CN108489693A - 一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，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，剪切框架的两端与两个叠层框架的端部侧面转动连接；叠层框架和剪切框架内部设有铺贴的橡胶膜；底板两端和前后两侧顶部分别设有卡条；底板两端顶部设有通过卡条与其滑动连接的粘弹性组件；粘弹性组件包括与底板卡合连接的横板和竖板，横板和竖板结构相同；横板底部设有卡槽，卡槽与卡条相匹配两者能够滑动卡合；横板内壁设有若干竖直的阻尼卡槽；横板与叠层框架之间设有与其卡合的阻尼器和弹簧；竖板与剪切框架之间设有与其卡合的阻尼器和弹簧；阻尼器与弹簧并联。

Description

一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱

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，涉及一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱。

背景技术

大量工程实践表明，在高层建筑、高拱坝、核电站等重大结构动力反应分析中，刚性地基假定不尽合理，无限地基能量辐射效应的影响越来越重要；因此，结构体系尤其是地下结构的动力反应分析应合理考虑地基土与结构相互作用。

对于地下结构的抗震问题，土和结构的相互作用至关重要；因此，地下结构的振动台模型试验，通常会根据试验需求，设置一个盛土的试验装置，待土和模型结构装入容器内，在容器外部施加地震模拟激励后开展试验。

地基和结构相互作用中，地基介质可分为两部分：与结构相邻的有限域与其外围的地基无限域，而无限地基的模拟是结构与地基动力相互作用分析中的核心问题之一，一般的试验土箱由于模型试验比例的问题，其截取的地基范围有限，其箱体的边界距离结构体太近，而无法模拟试验体外围的无限地基。

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，本发明提供了一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，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，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；所述叠层框架和剪切框架内部设有铺贴的塑料膜；底板两端和前后两侧顶部分别设有卡条；所述底板两端顶部设有通过卡条与其滑动连接的粘弹性组件；所述粘弹性组件包括与所述底板卡合连接的第一竖板和第二竖板，所述第一竖板和第二竖板结构相同；所述第一竖板底部设有卡槽，所述卡槽与所述卡条相匹配两者能够滑动卡合；所述第一竖板内壁设有若干竖直的阻尼卡槽；所述第一竖板与所述叠层框架之间设有与其卡合的阻尼器和弹簧；所述第二竖板与所述剪切框架之间设有与其卡合的阻尼器和弹簧；所述阻尼器与所述弹簧并联。

优化的，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，所述第一板件外侧的竖直方向上设有若干与所述第一竖板上阻尼卡槽相同的阻尼卡槽。

优化的，所述第二板件外侧的竖直方向上设有若干与所述第一竖板上阻尼卡槽相同的阻尼卡槽。

优化的，所述阻尼器一端与所述弹簧一端固定连接；所述阻尼器另一端和所述弹簧另一端分别设有与所述阻尼卡槽匹配的滑块。

优化的，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，所述塑料膜的厚度不超过5cm。

优化的，所述叠层框架可设为圆形，外围套设有与所述底座螺丝连接的圆筒；所述圆筒与所述圆形叠层框架之间卡合连接阻尼器和弹簧。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，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；通过在模型土箱外围增加弹簧和阻尼器组成的粘弹性人工边界，来模拟的真实的地基边界条件，其弹簧刚度和边界阻尼可以根据欲模拟的场地土物理力学性质及动力特性自由调节设置；可基本消除剪切框架对土体剪切变形的影响，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模拟试验体外围的无限地基；本发明重量轻，结构形式简易，造价适中，方便箱体的拆卸，从而达到方便运输目的，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为本发明一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱拆分图；

