CN104609052A - 一种用于土与结构相互作用振动台试验的柔性容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于土与结构相互作用振动台试验的柔性容器，包括橡胶外壁、钢筋环、环形板、底板、支撑柱、高度调节螺杆和万向节。该柔性容器为圆筒形，圆筒侧壁采用橡胶膜，圆筒外侧采用钢筋作圆周式加固，目的是提供径向刚度，且允许土体作层状水平剪切变形。每个钢筋环用钢筋焊接而成。圆筒体侧壁通过螺栓与上部环形板和下部底板连接；环形顶板由固定在底板上的四根柱支撑，柱中设高度调节螺杆以调节顶板水平和使圆筒体处于适当的状态；柱顶设万向节，使环形板在振动时可以侧向位移；底板用钢板制作，并用小钢梁加劲，确保在起吊时不产生过大的变形。在橡胶侧壁内侧制作花纹，在钢底板板面上用环氧树脂粘上碎石，使之成为粗糙表面，减少土与容器界面的相对滑移。

Description

一种用于土与结构相互作用振动台试验的柔性容器

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种用于土与结构相互作用振动台试验的柔性容器。

背景技术

在实际的结构－地基动力相互作用情况下，地基是没有边界的。但在振动台试验中，只能用有限尺寸的容器来装模型土。这样，由于其边界上的波动反射以及体系振动形态的变化将会给试验结果带来一定的误差，即所谓“模型箱效应”。如何合理模拟土体边界条件，减少模型箱效应，是结构－地基动力相互作用振动台试验中的一个重要问题和研究难点。

人们在用振动台或离心机进行土体振动试验时，已经注意到了土体边界模拟和模型箱效应这个问题，设计采用了一些试验容器来进行边界模拟，有层状单剪型剪切盒、碟式容器、普通刚性土箱加内衬和柔性容器等，也常直接采用普通刚性土箱。层状单剪型剪切盒采用H型钢焊成框架水平层状叠合而成，层与层间设置滚珠。层状单剪型剪切盒只能进行单向的振动试验，而且容器自重较大，占用了振动台承载能力。碟式容器具有倾斜的刚性侧壁，设计思想是通过锥形区来减少波动能量的反射。普通刚性土箱加内衬的方法，其效果易受内衬材料的选择和设置方法的影响。柔性容器采用模量略高于土的软材料作为容器的侧壁。柔性容器比刚性容器、碟式容器能较好地再现原型的反应，柔性容器中的模型土在地震作用下以与原型自由场同样的方式变形，减少了边界条件的影响，是较好的边界模拟方法，成功的模拟了土体边界条件。而且柔性容器能较好适应多向振动试验，柔具有自重轻、构造简单、制作方便、经济的特点。

发明内容

为了合理模拟土体边界条件，减少模型箱效应，本发明的目的在于提供一种振动台试验柔性容器。该柔性容器结合适当的构造措施减少模型箱效应，在柔性容器的设计时遵循下列原则：（1）选取较大的直径，使受边界影响较小的中心土体的范围较大；（2）采用能较好适应多向振动试验的圆筒体；（3）侧壁软材料的模量与土的模量相当；（4）容器尺寸的确定应控制模型总重量在振动台承载力范围以内；（5）容器自重轻、构造简单、制作方便、经济。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。

本发明的一种振动台试验柔性容器，包括橡胶外壁1、钢筋环2、环形板3、底板4、支撑柱5、高度调节螺杆6、万向节7、钢梁8和底板支座9，其中：所述柔性容器为圆筒形结构，圆筒形柔性容器的侧壁采用橡胶膜，形成橡胶外壁1；圆筒形柔性容器的外侧采用钢筋作圆周式加固，形成钢筋环2，每个钢筋环2通过钢筋焊接而成；圆筒形橡胶外壁1顶部通过螺栓与环形板3连接，底部通过螺栓与底板4连接；环形板3由均匀固定于底板4上的四根支撑柱5来支撑；支撑柱5内设置高度调节螺杆6，以调节环形板3水平和使圆筒形柔性容器处于适当的状态；支撑柱5的柱顶设置万向节7，使环形板3在振动时可侧向位移；环形板3底部和万向节7之间通过钢梁8连接；底板4与支撑柱5通过底板支座9连接；橡胶外壁1的内侧为粗糙表面，底板4上粘有碎石，使之成为粗糙表面，减少土与容器界面的相对滑移。

本发明中，橡胶外壁1选取较大的直径，使受边界影响较小的中心土体的范围较大，但应控制容器的尺寸和总重量分别在振动台尺寸和承载力范围以内。选取直径Φ3000mm的圆筒侧壁。

本发明中，橡胶外壁1材料的模量与土的模量相当，采用厚5mm的橡胶膜。

本发明中，橡胶外壁1外侧采用Φ4＠60钢筋作圆周式加固。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）  本发明中采用圆筒体，能较好适应多向振动试验。

