CN105115687A - 一种叠层剪切箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠层剪切箱，用于解决现有剪切箱难以反映土层的实际地震响应的技术问题。该叠层剪切箱包括：刚性底座、叠层箱体、限位机构，侧限板；刚性底座安装在振动台上，叠层箱体位于刚性底座上面，在叠层箱体的两个第一侧面外设置有限位机构，限位机构固定在刚性底座上，在叠层箱体的两个第二侧面上均设置有侧限板；其中，第一侧面平行于振动台的振动方向，第二侧面垂直于振动方向。叠层剪切箱能够和原型基本保持一致，进行不同埋深管道在地震激励或断层错动模拟下试验均能够反映土层的实际地震响应，提高了油气管道抗震试验的准确性。

Description

一种叠层剪切箱

技术领域

本发明涉及抗震试验技术领域，尤其涉及一种叠层剪切箱。

背景技术

在油气管道抗震试验中，必须设计一个容器来盛放土体使其保持一定的形状。由于原型土在地震作用下近似做剪切变形，理想的土体容器应该满足以下条件：既能正确模拟土体的边界条件，又能正确模拟土体的剪切变形。事实上，土箱边界对土体变形的限制、以及波的发射和散射都会对试验结果产生较大影响，即所谓的“模型箱效应”。因此，如何减小土箱边界的波动反射就成了试验的关键和难点。

在目前的振动台试验中，在模拟土体剪切变形方面较为理想的模型箱为剪切箱。剪切箱通常是由10～20层钢框叠合而成，相邻两层钢框可以相对滑移。

但是由于现有剪切箱边界的波动反射较大而产生的边界效应，导致难以反映土层的实际地震响应。

上述论述的目的在于提供可能与下面将被描述和/或主张的本发明有关的背景信息和相关技术，以利于更好的理解本发明的各个方面。因此，应从这个角度阅读上述论述，而不是承认现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叠层剪切箱，减小边界效应的影响，以解决现有剪切箱难以反映土层的实际地震响应的技术问题。

本发明实施例提供的一种叠层剪切箱，包括：刚性底座、叠层箱体、限位机构，侧限板；所述刚性底座安装在振动台上，所述叠层箱体位于所述刚性底座上面，在所述叠层箱体的两个第一侧面外设置有所述限位机构，所述限位机构固定在所述刚性底座上，在所述叠层箱体的两个第二侧面上均设置有所述侧限板；其中，所述第一侧面平行于所述振动台的振动方向，所述第二侧面垂直于所述振动方向。

优选的，所述叠层箱体由多层矩形钢框架叠合而成，相邻两层所述矩形钢框架之间安装有滑动机构支撑。

优选的，所述叠层剪切箱还包括：橡胶垫，所述橡胶垫覆盖于所述叠层箱体的内壁。

优选的，所述叠层箱体的至少一个中间层的所述矩形钢框架为单侧开口矩形，所述叠层箱体的顶层所述矩形钢框架为封闭矩形，所述叠层箱体的底层所述矩形钢框架为封闭矩形。

优选的，所述侧限板包括多块独立钢板，多块所述独立钢板分别固定在所述第二侧面上。

优选的，所述限位机构为平行正对的至少两组矩形门架式框架。

优选的，所述刚性底座由组合钢梁和固定在所述组合钢梁上面的钢板组成。

优选的，所述滑动机构包括：导向槽，固定槽，滑动组件；所述导向槽固定在所述矩形钢框架的底部，所述固定槽固定在所述矩形钢框架的顶部，所述滑动组件设置在所述固定槽内，相邻两层所述矩形钢框架叠合时，下层所述矩形钢框架的所述固定槽插入到上层所述矩形钢框架的所述导向槽中；其中，所述滑动组件带动上层所述矩形钢框架沿所述导向槽移滑，使得相邻两层所述矩形钢框架间定向水平的相对滑移。

