CN111473934A - 紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置及模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置及模拟方法，土体箱的底板包括固定钢板和可活动L形钢板；可活动L形钢板包括水平板和垂直板，水平板的四周均是活动的，且和四周紧邻侧间隙用帆布软连接，垂直板与土体箱侧壁留有距离；可活动L形钢板底面四角分别固定连接装置上部；底部固定反力钢板，反力钢板上固定连接装置下部和角度支座；作动器顶部与连接装置上部铰接，底部与连接装置下部铰接；角度支座以设定角度支撑作动器。作动器顶升推动可活动L形钢板一定角度抬升土体箱中的土体，模拟真实强震地表破裂带对建筑物的影响。本发明较好模拟真实情况从而进行建筑物避让距离分析，给出合理避让建议。
Description
技术领域
本发明涉及地震试验技术领域，具体为一种紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置及模拟方法。
背景技术
我国是一个多震、强震国家，全球33％的大陆强震发生在我国。大量历史震害实例表明，活动断层的突发错动是产生地震的主要根源，且活动断层沿线是建筑物沿线是建筑物破环与人员伤亡最严重的区域。断层错动贯通地表导致断层上覆土层位移和其上建筑物被错断破坏，称之为强震地表破裂效应，强震地表破裂会造成严重的灾害，特别是在建筑人口密集的城市化发展较高地区。因此在城市建设发展规划中，建筑物对活断层进行避让是一种行之有效的手段。
研究断层引发强震地表破裂的破坏机理、合理确定避让宽度对既保证人民生命财产安全又充分合理利用城市用地具有重要意义。目前对于强震地表破裂效应的研究手段主要分为三大类：震害实例分析、模型试验、数值模拟。其中模型试验既接近真实地表破裂情况又便于采集数据，因此是一种真实可靠的研究手段。本发明结合断层错动模型和建筑物模型提供了一种紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离分析装置。
目前常重力模型试验装置多存在以下问题：(1)难以精确保证加载平面平稳同步，实验精度难以保证；(2)无法便捷的调整加载角度以实现多个不同角度工况下的试验；(3)大多试验装置缺乏建筑物模型，只是模拟了断层破坏机理以此进行分析，而忽略了其对建筑物的相互作用。
发明内容
本发明针对现有试验装置的不足，同时结合断层错动模型和建筑物模型提供了一种大尺寸、可变角度的紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离分析装置，较好地解决了现有试验装置存在的上述缺陷。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置，包括土体箱、底座和建筑模型，建筑物模型包括上部结构和基础；
土体箱的两正视箱体侧壁为透明面，土体箱底部安装在底座上；
土体箱的底板包括固定钢板和可活动L形钢板；所述的可活动L形钢板包括水平板和垂直板，水平板边缘和垂直板的边缘固定连接成L形的结构；可活动L形钢板水平板的四周均是活动的，且和四周紧邻侧间隙用帆布软连接，可活动L形钢板垂直板与土体箱侧壁留有距离；可活动L形钢板底面四角分别固定连接装置上部；
底座为框架结构，底部固定两块反力钢板，每块反力钢板上两端固定连接装置下部和角度支座；
作动器顶部与连接装置上部铰接，底部与连接装置下部铰接；角度支座以设定角度支撑作动器。
所述的角度支座包括两块设有斜边的钢板平行焊接放置，斜边固定有厚钢板，厚钢板上设有一块半径与作动器一致的圆弧形钢块，圆弧形钢块与作动器接触并支撑作动器。
所述的紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：