2）  本发明的柔性容器自重轻、构造简单、制作方便、经济。

3）  本发明的柔性容器的直径较大，使受边界影响较小的中心土体的范围较大，合理模拟了土体边界条件。

4）  本发明的柔性容器中的模型土在地震作用下以与原型自由场同样的方式变形，减少了边界条件的影响，很好地模拟了土体自由场反应，较好地再现了原型反应。

附图说明

图1为本发明的振动台试验柔性容器示意图；

图2为本发明的振动台试验柔性容器俯视图及底板板面粗糙化；

图中标号：1为橡胶外壁，2为钢筋环，3为环形板，4为底板，5为支撑柱，6为高度调节螺杆，7为万向节，8为钢梁，9为底板支座。

具体实施方式

下面结合附图，进一步阐明本发明，在阅读了本发明之后，本领域的技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1：如图1—图2所示，本发明为振动台试验柔性容器，由橡胶外壁1、钢筋环2、环形板3、底板4、支撑柱5、高度调节螺杆6、万向节7钢梁8和底板支座9组成，高度调节螺杆6设置于支撑柱5中，万向节7设置于支撑柱5的顶部。柔性容器为圆筒形，圆筒侧壁采用橡胶膜，形成橡胶外壁1；圆筒外侧采用钢筋作圆周式加固，形成钢筋环2，每个钢筋环用钢筋焊接而成；圆筒体侧壁通过螺栓与上部环形板3和下部底板4连接；环形板3由固定在底板上的四根支撑柱5来支撑；支撑柱5中设高度调节螺杆6，以调节环形板3水平和使圆筒体处于适当的状态；支撑柱5的柱顶设万向节7，其作用是：使环形板3在振动时可以侧向位移；环形板3和支撑柱5之间用钢梁8连接；底板4与支撑柱5用底板支座9连接；在橡胶外壁1的内侧制作花纹，在钢底板4的板面上用环氧树脂粘上碎石，使之成为粗糙表面，减少土与容器界面的相对滑移。橡胶外壁1选取较大的直径，使受边界影响较小的中心土体的范围较大，但其尺寸要结合具体情况来确定，应控制柔性容器的尺寸在振动台尺寸的范围之内，总重量在振动台承载力范围以内。橡胶外壁1材料的模量与土的模量相当，可以很好地模拟土体的自由场反应。

支撑柱5有4根，每根支撑柱顶部安装一个万向节7，共有4个万向节。

橡胶外壁1的直径选取应较大，作用是使受边界影响较小的中心土体的范围较大，但在试验中应控制容器的尺寸和总重量分别在振动台尺寸和承载力范围以内。选取直径Φ3000mm的圆筒侧壁。橡胶外壁1材料的模量与土的模量相当，采用厚5mm的橡胶膜。橡胶外壁1外侧采用Φ4＠60钢筋作圆周式加固。该振动台试验柔性容器采用圆筒形，能较好适应多向振动试验，而且该柔性容器具有自重轻、构造简单、制作方便、经济的特点。

本装置具体实施过程如下：将橡胶外壁做成符合振动台试验要求的直径和高度，形成圆筒形状，圆筒侧壁用橡胶膜做成，圆筒外侧采用钢筋作圆周式加固。用钢筋焊接每个钢筋环。用螺栓将上部环形板和下部底板连接。在圆筒四周分别设置四根支撑柱，用来支撑上部的环形板，环形板与支撑柱之间用钢梁连接，支撑柱固定在底板上。在支撑柱的顶部设置万向节，柱中设置调节高度螺栓。底板与支撑柱用底板支座连接。在橡胶外壁的内侧制作花纹，在钢底板的板面上用环氧树脂粘上碎石，使之成为粗糙表面。柔性容器中装上模型土，用于相应的土－上部结构相互作用的振动台试验。该振动台试验柔性容器具有自重轻、构造简单、制作方便、经济的特点，而且圆筒体可以适用多向振动试验，柔性容器中的模型土在地震作用下以与原型自由场同样的方式变形，减少了边界条件的影响，成功的模拟了土体边界条件，为振动台试验提供了可靠保障。

Claims (4)

1.一种用于土与结构相互作用振动台试验的柔性容器，包括橡胶外壁（1）、钢筋环（2）、环形板（3）、底板（4）、支撑柱（5）、高度调节螺杆（6）、万向节（7）、钢梁（8）和底板支座（9），其特征在于：所述柔性容器为圆筒形结构，圆筒形柔性容器的侧壁采用橡胶膜，形成橡胶外壁（1）；圆筒形柔性容器的外侧采用钢筋作圆周式加固，形成钢筋环（2），每个钢筋环（2）通过钢筋焊接而成；圆筒形橡胶外壁（1）顶部通过螺栓与环形板（3）连接，底部通过螺栓与底板（4）连接；环形板（3）由均匀固定于底板（4）上的四根支撑柱（5）来支撑；支撑柱（5）内设置高度调节螺杆（6），以调节环形板（3）水平和使圆筒形柔性容器处于适当的状态；支撑柱（5）的柱顶设置万向节（7），使环形板（3）在振动时可侧向位移；环形板（3）底部和万向节（7）之间通过钢梁（8）连接；底板（4）与支撑柱（5）通过底板支座（9）连接；橡胶外壁（1）的内侧为粗糙表面，底板（4）上粘有碎石，使之成为粗糙表面，减少土与容器界面的相对滑移。

2.根据权利要求1所述的振动台试验柔性容器，其特征在于：橡胶外壁（1）选取Φ3000mm直径，使受边界影响较小的中心土体的范围较大，但应控制容器的尺寸和总重量分别在振动台尺寸和承载力范围以内，选取直径Φ3000mm的圆筒侧壁。

3.根据权利要求1所述的振动台试验柔性容器，其特征在于：橡胶外壁（1）材料的模量与土的模量相当，采用厚5mm的橡胶膜。

4.根据权利要求1所述的振动台试验柔性容器，其特征在于：橡胶外壁（1）外侧采用Φ4＠60钢筋作圆周式加固。