CN108426693A - 一种装配式叠层剪切箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟真实土层变形的叠层剪切箱，包括两个彼此平行的叠层框架和两个彼此平行的剪切框架，每一叠层框架的外侧设有桁架，桁架底通过螺钉连接在底板顶部；桁架靠近叠层框架一侧设有若干限位组件；桁架通过限位组件与叠层框架接触；剪切框架的两端与两个叠层框架的端部侧面转动连接；叠层框架由若干第一板件构成；每一第一板件顶面等距设有两个滑动组件；滑动组件包括与第一板件上表面垂直连接的两个相互平行的支撑座；两个支撑座之间设有与其垂直连接的第二转轴；第二转轴穿设有转球；第二转轴表面设有与其垂直的若干第二腔体；第二腔体内部设有与转球内部接触的钢珠。

Description

一种装配式叠层剪切箱

技术领域

本发明属于土木工程的地震模拟振动台试验领域，涉及一种装配式叠层剪切箱。

背景技术

地震模拟振动台可真实地再现地震作用，将地震激励施加在试验对象上，即可考察试验对象在地震荷载激励下的响应特征；基于目前地震模拟振动台台面尺寸和试验能力的限制，振动台试验通常为按一定相似关系缩尺的模型试验。

对于地下结构，土和结构的相互作用至关重要；因此，地下结构的模型试验，通常会根据试验需求，设置一个盛土的试验装置，待土和模型结构埋入容器内，在容器外部施加激励后开展试验。

对于地下结构的振动台模型试验，在箱体底部施加地震模拟激励，以获取土和模型结构在地震荷载作用下的响应；现实情况中，地下结构埋置于土中，结构的变形主要取决于土体的地震响应；因此，地下结构的地震模型试验，须获取准确的自由场场地响应。

叠层剪切箱已在国内外的振动台试验中广泛使用，叠层剪切箱通常由多层固定的金属叠层组成，叠层之间可发生相对错动，箱体装满土之后可近似模拟土体在地震荷载下的剪切变形；但土体真实的剪切变形是相对光滑的曲线，而固定的叠层发生的相对错动是类似于阶梯，并不能真实地反应土体的剪切变形；这会在一定程度上影响自由场变形的模拟，进而影响试验结果。

发明内容

本发明具体技术方案如下：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种装配式叠层剪切箱，包括两个彼此平行的叠层框架和两个彼此平行的剪切框架，每一所述叠层框架的外侧设有桁架，所述桁架底通过螺钉连接在底板顶部；所述桁架靠近所述叠层框架一侧设有若干限位组件；所述桁架通过限位组件与所述叠层框架接触；所述剪切框架的两端与两个所述叠层框架的端部侧面转动连接；所述叠层框架由若干第一板件构成；每一所述第一板件顶面等距设有两个滑动组件；所述滑动组件包括与所述第一板件上表面垂直连接的两个相互平行的支撑座；两个所述支撑座之间设有与其垂直连接的第二转轴；所述第二转轴穿设有转球；所述第二转轴表面设有与其垂直的若干第二腔体；所述第二腔体内部设有与所述转球内部接触的钢珠。

优化的，所述限位组件包括与所述底板垂直连接的伸缩杆；所述伸缩杆由多个连杆套接而成，每一连杆靠近所述叠层框架的一侧均设有第一腔体；所述第一腔体内部设有与所述叠层框架接触的圆球；所述第一腔体内部设有若干与其内壁垂直的第三腔体；所述第三腔体内部设有与所述圆球接触的圆珠。

优化的，所述剪切框架层数与所述叠层框架层数相等，所述剪切框架由若干彼此平行的第二板件构成，所述第二板件两端分别设有与其水平连接的第一转轴；所述第一转轴另一端与所述轴承转动连接。

优化的，所述桁架包括两个相互平行的支撑架，两个支撑架分别设置在所述叠层框架的外侧，所述支撑架与所述叠层框架之间留有间隙；两个所述支撑架顶端设有一个固定框架；所述固定框架两端通过角钢与所述支撑架螺栓连接。

优化的，所述剪切框架的外侧靠近两端的位置分别设有彼此平行的两个复位组件；所述复位组件包括设于同一第二板件上的两个支座；两个所述支座之间设有与其固定连接的固定轴；所述固定轴上穿设有两个均等分布的滚球轴承；所述滚球轴承与所述剪切框架外侧之间设有间隙；所述剪切框架外侧设有两个薄板；每一所述薄板穿过每一间隙与所述剪切框架接触，所述薄板另一侧与所述滚球轴承不接触；所述薄板底端与剪切框架底端铰支连接。

