可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置

本发明属于工程结构隔震建筑试验，尤其涉及一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置。

背景技术：

1、作为隔震建筑最为关键的单元构件，隔震支座隔断地震动向上部结构传输进而对上部建筑起到保护作用。当前应用最广泛的两类隔震支座为橡胶支座和摩擦摆支座。相比于橡胶支座，摩擦摆支座具有更为优越的性能。比如竖向承载能力高、水平变形能力大、工作性能稳定、自复位能力强、耐久性好等。因此，摩擦摆隔震支座在桥梁、高层建筑和大跨屋盖等民用基础设施，以及液化天然气存储罐、海上钻井平台等工业基础设施均有广泛应用。

2、有关隔震建筑的理论研究往往需要开展相应的试验去验证，大缩尺比的振动台试验虽然可以更精确地模拟整体结构甚至是结构构件的地震响应，然而大的结构模型制作成本高，试验开展难度大。另外，受风场模拟技术的限制，风洞中的试验段空间不大，开展隔震建筑风洞试验时建筑模型缩尺比通常较小(小于1:100)。直接将原尺寸的摩擦摆隔震支座按如此小比例尺进行缩小，几乎是不现实的。基于此，开发与隔震层有一致力学特性的系统来替代缩尺后的隔震支座是非常有意义的。

3、隔震建筑单一方向运动的模拟是相对容易的，发明人过去已经申请了有关橡胶支座和摩擦摆支座隔震建筑风洞试验技术的隔震系统，其中上部结构运动被限制在单个方向运动。实际上，摩擦摆支座隔震建筑结构在遭遇双向地震动或同步顺横风向荷载时，其运动是双向耦合的，耦合源于上部结构刚度或质量偏心，也源于摩擦力本身的双向耦合特性。

技术实现思路

1、为了模拟摩擦摆支座隔震结构双向运动，再现结构真实的运动状态，获得更加精确的试验数据。本发明提供一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置。

2、本发明的一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置，包括钢板底座、侧向挡板、x方向钢质轨道、y方向钢质轨道、xy双向滑块、x方向弹簧、y方向弹簧、y形支架、v形支架、吊环螺丝、连接板、摩擦板、摩擦台、压板、插销棒、横梁、测力天平、拉压力传感器、激光位移计和非隔震建筑结构弹性模型。

3、侧向挡板、一对x方向钢质轨道和测力天平从右至左依次安装在钢板底座上；xy双向滑块有两个相互正交的弧形凹槽，一对x方向钢质轨道和一对y方向钢质轨道一下一上卡入四个xy双向滑块的凹槽内，y方向钢质轨道的一端通过横梁连接，在轨道的上部搭载了连接板用于连接非隔震建筑结构弹性模型；x方向弹簧的两端通过v形支架和吊环螺丝分别连接在右侧两个xy双向滑块和侧向挡板上，y方向弹簧两端通过两个吊环螺丝连接到连接板和横梁上；在测力天平之上固定了摩擦台，摩擦台面四角位置的插销棒可串起压板，夹在摩擦台与压板之间的摩擦板通过y形支架与连接板侧向连接。

4、进一步的，x方向弹簧和y方向弹簧只在各自的方向运动，提供了不耦合的恢复力，此恢复力分别被安装在弹簧一侧的拉压力传感器测得。

5、进一步的，摩擦板随上部建筑结构在两个水平方向运动，与摩擦台及压板之间的耦合摩擦力通过测力天平测量。

6、进一步的，摩擦板的重量较小，调节它与摩擦台和压板接触面的摩擦系数μ，以及压板的质量，可满足对摩擦力的模拟。

7、进一步的，两个激光位移计相互垂直放置，用于测量隔震层在两个水平方向的位移。

8、进一步的，xy双向滑块凹槽内置滚动钢珠，x方向钢质轨道和y方向钢质轨道上刷有润滑油或涂有超润滑涂层以减少轨道摩擦力。

9、进一步的，非隔震建筑结构弹性模型可以是刚度较大的低矮建筑模型，也可以是较柔的高层建筑模型。

10、本发明相比于现有技术的有益技术效果为：

11、一、本发明中摩擦力通过摩擦片的两面与摩擦台和压板发生相对运动而产生的，摩擦片两个面上的摩擦力最终均传递到了摩擦台的底部，被测力天平感知。可以通过调节摩擦台的摩擦系数μ、或者在压板上增加砝码来改变摩擦力大小，从而实现对隔震层摩擦力的模拟。弹簧力模拟了摩擦摆支座的恢复力，改变弹簧刚度即调节了摩擦摆支座滑盘半径。因此，对不同参数的摩擦摆支座，本发明总是灵活可调的。