在土体箱中装入粘土或其他土质，按照需要密实度分层夯实，在分层装土过程中按照试验方案在土中不同位置埋入土压力计、加速度计传感器；装土完成后将建筑物模型的基础按预定位置埋入土中，基础下方安放土压力计，上部结构关键部位粘贴应变片、每层安放拾震器；在土体上方表面放置位移传感器、摄像设备；
试验开始时通过作动器以设定速率顶升，可活动L形钢板推动土体，直至土体发生完全破裂；
以数据采集***收集并记录土体破裂过程中各个传感器的变化数据；对试验现象进行摄像记录以观察分析。
根据试验方案改变传感器类型或布置位置，或者改变建筑物模型结构类型、基础类型、基础埋深位置，还可改变加载角度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)模型尺寸较大，试验现象明显，可操作可重复强，实验结果与以往研究及经验实际相符；
(2)加载平面(可活动L形钢板)能够在4个作动器同步顶升下以试验设置角度平稳推动土体，经现场测量加载平面上升误差处于较小范围内；
(3)通过连接装置和角度支座配合可便捷的改变作动器加载方向，以开展不同角度断层错动引起上覆土层破裂发展和断层附近建筑物破坏机理的研究。
(4)创新结合断层错动模型和建筑物模型，较好模拟真实情况从而进行建筑物避让距离分析，给出合理避让建议。
附图说明
图1是本发明实施例试验装置的总体结构示意图；
图2是本发明实施例土体箱的俯视图；
图3是本发明实施例加载平台的结构示意图；
图4是本发明实施例连接装置的结构示意图；
图5是本发明实施例底座的俯视图；
图6是本发明实施例支撑装置的示意图；
图7是本发明实施例建筑物模型的三维示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置，包括土体箱1、底座2和建筑模型，建筑物模型包括上部结构10和基础11；
土体箱1的两正视箱体侧壁为透明面，土体箱1底部安装在底座2上；
土体箱1是土的容器，为长矩形体，土体箱1两侧是15mm厚的钢板，两正视长边为双层有机玻璃，有机玻璃厚12mm。既便于直接观察试验现象又保证了强度；土体箱1以高强度螺栓固定在底座2上。
土体箱1的底板包括固定钢板7和可活动L形钢板8；如图2、图3所示，所述的可活动L形钢板8包括水平板和垂直板，水平板边缘和垂直板的边缘固定连接成L形的结构；可活动L形钢板8水平板的四周均是活动的，且和四周紧邻侧间隙用帆布软连接，可活动L形钢板8垂直板与土体箱1侧壁留有距离；可活动L形钢板8底面四角分别固定连接装置上部4；
可活动L形钢板8做成L形是为了使加载过程中土体与挡板同步运动，垂直板与土体箱侧壁有一定距离，避免了土体挤压土体箱1侧壁而对试验造成影响。可活动L形钢板8水平板的底部为双层夹井字梁钢板，防止加载过程中钢板变形过大，保证同步平稳加载。
如图1、图5所示，底座2为框架结构，为8mm厚的120mm方钢构成的框架。底部固定两块反力钢板9，每块反力钢板9上两端固定连接装置下部5和角度支座6；反力钢板9的作用是方便固定连接装置下部5和角度支座6，并为顶升土体提供反力支撑。
如图4所示，作动器3顶部与连接装置上部4铰接，底部与连接装置下部5铰接；角度支座6以设定角度支撑作动器3。
如图6所示所述的角度支座6包括两块设有斜边的钢板平行焊接放置，斜边固定有厚钢板，厚钢板上设有一块半径与作动器一致的圆弧形钢块，圆弧形钢块与作动器3接触并支撑作动器3。图6所示为70°角度支座，由于连接装置上部4、连接装置下部5与作动器3均为铰接，因此角度支座6起着控制加载方向的作用。因角度支座受力较大，因此对其进行特殊设计。角度支座6由两块6mm厚钢板平行焊接放置，斜边焊接有一块2cm厚钢板。为了增大接触面积以防损坏作动器，角度支座以一块半径与作动器一致的圆弧形钢块与作动器接触。角度支座6与反力钢板9固定连接。
当需要调整角度时，将连接装置上部4从可活动L形钢板8上移除，将角度支座6从反力钢板9上移除。作动器底部连接不变，调整作动器方向，安装新的连接装置上部4和角度支座6，角度调整即可完成。