优化的，所述第一板件底面横向设有与所述滑动组件匹配的滑槽；所述第一板件两端一侧面设有与其固定连接的轴承。

优化的，所述叠层框架和剪切框架内部设有铺贴的橡胶膜。

优化的，所述支撑架为两个相同的框架结构固定连接，每个框架结构包括正方形框架和交叉支架；所述交叉支架四个角与所述正方形框架四个角焊接。

优化的，所述橡胶膜的厚度不超过5cm。

优化的，所述第一腔体剖面为弧形，所述第一腔体开口处距离小于所述圆球的最大直径。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种装配式叠层剪切箱，本箱体的剪切框架可随土体发生转动，使土体产生类似于真实情况下的剪切变形；可基本消除剪切框架对土体剪切变形的影响；此外，本发明配备侧向的限位桁架，可消除箱体多余的位移和转动自由度，并且螺丝连接和叠层的组装方式，方便箱体的拆卸，从而达到方便运输目的，本发明重量轻，结构形式简易，造价适中，可在考虑土结构相互作用的地震模拟振动台试验中推广。

附图说明

图1为本发明一种装配式叠层剪切箱的整体拆装图；

图2为本发明一种装配式叠层剪切箱的叠层框架和剪切框架的俯视图；

图3为本发明一种装配式叠层剪切箱的滑动组件结构图；

图4为本发明图3A-A向剖视图；

图5为本发明图2R区域的X向视图；

图6为本发明一种装配式叠层剪切箱的支撑架示意图；

图7为本发明一种装配式叠层剪切箱的第一板件滑槽结构图；

图8为本发明一种装配式叠层剪切箱的限位组件结构示意图；

图9为本发明图8B处剖视图；

图10为本发明一种装配式叠层剪切箱的第一腔体剖面为弧形示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

实施例1

请参阅图1、图3和图4所述，所示，一种装配式叠层剪切箱，包括两个彼此平行的叠层框架1和两个彼此平行的剪切框架2，每一所述叠层框架1的外侧设有桁架5，所述桁架5底通过螺钉连接在底板8顶部；所述桁架5靠近所述叠层框架1一侧设有若干限位组件513；所述桁架5通过限位组件513与所述叠层框架1接触；所述剪切框架2的两端与两个所述叠层框架1的端部侧面转动连接；所述叠层框架1由若干第一板件11构成；每一所述第一板件11顶面等距设有两个滑动组件6；所述滑动组件6包括与所述第一板件11上表面垂直连接的两个相互平行的支撑座63；两个所述支撑座6之间设有与其垂直连接的第二转轴62；所述第二转轴62穿设有转球61；所述第二转轴62表面设有与其垂直的若干第二腔体65；所述第二腔体65内部设有与所述转球61内部接触的钢珠64；钢珠可在第二腔体内部自由转动，转球与钢珠的接触点能够沿着板件滑动方向自由转动，设置成对的滑动组件起着层与层之间稳定连接的作用；使剪切箱达到切向变形的目的，滑动组件的存在是为了降低第一板件连接时之间的摩擦力。

使用时，把箱体放置在实验台上，将土体放置在箱体内，自箱体底部输入单向的地震荷载，土体受振动发生连续的剪切变形，本箱体的剪切框架可随土体发生转动，使土体产生类似于真实情况下的剪切变形，由于叠层框架1每层通过滑动组件连接，所以叠层框架1会随着土体的变形发生切向位移，由于限位桁架，可消除箱体多余的位移和转动自由度，所以剪切框架2随着叠层框架1产生相对剪切位移，可在边界处使产生连续的剪切变形。

实施例2

请参阅图6、图8和图9所述，作为本发明的一种技术优化方案，与实施例1区别在于，所述限位组件513包括与所述底板8垂直连接的伸缩杆5131；所述伸缩杆5131由多个连杆套接而成，每一连杆靠近所述叠层框架1的一侧均设有第一腔体5133；所述第一腔体5133内部设有与所述叠层框架1接触的圆球5132；所述第一腔体5133内部设有若干与其内壁垂直的第三腔体5135；所述第三腔体5135内部设有与所述圆球5133接触的圆珠5134；圆珠可在第三腔体内自由转动，圆珠和圆球的接触点可自由转动，圆球可在第一腔体内部自由转动；需要说明的是每一连杆上的圆球大小不同，且均与所述叠层框架接触，伸长伸缩杆圆球与叠层框架的的接触接触间隔点增大，从而增强限制土箱移动方向的作用，又达到降低物体接触之间的摩擦作用。

