[发明专利]一种坝体结构库水压力模拟系统

说明书

本发明提供了一种坝体结构库水压力模拟系统，属于水工结构试验技术领域。该系统包括刚性反力架、套筒、螺杆、刚性垫片、弹簧、吊盒、钢绞线、钢架、力传感器、传力板和垫板。在带有螺孔的反力架上调节螺杆，推动刚性垫片在套筒中移动来压缩弹簧，通过弹簧为坝体施加稳定的静水压力。吊盒通过钢绞线悬吊在钢架上，钢架固定在振动台台面上，与振动台一起激振，在吊盒中添加相应的附加质量块为坝体提供动水压力；力传感器固定在传力板上，再将传力板固定在吊盒上并与坝体紧密贴合，下部倾斜坝面通过垫板来传递水平荷载。本发明构造简单，制作和安装方便，为坝体提供了满足固液密度比尺要求的库水压力，技术合理，有良好的推广价值。

技术领域

本发明涉及一种水工结构振动试验中库水效应的模拟方法，适用于工程结构的大型振动台试验，属于水工结构试验领域。

背景技术

正常运行的大型水坝工程坝前会蓄水，当其遭遇地震时即发生在有水的工况中，因此在坝体的动力模型试验中，则需要模拟库水对于坝体的作用。坝体结构的抗震试验，由于成本及其它现实条件的制约，一般在振动台上进行。由于现阶段振动台尺寸的限制，无法进行大尺寸或原型坝体的动力模型试验，坝体模型一般都有几十分之一甚至几百分之一的几何比尺。较小几何比尺的模型测试需要结构模型材料有较大的密度，以保证地震输入条件下结构有较大的惯性力以获得合适的初始破坏加速度。根据相似理论的要求，在提升坝体模型材料密度的同时，需要提升库水模拟材料的密度。然而，现实条件下很难找到满足此相似要求的液体模拟库水作用，通常采用自然水作为库水来进行动力模型试验，这就导致了现阶段很多动力模型试验的固液密度比尺不相等，或坝体模型材料密度不足导致破坏延迟，从而使得坝体结构的动力模型试验无法更好的反应原型结构动力特性，也即现阶段坝体结构动力模型试验的一个难点问题。

目前，在坝体动力模型试验的领域，国内外还没有针对于固液密度比尺不相等问题的一套完整解决方案。

发明内容

本发明的目的是为解决固液密度比尺不相等的问题，本文采用等效代替的方式模拟地震动下的库水作用，采用弹簧组模拟静水压力，由附加质量组为坝体提供动水压力。

本发明的技术方案：

一种坝体结构库水压力模拟系统，包括静水压力模拟子系统和动水压力模拟子系统；

所述的静水压力模拟子系统包括螺杆1、刚性反力架2、刚性垫片3、导向套筒4和弹簧5；所述的刚性反力架2由方管或其它具有足够刚度的刚性材料制作而成，刚性反力架2上布置有螺孔，螺杆1从刚性反力架2上的螺孔穿入，并穿出；

所述的导向套筒4焊接在刚性反力架2上，每个导向套筒4对应一个螺杆1；导向套筒4内部涂抹润滑油，导向套筒4中布置有刚性垫片3和弹簧5；弹簧5一端与刚性垫片3连接，另一端与吊盒6连接；拧紧螺杆1，使螺杆1与刚性垫片3接触，进而推动弹簧5与吊盒6紧密连接，为坝体13施加静水压力；根据坝体13所受目标水压力的大小，选择弹簧5的尺寸和规格，并确定弹簧(5)预压紧的程度；

所述的动水压力模拟子系统包括吊盒含附加质量块6、钢绞线7、钢架8、连杆9、力传感器10、传力板11、垫板12和坝体13；将目标动水压力转换为相应的附加质量块添加在吊盒6中；力传感器10固定在传力板11上，调整其位置使其与每层吊盒(6)在后者对应表面的中心位置接触，以此来精确控制施加的水平荷载值；传力板11通过连杆9固定在吊盒6上；吊盒6通过钢绞线7悬吊在钢架8上，达到附加质量块通过传力板11与坝体13贴合，保证附加质量块与坝体13上游面的加速度相同。

对于倾斜坝面，坝体13上游面布置垫板12，通过力与力矩等效原理精确计算出该位置处应施加的水平荷载值。