12、二、本发明避开了直接对具有机械特征的摩擦摆支座进行小比例缩尺的困难，利用正交的双向滑轨、弹簧和摩擦板在力学特性上实现了对摩擦摆支座的模拟。该装置可以再现隔震的上部建筑在双向地震作用或同步顺横风向荷载下的耦合振动，两个水平方向的摩擦力、恢复力和隔震层的位移均可以精确测量。本发明为小缩尺比的摩擦摆隔震建筑双向耦合振动的风洞试验或振动台试验提供了技术支撑，开展的试验研究将极大推动隔震建筑非线性抗风、抗震的理论和实践的发展。

技术特征：

1.一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置，其特征在于，包括钢板底座(1)、侧向挡板(2)、x方向钢质轨道(3)、y方向钢质轨道(4)、xy双向滑块(5)、x方向弹簧(6)、y方向弹簧(7)、y形支架(8)、v形支架(9)、吊环螺丝(10)、连接板(11)、摩擦板(12)、摩擦台(13)、压板(20)、插销棒(19)、横梁(18)、测力天平(14)、拉压力传感器(15)、激光位移计(17)和非隔震建筑结构弹性模型(16)；

2.根据权利要求1所述的一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置，其特征在于，所述x方向弹簧(6)和y方向弹簧(7)只在各自的方向运动，提供了不耦合的恢复力，此恢复力分别被安装在弹簧一侧的拉压力传感器(15)测得。

3.根据权利要求1所述的一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置，其特征在于，所述摩擦板(12)随上部建筑结构在两个水平方向运动，与摩擦台(13)及压板(20)之间的耦合摩擦力通过测力天平(14)测量。

4.根据权利要求1所述的一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置，其特征在于，所述摩擦板(12)的重量较小，调节它与摩擦台(13)和压板(14)接触面的摩擦系数μ，以及压板(14)的质量，可满足对摩擦力的模拟。

5.根据权利要求1所述的一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置，其特征在于，所述两个激光位移计(17)相互垂直放置，用于测量隔震层在两个水平方向的位移。

6.根据权利要求1所述的一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置，其特征在于，所述xy双向滑块(5)凹槽内置滚动钢珠(21)，x方向钢质轨道(3)和y方向钢质轨道(4)上刷有润滑油或涂有超润滑涂层以减少轨道摩擦力。

7.根据权利要求1所述的一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置，其特征在于，所述非隔震建筑结构弹性模型(16)可以是刚度较大的低矮建筑模型，也可以是较柔的高层建筑模型。

技术总结本发明公开了一种可模拟小缩尺比摩擦摆隔震支座双向耦合振动的替代装置，具体为：侧向挡板、一对X方向钢质轨道和测力天平依次安装在钢板底座上；一对X方向钢质轨道和Y方向钢质轨道一下一上卡入四个XY双向滑块的凹槽内，在Y方向钢质轨道的上部搭载连接板用于连接非隔震建筑结构弹性模型；X方向弹簧的两端通过V形支架和吊环螺丝分别连接在右侧两个XY双向滑块和侧向挡板上，Y方向弹簧两端通过两个吊环螺丝连接到连接板和横梁上；在测力天平之上固定摩擦台，摩擦台面四角位置的插销棒串起压板，夹在摩擦台与压板之间的摩擦板通过Y形支架与连接板侧向连接。本发明可以模拟结构双向运动，再现结构真实的运动状态，获得更加精确的试验数据。技术研发人员：李志豪,黄国庆,李志峰,范宇航受保护的技术使用者：重庆大学溧阳智慧城市研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/12