使用时，圆球与圆珠之间的接触，转动时摩擦力更小，对位移检测出的结果更加准确；伸缩的目的使为了增大限位组件与叠层框架的接触面积；从而增强土箱的稳定性。

实施例3

请参阅图5所示，作为本发明的一种技术优化方案，与实施例2区别在于，所述剪切框架2层数与所述叠层框架1层数相等，所述剪切框架2由若干彼此平行的第二板件21构成，所述第二板件21两端分别设有与其水平连接的第一转轴3；所述第一转轴3另一端与所述轴承4转动连接；使所述第二板件相对于第一板件在箱体内中的土体发生变形时，能够使第二板件自身达到自由转动的作用，从而降低由于箱体刚性的作用而使土体的变形受到约束的目的，且随着土体的变形，第二板件通过第一转轴与轴承相对转动，从而使土体的变形能够在箱体外在表现出曲线型，增大实验的准确性。

使用时与第一板件转动连接，随着箱体内部的土体发生变形，从而带动剪切箱的第二板件发生变形，由于叠层框架的约束和叠层框架可滑动的能力，使剪切框架发生切向位移。

实施例4

请参阅图1所示，作为本发明的一种技术优化方案，与实施例3区别在于，所述桁架5包括两个相互平行的支撑架51，两个支撑架51分别设置在所述叠层框架1的外侧，所述支撑架51与所述叠层框架1之间留有间隙；两个所述支撑架51顶端设有一个固定框架52；所述固定框架52两端通过角钢与所述支撑架51螺栓连接；限位桁架5的存在可限制箱体在振动方向之外的位移和转动自由度，保证土体发生自由的剪切变形。

实施例5

请参阅图1所示，作为本发明的一种技术优化方案，与实施例4区别在于，所述剪切框架2的外侧靠近两端的位置分别设有彼此平行的两个复位组件22；所述复位组件22包括设于同一第二板件21上的两个支座221；两个所述支座221之间设有与其固定连接的固定轴222；所述固定轴222上穿设有两个均等分布的滚球轴承223；所述滚球轴承223与所述剪切框架2外侧之间设有间隙；所述剪切框架2外侧设有两个薄板224；每一所述薄板224穿过每一间隙与所述剪切框架2接触，所述薄板224另一侧与所述滚球轴承223不接触；所述薄板224底端与剪切框架2底端铰支连接；起着为土箱提供“回复力”的作用。

使用时，当土箱发生切向变形时，为了使土箱进行恢复，设置一薄板；提供的薄板在发生变形是属于弹性形变的，因此具有弹性恢复力。

实施例6

作为本发明的一种技术优化方案，与实施例5区别在于，请参阅图7所示，所述第一板件11底面横向设有与所述滑动组件6匹配的滑槽111；所述第一板件11两端一侧面设有与其固定连接的轴承4；达到层与层之间滑动连接的作用。

使用时，受到土体传递过来的力，使相邻的第一板件之间通过滑动组件进行切向运动，发生切向变形。

实施例7

作为本发明的一种技术优化方案，与实施例6区别在于，所述叠层框架1和剪切框架2内部设有铺贴的橡胶膜7；橡胶膜7是防止土体从缝隙中漏出箱体，所述橡胶膜在图中没有显示。

实施例8

请参阅图5所述，作为本发明的一种技术优化方案，与实施例7区别在于，所述支撑架51为两个相同的框架结构固定连接，每个框架结构包括正方形框架511和交叉支架512；所述交叉支架512四个角与所述正方形框架511四个角焊接。

实施例9

作为本发明的一种技术优化方案，与实施例8区别在于，本实施例所述橡胶膜7的厚度采用3cm；降低橡胶膜的波阻抗，增强剪切刚度和重量。

实施例10

作为本发明的一种技术优化方案，与实施例9区别在于，请参阅图10所示，所述第一腔体5133剖面的为弧形，所述第一腔体5133剖面为弧形，所述第一腔体5133开口处距离小于所述圆球5132的最大直径；保证圆球转动的同时不从腔体内部飞出。

