CN103792053A - 用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置 - Google Patents

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袁勇
黄伟东
苏权科
陈越
方磊
徐国平
刘洪洲
李贞新
陈之毅
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Abstract

本发明涉及一种用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置，该接头装置连接两个模型箱，所述的接头装置包括转轴栓钉、栓槽、弹簧、端部槽钢、盖板和防渗材料，所述的转轴栓钉设置在两个模型箱中的一个模型箱底部边缘，所述的栓槽设置在另一个模型箱底部边缘，各模型箱相邻端底部边缘均设一底部槽钢，槽钢上设置盖板，所述的转轴栓钉插入栓槽中构成一个连接件，并在该连接件两侧对称设置连接两个模型箱的弹簧，所述的防渗材料设置在两个模型箱之间，放置两个模型箱内的模型土外落。与现有技术相比，本发明具有足够的强度、弹性转动的能力、较大的轴向刚度、剪切刚度、密封功能等优点。

Description

用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置
技术领域
本发明涉及一种连接接头，特别涉及一种用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置。
背景技术
随着地下结构震害的发生，地下结构抗震的相关研究受到了广泛的重视。振动台模型试验是进行地下结构抗震分析的重要方法，得到了广泛的使用和认可。地下结构和地上结构地震响应的一个重要的区别在于，地下结构位于岩土介质之中，在地震作用下，结构和岩土介质相互作用，表现出不同的振动特性。通过在模型箱中放置模型岩土材料和地下结构模型，可以模拟地下结构和岩土介质的相互作用，对于研究地下结构地震响应和震害机理，具有重要的意义。因此试验用模型箱是进行地下结构振动台试验的必要装备。由于地质条件的非均匀性和地震波传播的波动特性，地震作用下，隧道除了在断面方向受到岩土介质变形的影响，在沿隧道纵向，也将受到岩土介质剪切变形和蠕动效应的影响。过去隧道结构的振动台实验由于条件的限制，主要局限在模拟一致激励以或者垂直方向剪切变形对隧道断面的影响。随着多点振动台的投入使用，对于隧道结构整体进行纵向非一致激励的振动台模型试验已经成为可能，这对于模型实验用模型箱的性能提出了新的要求。
一种广泛使用的实验模型箱为刚性模型箱，国内杨林德教授等人曾使用刚性模型箱对地下盾构隧道管段进行振动台试验。刚性模型箱可以使用单个振动台模拟地下结构在一致激励作用下的地震响应。刚性模型箱不足在于不具备变形能力，不能模拟场地在地震作用下非一致变形对隧道结构的影响。
另一种广泛使用的实验模型箱为剪切式模型箱。剪切式模型箱通过使用单个振动台，可以模拟岩土介质在垂直于地面方向的变形，从而对隧道结构断面形成剪切作用。剪切模型箱的不足在于不能模拟沿隧道纵向的非一致激励效应，不能考虑土层纵向的蠕动变形，也不能用于多点振动台实验。
用于多点振动台实验的分段式模型箱具有沿水平面弯曲变形和蠕动能力，可以用于地下结构多点振动台实验。通过在不同的振动台上输入不同的地震波，该种模型箱可以对隧道结构沿轴向的非一致作用。
该种分段式模型箱要求一种高性能的模型箱接头结构。该种接头结构在振动台实验设备领域尚没有类似设计。
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具有足够的强度、弹性转动的能力、较大的轴向刚度、剪切刚度、密封功能的测量准确的用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现；一种用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置，该接头装置连接两个模型箱，其特征在于，所述的接头装置包括转轴栓钉、栓槽、弹簧、端部槽钢、盖板和防渗材料，所述的转轴栓钉设置在两个模型箱中的一个模型箱底部边缘，所述的栓槽设置在另一个模型箱底部边缘，各模型箱相邻端底部边缘均设一底部槽钢，槽钢上设置盖板，所述的转轴栓钉插入栓槽中构成一个连接件，并在该连接件两侧对称设置连接两个模型箱的弹簧，所述的防渗材料设置在两个模型箱之间，放置两个模型箱内的模型土外落。
所述的两个模型箱可绕转轴栓钉转动。转轴栓钉及栓槽用以连接两模型箱，传递轴力及剪力，并保证两箱体能以转轴栓钉为转动轴在平面内进行转动。转轴栓钉及栓槽的平面大小、竖向高度及所用材料通过所传递轴力及剪力大小计算决定，并相互匹配。两模型箱间距离由两部分决定，一部分为模型箱转动所需预留的间隙，另一部分为转轴栓钉和栓槽所需突出构件的几何尺寸，综合考虑后确定模型箱间距离。
所述弹簧在接头截面布置2个，对称于转轴栓钉、栓槽，提供两模型箱围绕转轴栓钉转动所需的转动刚度。此外，根据弹簧所在截面在接头转动时的位移，确定弹簧的自由行程及长度；由弹簧所传递荷载确定弹簧与模型箱连接方式。
所述的端部槽钢固定在模型箱一侧的底部，端部槽钢与其上面盖设的盖板一起加大两个模型箱在接头处整体刚度及强度，保证荷载在接头处顺利传递，并方便防渗材料的安装。
所述的防渗材料呈U型，置于两个模型箱之间，覆盖两个模型箱间的间隙。
所述的防渗材料在轴向能自由变形，不考虑其轴向及转动刚度，主要功能为防止模型箱内的模型土外落。
模型试验时，模型箱间的轴力及剪力通过转轴栓钉和栓槽接触传递；且转轴栓钉能在栓槽中做平面内自由转动，接头处转动刚度则有对称于转轴栓钉的两根弹簧提供，其刚度大小由试验所需确定；柔性防渗材料的存在保证了箱体在轴线方向上的连续性，防止模型土的外露而产生的事故。
与现有技术相比，本发明具有以下优点；
1.具有足够的强度，不会在试验由于振动台施加的地震作用发生破坏。
2.具有弹性转动的能力，可以使模型箱截断在试验中发生相对转动。
3.具有较大的轴向刚度，可以传递振动台施加的轴力作用。
4.具有较大的剪切刚度，可以传递振动台施加的剪力作用。
5.具有一定的密封功能，防止模型土外漏。
附图说明
图1为装有转轴栓钉的模型箱一侧的结构示意图：
图2为装有栓槽的模型箱一侧的结构示意图；
图3为本发明连接装置连接两个模型箱部分的示意图；
图4为盖上盖板后的连接装置的示意图；
图5为放置防渗材料后的连接装置示意图。
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。
实施例1
如图1-5所示，一种用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置，该接头装置连接两个模型箱：模型箱a7和模型箱b8，所述的接头装置包括转轴栓钉1、栓槽2、弹簧3、端部槽钢4、盖板5和防渗材料6，所述的转轴栓钉1设置在模型箱a7底部边缘，所述的栓槽2设置在模型箱b8底部边缘，模型箱a7和模型箱b8相邻端底部边缘均设一底部槽钢4，槽钢上设置盖板5，所述的转轴栓钉1插入栓槽2中构成一个连接件，并在该连接件两侧对称设置连接两个模型箱的弹簧3，所述的防渗材料6设置在两个模型箱之间，放置两个模型箱内的模型土外落。
所述的两个模型箱可绕转轴栓钉转动。转轴栓钉1及栓槽2用以连接两模型箱，传递轴力及剪力，并保证两箱体能以转轴栓钉为转动轴在平面内进行转动。转轴栓钉1及栓槽2的平面大小、竖向高度及所用材料通过所传递轴力及剪力大小计算决定，并相互匹配。两模型箱间距离由两部分决定，一部分为模型箱转动所需预留的间隙，另一部分为转轴栓钉和栓槽所需突出构件的几何尺寸，综合考虑后确定模型箱间距离。
所述弹簧3在接头截面布置2个，对称于转轴栓钉1、栓槽2，提供两模型箱围绕转轴栓钉1转动所需的转动刚度。此外，根据弹簧3所在截面在接头转动时的位移，确定弹簧的自由行程及长度；由弹簧所传递荷载确定弹簧与模型箱连接方式。
所述的端部槽钢4有两个，分别固定在模型箱a7和模型箱b8一侧的底部，端部槽钢4与其上面盖设的盖板5一起加大两个模型箱在接头处整体刚度及强度，保证荷载在接头处顺利传递，并方便防渗材料6的安装。
所述的防渗材料6呈U型，置于两个模型箱之间，覆盖两个模型箱间的间隙。所述的防渗材料6在轴向能自由变形，不考虑其轴向及转动刚度，主要功能为防止模型箱内的模型土外落。
模型试验时，模型箱间的轴力及剪力通过转轴栓钉1和栓槽2接触传递；且转轴栓钉1能在栓槽2中做平面内自由转动，接头处转动刚度则有对称于转轴栓钉1的两根弹簧3提供，其刚度大小由试验所需确定；柔性防渗材料6的存在保证了箱体在轴线方向上的连续性，防止模型土的外露而产生的事故。

