用于结构倒塌试验的振动装置技术领域
本发明属土木工程领域，具体涉及一种用于结构倒塌试验的振动装置。
背景技术
我国是地震多发国家，历史上频发地震灾害，造成人员伤亡惨重，建筑物破坏严
重，这也使得分析地震破坏机制、提升建筑物抗震性能的研究迫在眉睫。由于这两者的复杂
性，仅以理论分析的方法还不能完全的摸清结构在地震作用下的性能、反应过程和破坏机
理，还需要通过试验研究结构抗震性能。
在现有技术条件下，通过试验研究结构抗震性能的方法主要有三种：第一种是拟
静力试验，目前多采用电液伺服系统对结构试件施加水平和竖向荷载，通过观测结构试件
的变形和破坏过程来了解结构的抗震性能，但这种方式不能真实模拟结构在地震作用下的
反应；第二种是模拟地震振动台试验，虽然该技术已经日趋成熟并能模拟真实的地震作用，
但振动台造价和使用的成本较高，研究多为单个模型的试验及分析。限于设备条件，振动台
试验对象大多为缩尺模型，研究结果无法直接推算到弹塑性材料构成的原型结构。为了解
决上述难题，第三种拟动力试验方法结合了上述两种方法的优点，利用现代试验数据采集
技术，通过测定结构受力过程中的刚度变化，实时调整结构所受荷载及位移，尽量真实模拟
结构在地震中的反应。虽然拟动力试验可对足尺结构进行研究，但其对试验加载装置、结构
性能退化模型和计算分析系统均提出了很高的要求。
无论采用上述哪种方法，为确保设备安全，国内外试验很少将足尺房屋结构振倒
并对试件破坏倒塌的过程进行完整记录。另外，经检索，国家知识产权局目前尚未公布相似
的专利或有相似的专利申请，国外文献也未见相似激振方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于结构倒塌
试验的振动装置，结构简单可靠，能够满足试验室的足尺房屋结构的倒塌试验要求。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种用于结构倒塌试验的振动装置，包括小车、弹簧组、驱动装置、限
位装置以及固定台座，所述小车设置在固定台座之间，小车两侧通过弹簧组与固定台座相
连，所述驱动装置驱动小车至设定位置，产生初始位移，通过所述限位装置把小车固定在设
定位置，释放限位装置后，小车在弹簧组的作用下作水平往复振动，通过改变弹簧组的抗拉
刚度和小车的初始位移来调整小车的振动频率和振幅，从而获取不同模拟条件下固定在小
车上的试验模型的动力反应。
所述小车可根据试验模型的结构大小而调整尺寸：当试验模型房屋结构尺寸变大
时，小车的尺寸应相应地调大，当试验的足尺房屋结构尺寸变小时，小车的尺寸也相应地调
小。
进一步优选，所述弹簧组包括至少一对相互并联的弹簧，各弹簧的抗拉刚度可以
相同也可以不同，根据试验需要选择不同抗拉刚度的弹簧组成弹簧组，满足足尺房屋结构
的倒塌试验要求。
进一步优选，所述弹簧组对称安装在小车两侧。
进一步优选，所述驱动装置包括千斤顶，千斤顶驱动小车至设定位移，控制试验模
型的振幅，输入结构倒塌所需的能量。
进一步优选，所述限位装置包括钢丝绳或钢螺杆。
进一步优选，还包括花篮螺丝，用于连接弹簧组和固定台座。调整花篮螺丝可控制
小车振幅，减少或避免小车扭动。
采用上述振动装置进行倒塌试验的方法，包括以下步骤：
(1)将小车和固定在固定台座上的弹簧组相连；
(2)依托固定台座，安装弹簧组，调节花篮螺丝使小车可沿水平方向振动；
(3)将试验模型固定安装在小车上；
(4)用驱动装置给小车施加初始位移，当达到设定位置后，用限位装置固定小车；
(5)撤去驱动装置；
(6)释放限位装置，小车及试验模型作水平往复振动；
(7)观察和记录试验模型的动力响应及其开裂倒塌过程。
进一步优选，所述步骤(1)中，所述弹簧组和所述固定台座通过花篮螺丝固定连
接。
为了摸清足尺结构的倒塌机理，本发明拟采用水平移动小车和弹簧驱动系统来制
造一个倒塌试验振动装置。该装置不仅简单，还可以通过选择弹簧组的刚度来控制系统振
动频率，而且可以通过控制小车的初始位移来控制结构振幅。这样，小车上的模型房屋就能
在不同初始条件下进行抗震试验，在不同能量输入的条件下结构就可能出现开裂、破坏甚
至倒塌的现象。该装置简单可靠，可拆卸移动，能够满足试验室足尺结构试件倒塌试验的需
要。经检索，国家知识产权局目前尚未公布相似的专利或有相似的专利申请。国外文献未见