本发明提供的一个或多个技术方案，至少实现了如下技术效果或优点：

1、由于本发明实施例中的叠层剪切箱，叠层箱体位于刚性底座上面，则基于叠层箱体可以模拟出地基的水平层状变形；叠层箱体的两个第一侧面外设置有限位机构，限位机构固定在刚性底座上，则限位机构限制叠层箱体的垂直运动和平面扭转运动，在叠层箱体的两个第二侧面上均设置有侧限板。通过侧限板的数量能够改变叠层箱体的侧向刚度，基于上述三点优化了叠层剪切箱运动的独立性与相关性间的关系，从而减小了剪切箱边界的波动反射，因此，叠层剪切箱能够和原型基本保持一致，解决现有了剪切箱难以反映土层的实际地震响应的技术问题。进而由于叠层剪切箱能够和原型基本保持一致，不同埋深管道在地震激励或断层错动模拟下试验均能够反映土层的实际地震响应，提高了油气管道抗震试验的准确性。

2、由于本发明实施例中的叠层剪切箱，至少一个中间层的矩形钢框架为单侧开口矩形，可以配合外部加载装置安全使用，进而更好地用以研究不同埋深管道在同一断层错动作用下的力学性能。

3、本发明实施例中的叠层剪切箱构造简单，因此制作、安装和应用更方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中叠层剪切箱的主视图；

图2为本发明实施例中叠层剪切箱的左视图；

图3为本发明实施例中叠层剪切箱的右视图；

图4为本发明实施例中刚性底座的俯视图；

图5为本发明实施例中封闭钢框的俯视图；

图6为本发明实施例中开口钢框的俯视图；

图7为本发明实施例中一种滑动机构的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有剪切箱难以反映土层的实际地震响应的技术问题，本发明实施例提供了一种叠层剪切箱，总体思路如下：

设置叠层箱体位于刚性底座上面，则基于叠层箱体可以模拟出地基的水平层状变形；叠层箱体的两个第一侧面外设置有限位机构，限位机构固定在刚性底座上，则限位机构限制叠层箱体的垂直运动和平面扭转运动，在叠层箱体的两个第二侧面上均设置有侧限板，从而通过侧限板的数量能够改变叠层箱体的侧向刚度。

基于上述三点优化了叠层剪切箱运动的独立性与相关性间的关系，从而减小了剪切箱边界的波动反射，进而减小了边界效应，因此，叠层剪切箱能够和原型基本保持一致，解决现有了剪切箱难以反映土层的实际地震响应的技术问题。叠层剪切箱能够和原型基本保持一致，进行不同埋深管道在地震激励或断层错动模拟下试验均能够反映土层的实际地震响应，提高了油气管道抗震试验的准确性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1～图3所示，本发明实施例提供的叠层剪切箱，包括：刚性底座1、叠层箱体2、限位机构3，侧限板4。

其中，刚性底座1安装在振动台上，叠层箱体2位于刚性底座1上面，在叠层箱体2的两个第一侧面外设置有限位机构3，所设置的限位机构3的底端固定在刚性底座1上，在叠层箱体2的两个第二侧面上均设置有侧限板4。第一侧面平行于振动台的振动方向，第二侧面垂直于振动台的振动方向。

具体的，参考图4所示，刚性底座1由组合钢梁1-1与钢板1-2组成，钢板1-2焊接在组合钢梁1-1的上面。在具体实施过程中，组合钢梁1-1可以为矩形、“田”字型、“日”字型等等。其中，“田”字型的组合钢梁1-1的平衡性更好，能够防止在叠层剪切箱在吊装过程中出现危险情况。在组合钢梁1-1的边缘钢梁上开有多个安装孔1-3，所开安装孔1-3用于通过固定件固定刚性底座1到振动台上。

叠层箱体2由多层矩形钢框架叠合而成，相邻两层矩形钢框架之间安装有滑动机构5支撑。

具体的，由两种不同的矩形钢框架叠合形成叠层箱体2，一部分矩形钢框架为封闭矩形的封闭钢框6，封闭钢框6的具体形状参考图5所示。滑动机构5设置在封闭钢框6的相对两个边上。在具体实施过程中，封闭钢框6可以由4根直钢管焊接端部而成，封闭钢框6也可以通过固定件固定4根直钢管的端部而成，封闭钢框6还可以为一体成型。

另一部分矩形钢框架为单侧开口矩形的开口钢框7，开口钢框7的具体形状参考图6所示。在具体实施过程中，开口钢框7可以由5根直钢管焊接而成，也可以通过固定件固定5根直钢管的端部而成。其中，5根直钢管中：有3根相同长度的直钢管，其余2根直钢管的总长度小于前述3根直钢管的单个长度。形成开口钢框7也可以为一体成型、或者由封闭钢框6根据开口尺寸需求继续加工而成。