Claims (5)

1.一种用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置，该接头装置连接两个模型箱，其特征在于，所述的接头装置包括转轴栓钉、栓槽、弹簧、端部槽钢、盖板和防渗材料，所述的转轴栓钉设置在两个模型箱中的一个模型箱底部边缘，所述的栓槽设置在另一个模型箱底部边缘，各模型箱相邻端底部边缘均设一底部槽钢，槽钢上设置盖板，所述的转轴栓钉插入栓槽中构成一个连接件，并在该连接件两侧对称设置连接两个模型箱的弹簧，所述的防渗材料设置在两个模型箱之间，放置两个模型箱内的模型土外落。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置，其特征在于，所述的两个模型箱可绕转轴栓钉转动。
3.根据权利要求1所述的一种用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置，其特征在于，所述的端部槽钢固定在模型箱一侧的底部，端部槽钢与其上面盖设的盖板一起加大两个模型箱在接头处整体刚度及强度。
4.根据权利要求1所述的一种用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置，其特征在于，所述的防渗材料呈U型，置于两个模型箱之间，覆盖两个模型箱间的间隙。
5.根据权利要求1或4所述的一种用于隧道结构多点振动台试验的模型箱转动式接头装置，其特征在于，所述的防渗材料在轴向能自由变形。
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