相似激振方法，本发明填补了国内外空白，为结构抗震试验提供了一种简便可行的振动装
置。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的结构简单可靠，可拆卸移动，能够满足试验室的足尺房屋结构倒塌试
验的需要。
2、本发明可以通过选择弹簧组的抗拉刚度来控制小车的振动频率，而且可以通过
调整初始位移来控制小车的振幅，这样，小车上的试验模型就能在不同条件下进行倒塌试
验，在不同能量输入的条件下试验模型就可能出现开裂、破坏甚至倒塌的现象。
3、采用花篮螺丝连接弹簧组和固定台座，可减少或避免小车扭动。
附图说明
图1为实施例1的主视图；
图2为实施例1的俯视图；
图3为实施例2的释放装置图；
图4为图3的侧视图；
附图中：1-固定台座，2-限位装置，3-小车，4-试验模型，5-弹簧组，6-千斤顶，7-花
篮螺丝，8-球铰，9-钢螺杆，10-台座U型缺口钢板，11-螺母。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案
为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于
下述的实施例。
实施例1：
参考1、2所示，本发明提供一种用于结构倒塌试验的振动装置，包括小车3、弹簧组
5、驱动装置6、限位装置2以及固定台座1。其中，小车3可沿水平方向振动，并且可固定安装
试验模型4；小车3设置在两个固定台座1之间，其两侧通过弹簧组5与固定台座1相连。驱动
装置包括千斤顶6，采用千斤顶6驱动小车3至设定位置，控制试验模型4的振幅，输入结构倒
塌所需的能量；限位装置2采用能快速切断的钢丝绳，通过钢丝绳把小车3固定在设定位置，
切断钢丝绳后，小车3在弹簧组5的作用下作水平往复振动。根据试验需要选择两对同一规
格的弹簧并联组成弹簧组5，并且对称安装在小车3两侧，满足足尺房屋结构的倒塌试验要
求。另外，固定台座1采用混凝土或钢结构制成，试验模型4采用足尺房屋结构。该振动装置
通过改变弹簧组5的抗拉刚度和小车3的初始位移来调整小车3的振动频率和振幅，从而获
取不同模拟条件下固定在小车3上的试验模型4的动力反应。
待试验模型4安装完成，该振动装置采用千斤顶6驱动小车3产生初始位移，依托固
定台座1，当千斤顶6推动小车3到设定位置后，调节花篮螺丝，用钢丝绳固定小车3，撤去千
斤顶6。待试验准备完毕，释放限位装置2，即切断钢丝绳，小车3和试验模型4就能作水平往
复运动，试验模型4就会受到惯性作用力，试验模型4就能在设定的水平惯性力作用下发生
开裂、倒塌。
本实施例还提供了一种采用该振动装置进行倒塌试验的方法，该方法包括以下步
骤：
(1)采用花篮螺丝7将小车3和弹簧组5与固定台座1相连；
(2)依托固定台座1，利用千斤顶6，调节花篮螺丝7使小车3可沿水平方向振动，花
篮螺丝7收紧距离超过小车设定振幅；
(3)将试验模型4固定安装在小车3上；
(4)用千斤顶6给小车3施加初始位移，当达到设定位置后，用限位装置2固定小车
3；
(5)撤去千斤顶6；
(6)释放限位装置2，即快速切断钢丝绳，小车3及试验模型4作水平往复振动；
(7)观察和记录试验模型4的动力反应及试验模型4开裂、倒塌过程。
步骤(7)中，采用配套的试验数据采集设备进行观察和记录。
实施例2：
如图1、2所示，本实施例提供一种用于结构倒塌试验的振动装置，该振动装置的结
构跟实施例1基本相同，不同之处在于限位装置2采用能快速释放并可用螺母调节长度的钢
螺杆。
本实施例也还提供了一种采用本实施例中的振动装置进行倒塌试验的方法，该方
法包括以下步骤：
(1)采用花篮螺丝7将小车3和弹簧组5与固定台座1相连；
(2)依托固定台座1，利用千斤顶6，调节花篮螺丝7使小车3可沿水平方向振动，花
篮螺丝7收紧距离超过小车设定振幅；
(3)将试验模型4固定安装在小车3上；
(4)用千斤顶6给小车3施加初始位移，当达到设定位置后，用限位装置2固定小车
3。如图3-4所示，限位的钢螺杆9一端与小车上球铰8相连，另外一端用螺母11与台座U型缺
口钢板10相连；
(5)撤去千斤顶6；
(6)释放限位装置2。在靠近台座位置向下敲击钢螺杆9，快速将其从固定台座U型
缺口钢板10上释放，小车3及试验模型4随即作水平往复振动；
(7)观察和记录试验模型4的动力反应及试验模型4开裂、倒塌过程。