基于多层封闭钢框6和多层开口钢框7组合形成的叠层箱体2，叠层箱体2的至少一个中间层的矩形钢框架为开口钢框7，叠层箱体2顶层的矩形钢框架为封闭钢框6，叠层箱体2底层的矩形钢框架为封闭钢框6。

举例来说，如图1～图3所示的，叠层箱体2由13层矩形钢框架叠合而成，其中，由下至上的第4～6层矩形钢框架、第9～11层矩形钢框架为开口钢框7，其余各层矩形钢框架为封闭钢框6。

又比如，叠层箱体2由15层矩形钢框架叠合而成，由下至上的第4～6层矩形钢框架、第10～12层矩形钢框架为开口钢框7，其余各层矩形钢框架为封闭钢框6。针对叠层箱体2的叠合层数不同，本领域技术人员可以根据上述两个举例知晓封闭钢框6和开口钢框7的设置位置，因此，本文不进行穷举。

在具体实施过程中，滑动机构5的结构可以有多种实施方式，从而来实现相邻两层矩形钢框架的相对滑移。

实施方式一：滚柱式；具体的，在矩形钢框架上固定有滚槽、滚柱置于滚槽内。

实施方式二：滚珠式；具体的，在矩形钢框架上固定有滑槽，滚珠置于滑槽内。

实施方式三：参考图7所示，滑动机构5包括导向槽5-1、固定槽5-2，滑动组件，具体的，除了底层的矩形钢框架，在其他每个矩形钢框架的底部固定有导向槽5-1，除了顶层的矩形钢框架，在其他每个矩形钢框架的顶部固定有固定槽5-2，滑动组件设置在固定槽5-2内；相邻两层矩形钢框架叠合时，下层矩形钢框架的固定槽5-2插入到上层矩形钢框架的导向槽5-1中，所述滑动组件带动上层矩形钢框架沿导向槽5-1移滑，使得相邻两层矩形钢框架间定向水平的相对滑移。具体的，每个滑动组件由一个固定轴5-3与穿套在固定轴5-3上的一个或多个深沟球轴承5-4组成。

进一步，本发明实施例中的叠层剪切箱2还包括橡胶垫，橡胶垫覆盖于叠层箱体2的内壁。通过螺栓等固定件固定橡胶垫在叠层箱体2的内壁。从而，形成内衬式的橡胶垫，可以防止土体从相邻矩形钢框架的间隙漏出。

具体的，第二侧面为垂直于振动方向的每个侧面，即：两个垂直于振动台的振动方向的侧面均设置有侧限板4，每侧的侧限板4有多块独立钢板。具体实施过程中，可以根据需求选择每侧的侧限板4的独立钢板组成数量，从而通过选择侧限板4的独立钢板组成数量改变叠层箱体2的侧向刚度。比如，如图2和图3所示的，每侧的侧限板4有三块，分别为独立钢板，每块独立钢板上开有安装孔4-1，通过固定件穿过安装孔4-1来固定侧限板4到叠层箱体2的第二侧面上。

具体的，第一侧面为平行于振动方向的每个侧面，即：平行于振动方向的每个侧面外均设置有限位机构3。在具体实施过程中，限位机构3为平行正对的至少两组矩形门架式框架，比如，如图1所示，限位机构3为平行正对的两组矩形门架式框架组成，从而限制叠层箱体2的垂直运动和平面扭转运动。

下面结合图1～图7给出本发明的一个实例，对本发明所提供的叠层剪切箱加以说明，但是不用于限制本发明。

叠层箱体2的尺寸为：长2.10m，宽1.60m，高1.57m，叠层箱体2通过刚性底座1上安装在振动台的台面上。

叠层箱体2采用13层矩形钢框架叠合而成，每层矩形钢框架的高100mm，每层矩形钢框架由4根方形钢管焊接而成，由下向上4～6层、9～11层矩形钢框架均为单侧开口的开口钢框7，其余各层矩形钢框架均为封闭钢框6组成。相邻两层矩形钢框架的间隙为22.5mm，由固定槽5-2内的滑动组件支撑，能使相邻两层矩形钢框架之间产生定向水平相对滑移。