Claims (10)

1.一种装配式叠层剪切箱，包括两个彼此平行的叠层框架(1)和两个彼此平行的剪切框架(2)，其特征在于：每一所述叠层框架(1)的外侧设有桁架(5)，所述桁架(5)底通过螺钉连接在底板(8)顶部；所述桁架(5)靠近所述叠层框架(1)一侧设有若干限位组件(513)；所述桁架(5)通过限位组件(513)与所述叠层框架(1)接触；所述剪切框架(2)的两端与两个所述叠层框架(1)的端部侧面转动连接；所述叠层框架(1)由若干第一板件(11)构成；每一所述第一板件(11)顶面等距设有两个滑动组件(6)；所述滑动组件(6)包括与所述第一板件(11)上表面垂直连接的两个相互平行的支撑座(63)；两个所述支撑座(6)之间设有与其垂直连接的第二转轴(62)；所述第二转轴(62)穿设有转球(61)；所述第二转轴(62)表面设有与其垂直的若干第二腔体(65)；所述第二腔体(65)内部设有与所述转球(61)内部接触的钢珠(64)。

2.根据权利要求1所述的一种装配式叠层剪切箱，其特征在于：所述限位组件(513)包括与所述底板(8)垂直连接的伸缩杆(5131)；所述伸缩杆(5131)由多个连杆套接而成，每一连杆靠近所述叠层框架(1)的一侧均设有第一腔体(5133)；所述第一腔体(5133)内部设有与所述叠层框架(1)接触的圆球(5132)；所述第一腔体(5133)内部设有若干与其内壁垂直的第三腔体(5135)；所述第三腔体(5135)内部设有与所述圆球(5133)接触的圆珠(5134)。

3.根据权利要求2所述的一种装配式叠层剪切箱，其特征在于：所述剪切框架(2)层数与所述叠层框架(1)层数相等，所述剪切框架(2)由若干彼此平行的第二板件(21)构成，所述第二板件(21)两端分别设有与其水平连接的第一转轴(3)；所述第一转轴(3)另一端与所述轴承(4)转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种装配式叠层剪切箱，其特征在于：所述桁架(5)包括两个相互平行的支撑架(51)，两个支撑架(51)分别设置在所述叠层框架(1)的外侧，所述支撑架(51)与所述叠层框架(1)之间留有间隙；两个所述支撑架(51)顶端设有一个固定框架(52)；所述固定框架(52)两端通过角钢与所述支撑架(51)螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的一种装配式叠层剪切箱，其特征在于：所述剪切框架(2)的外侧靠近两端的位置分别设有彼此平行的两个复位组件(22)；所述复位组件(22)包括设于同一第二板件(21)上的两个支座(221)；两个所述支座(221)之间设有与其固定连接的固定轴(222)；所述固定轴(222)上穿设有两个均等分布的滚球轴承(223)；所述滚球轴承(223)与所述剪切框架(2)外侧之间设有间隙；所述剪切框架(2)外侧设有两个薄板(224)；每一所述薄板(224)穿过每一间隙与所述剪切框架(2)接触，所述薄板(224)另一侧与所述滚球轴承(223)不接触；所述薄板(224)底端与剪切框架(2)底端铰支连接。

6.根据权利要求1所述的一种装配式叠层剪切箱，其特征在于：所述第一板件(11)底面横向设有与所述滑动组件(6)匹配的滑槽(111)；所述第一板件(11)两端一侧面设有与其固定连接的轴承(4)。

7.根据权利要求1所述的一种装配式叠层剪切箱，其特征在于：所述叠层框架(1)和剪切框架(2)内部设有铺贴的橡胶膜(7)。

8.根据权利要求4所述的一种装配式叠层剪切箱，其特征在于：所述支撑架(51)为两个相同的框架结构固定连接，每个框架结构包括正方形框架(511)和交叉支架(512)；所述交叉支架(512)四个角与所述正方形框架(511)四个角焊接。

9.根据权利要求1所述的一种装配式叠层剪切箱，其特征在于：所述橡胶膜(7)的厚度不超过5cm。

10.根据权利要求6所述的一种装配式叠层剪切箱，其特征在于：所述第一腔体(5133)剖面为弧形，所述第一腔体(5133)开口处距离小于所述圆球(5132)的最大直径。