方设有系杆，所述加载梁分别设置在地下结构左右两侧，所述系杆两端均安装有加载梁，所述水平作动器一侧固定于竖向反力墙上，其另一侧固定于加载梁上。

优选的，所述弹簧组件包括弹簧、结构侧端板、加载侧端板、螺栓，所述弹簧左右两侧分别焊接加载侧端板和结构侧端板，所述螺栓均匀布置在加载侧端板周围；所述弹簧组件通过螺栓固定于加载梁上，所述弹簧的刚度系数依据地下结构侧面所处土体的性质进行确定。

优选的，所述加载梁左右两端均设有系杆孔，加载梁上下两侧各设有两行螺栓孔。

优选的，所述系杆两端均设有锚固段和锚固螺母，所述地下结构同一高度位置前后两侧均设有系杆。