[发明专利]软土地铁结构振动台成套试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一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，对地下铁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。本项研究技术旨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力反应的规律，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参数、结构材料参数、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铁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一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，并可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，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：

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参数；

2)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；

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工艺要求等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