在进行地震激励试验时，平行于振动方向的每个侧面设置由2组矩形门架式框架组成有限位机构3，每组矩形门架式框架的底端焊接在刚性底座1上；垂直于振动方向的每个侧面固定有3块独立钢板组成的侧限板4，每块独立钢板的尺寸均为1.57m×0.44m，侧限板4通过螺栓固定在叠层箱体2的每个平行于振动方向的外壁；叠层箱体2的内壁通过螺栓固定，使橡胶垫始终附于叠层箱体2的内壁上。

通过上述本发明提供的一个或多个实施例，至少实现了如下技术效果或优点：

1、由于本发明实施例中的叠层剪切箱设置了叠层箱体，叠层箱体位于刚性底座上面，则基于叠层箱体可以模拟出地基的水平层状变形；叠层箱体的两个第一侧面外设置有限位机构，限位机构固定在刚性底座上，则限位机构限制叠层箱体的垂直运动和平面扭转运动，在叠层箱体的两个第二侧面上均设置有侧限板。通过侧限板的数量能够改变叠层箱体的侧向刚度，基于上述三点优化了叠层剪切箱运动的独立性与相关性间的关系，从而减小了剪切箱边界的波动反射，进而减小了边界效应，因此，叠层剪切箱能够和原型基本保持一致，解决现有了剪切箱难以反映土层的实际地震响应的技术问题。叠层剪切箱能够和原型基本保持一致，进行不同埋深管道在地震激励或断层错动模拟下试验均能够反映土层的实际地震响应，提高了油气管道抗震试验的准确性。

2、由于本发明实施例中的叠层剪切箱，至少一个中间层的所述矩形钢框架为单侧开口矩形，可以配合外部加载装置安全使用，进而能够更好地用以研究不同埋深管道在同一断层错动作用下的力学性能。

3、本发明实施例中的叠层剪切箱构造简单，因此制作、安装和应用方便更方便。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种叠层剪切箱，其特征在于，包括：刚性底座、叠层箱体、限位机构，侧限板；

所述刚性底座安装在振动台上，所述叠层箱体位于所述刚性底座上面，在所述叠层箱体的两个第一侧面外设置有所述限位机构，所述限位机构固定在所述刚性底座上，在所述叠层箱体的两个第二侧面上均设置有所述侧限板；

其中，所述第一侧面平行于所述振动台的振动方向，所述第二侧面垂直于所述振动方向。

2.如权利要求1所述的叠层剪切箱，其特征在于，所述叠层箱体由多层矩形钢框架叠合而成，相邻两层所述矩形钢框架之间安装有滑动机构支撑。

3.如权利要求2所述的叠层剪切箱，其特征在于，所述叠层剪切箱还包括：橡胶垫，所述橡胶垫覆盖于所述叠层箱体的内壁。

4.如权利要求2所述的叠层剪切箱，其特征在于，所述叠层箱体的至少一个中间层的所述矩形钢框架为单侧开口矩形，所述叠层箱体的顶层所述矩形钢框架为封闭矩形，所述叠层箱体的底层所述矩形钢框架为封闭矩形。

5.如权利要求1所述的叠层剪切箱，其特征在于，所述侧限板包括多块独立钢板，多块所述独立钢板分别固定在所述第二侧面上。

6.如权利要求1所述的叠层剪切箱，其特征在于，所述限位机构为平行正对的至少两组矩形门架式框架。

7.如权利要求1所述的叠层剪切箱，其特征在于，所述刚性底座由组合钢梁和固定在所述组合钢梁上面的钢板组成。

8.如权利要求2所述的叠层剪切箱，其特征在于，所述滑动机构包括：导向槽，固定槽，滑动组件；

所述导向槽固定在所述矩形钢框架的底部，所述固定槽固定在所述矩形钢框架的顶部，所述滑动组件设置在所述固定槽内，相邻两层所述矩形钢框架叠合时，下层所述矩形钢框架的所述固定槽插入到上层所述矩形钢框架的所述导向槽中；

其中，所述滑动组件带动上层所述矩形钢框架沿所述导向槽移滑，使得相邻两层所述矩形钢框架间定向水平的相对滑移。