本实施例建筑物模型为条形基础的五层框架结构，建筑物模型的基础11埋于土层中。建筑物模型结构类型、基础类型、基础埋深位置等均可根据研究目的不同做出相应调整，进行不同工况研究。
可活动L形钢板8起到承接土体及推动土体的作用，四个作动器3同步顶升，在反力钢板9和角度支座6支撑下推动可活动L形钢板8一定角度抬升上部土体箱中的土体，以此模拟地震中正断层下盘土体的抬升，土体抬升侧为下盘，不动侧为上盘。土体破裂带贯通至地表对建筑物模型造成一定程度破坏，以此模拟真实强震地表破裂带对建筑物的影响。过程中收集各项数据从而进行建筑物避让距离分析，给出合理避让建议。
紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：
在土体箱1中装入粘土或其他土质，按照需要密实度分层夯实，在分层装土过程中按照试验方案在土中不同位置埋入土压力计、加速度计传感器；装土完成后将建筑物模型的基础11按预定位置埋入土中，基础11下方安放土压力计，上部结构10关键部位粘贴应变片、每层安放拾震器；在土体上方表面放置位移传感器、摄像设备；
试验开始时通过作动器3以设定速率顶升，可活动L形钢板8推动土体，直至土体发生完全破裂；
以数据采集***收集并记录土体破裂过程中各个传感器的变化数据；对试验现象进行摄像记录以观察分析。
上述为一次完整的试验工况，可以根据试验方案改变传感器类型、布置位置，或建筑物模型结构类型、基础类型、基础埋深位置，还可根据需要以前文方法改变加载角度。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置，其特征在于，包括土体箱(1)、底座(2)和建筑模型，建筑物模型包括上部结构(10)和基础(11)；
土体箱(1)的两正视箱体侧壁为透明面，土体箱(1)底部安装在底座(2)上；
土体箱(1)的底板包括固定钢板(7)和可活动L形钢板(8)；所述的可活动L形钢板(8)包括水平板和垂直板，水平板边缘和垂直板的边缘固定连接成L形的结构；可活动L形钢板(8)水平板的四周均是活动的，且和四周紧邻侧间隙用帆布软连接，可活动L形钢板(8)垂直板与土体箱(1)侧壁留有距离；可活动L形钢板(8)底面四角分别固定连接装置上部(4)；
底座(2)为框架结构，底部固定两块反力钢板(9)，每块反力钢板(9)上两端固定连接装置下部(5)和角度支座(6)；
作动器(3)顶部与连接装置上部(4)铰接，底部与连接装置下部(5)铰接；角度支座(6)以设定角度支撑作动器(3)。
2.根据权利要求1所述的紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置，其特征在于，所述的角度支座(6)包括两块设有斜边的钢板平行焊接放置，斜边固定有厚钢板，厚钢板上设有一块半径与作动器一致的圆弧形钢块，圆弧形钢块与作动器(3)接触并支撑作动器(3)。
3.根据权利要求1或2所述的紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
在土体箱(1)中装入粘土或其他土质，按照需要密实度分层夯实，在分层装土过程中按照试验方案在土中不同位置埋入土压力计、加速度计传感器；装土完成后将建筑物模型的基础(11)按预定位置埋入土中，基础(11)下方安放土压力计，上部结构(10)关键部位粘贴应变片、每层安放拾震器；在土体上方表面放置位移传感器、摄像设备；
试验开始时通过作动器(3)以设定速率顶升，可活动L形钢板(8)推动土体，直至土体发生完全破裂；
以数据采集***收集并记录土体破裂过程中各个传感器的变化数据；对试验现象进行摄像记录以观察分析。
4.根据权利要求3所述的紧邻强震地表破裂带建筑物避让距离模拟装置的模拟方法，其特征在于，根据试验方案改变传感器类型或布置位置，或者改变建筑物模型结构类型、基础类型、基础埋深位置，还可改变加载角度。
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