[发明专利]软土地铁结构振动台成套试验方法

权利要求书

1.一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，然后对其进一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30~33%之间、密度控制在1.90~1.92g/cm³范围内；采用上述指标时，模型土的动力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，并通过制作试样测定模型土的动力特性；

(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乙烯泡沫塑料板(1)、聚氯乙烯薄膜(2)、角钢支撑(3)、木板(4)、振动台(5)和角钢斜支撑(6)组成，其中：聚苯乙烯泡沫塑料板(1)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；聚氯乙烯薄膜(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，其性能参数为：

台面尺寸          4.0m×4.0m

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          0.1~50Hz；

(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参数；

土和结构遵循相同的相似比例关系，使土—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工艺要求因素对试验实施的制约；

     相似关系见表1：

表1 模型相似系数及其相互关系表

物 理 量符号及关系式相似系数物 理 量符号及关系式相似系数应    变1位    移1/30长    度1/30时    间0.0745质量密度1频    率13.416弹性模量1/5应    力1/5质    量1/27000加 速 度6

(4)振动过程中结构的量测系统

试验量测信息选为在振动台激振过程中，记录结构模型构件的应变值、模型土和结构的加速度值及模型土与结构之间的接触压力值，选用的传感器分别为电阻应变传感器、压电式加速度传感器及电阻应变片式土压力盒；应变片的栅长为5×2m，型号为BCL120-10AA；压电式加速度计的型号为CA-YD型；土压力盒采用专供测量模型结构动态接触压力的BY-3型传感器；

加速度传感器大多直接埋置在模型土中，模型土含水量较高时可能不能正常工作，且加速度计的质量密度远大于模型土的密度，在试验过程中有可能出现与土耦合振动的情况，故需将其改装；本次试验采用的改装方法为陈跃庆提出的方法，即将加速度计粘贴在采用有机玻璃制作的密闭盒中，尺寸依据使经改装后盒子的加速度的当量质量密度与同体积模型土的质量密度相等的原则确定。