图2为本发明叠层框架和剪切框架的俯视图；

图3为本发明一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱整体俯视图；

图4为本发明滑动组件结构图；

图5为本发明图4A-A向剖视图；

图6为本发明图2R区域的X向剖视图；

图7为发明一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱第一板件滑槽结构图；

图8为本发明一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱圆形叠层框架俯视图。

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到图3所示，一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，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，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和剪切框架2内部设有铺贴的塑料膜7；底板8两端和前后两侧顶部分别设有卡条81；所述底板8两端顶部设有通过卡条81与其滑动连接的粘弹性组件9；所述粘弹性组件9包括与所述底板8卡合连接的第一竖板91和第二竖板92，所述第一竖板91和第二竖板92结构相同；所述第一竖板91底部设有卡槽911，所述卡槽911与所述卡条81相匹配两者能够滑动卡合；所述第一竖板91内壁设有若干竖直的阻尼卡槽912；所述第一竖板91与所述叠层框架1之间设有与其卡合的阻尼器94和弹簧93；所述第二竖板92与所述剪切框架2之间设有与其卡合的阻尼器94和弹簧93；所述阻尼器94与所述弹簧93并联；增加剪切框架2与第一竖板91之间的粘弹性，提高模拟真实性的目的；使剪切箱达到切向变形的目的；塑料膜7是防止土体从缝隙中漏出箱体，所述塑料膜在图中没有显示；三角板架是起着对阻尼器支撑作用，同时支撑采用三角板的形式，可加强构件的稳定性，设有的粘弹性组件是降低近场地基与远场地基的边界特性差异，提高模拟的真实性。

需要说明的是第一竖板和第二竖板与底板卡合后，第一竖板与第二竖板首尾通过螺丝连接固定。

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运动，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，为降低一般土箱边界对近场地基土的影响，采用粘弹性组件，当土箱发生切向变形时，弹簧受到叠层框架传递的剪切力作用发生伸长或收缩，弹簧的伸长或收缩又带动阻尼器工作，从而模拟试验土箱的粘弹性边界条件，模拟远场地基的真实影响；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

请继续参阅图1所示，作为本发明的一种技术优化方案，与实施例1的区别在于，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；请参阅图7所述，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3

请继续参阅图1所示，作为本发明的一种技术优化方案，与实施例2的区别在于，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，请参阅图6所述，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连续变形，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的区别在于，所述第一板件11外侧的竖直方向上设有若干与所述第一竖板91上阻尼卡槽912相同的阻尼卡槽912。

作为本发明的一种技术优化方案，与实施例4的区别在于，所述第二板件21外侧的竖直方向上设有若干与所述第一竖板91上阻尼卡槽912相同的阻尼卡槽912。

请参阅图3所示，作为本发明的一种技术优化方案，所述阻尼器94一端与所述弹簧93一端固定连接；所述阻尼器94另一端和所述弹簧93另一端分别设有与所述阻尼卡槽912匹配的滑块95。

实施例5

请参阅4和图5所述，作为本发明的一种技术优化方案，与实施例5的区别在于，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。

实施例6

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

实施例7

请参阅图8所示，作为本发明的一种技术优化方案，所述叠层框架1本实施例可设为圆形，外围套设有与所述底座8螺丝连接的圆筒10；所述圆筒10与所述圆形叠层框架1之间卡合连接阻尼器94和弹簧93；设为圆形剪切框架是达到360度的剪切目的。

Claims (9)

1.一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，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：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)和剪切框架(2)内部设有铺贴的塑料膜(7)；底板(8)两端和前后两侧顶部分别设有卡条(81)；所述底板(8)两端顶部设有通过卡条(81)与其滑动连接的粘弹性组件(9)；所述粘弹性组件(9)包括与所述底板(8)卡合连接的第一竖板(91)和第二竖板(92)，所述第一竖板(91)和第二竖板(92)结构相同；所述第一竖板(91)底部设有卡槽(911)，所述卡槽(911)与所述卡条(81)相匹配两者能够滑动卡合；所述第一竖板(91)内壁设有若干竖直的阻尼卡槽(912)；所述第一竖板(91)与所述叠层框架(1)之间设有与其卡合的阻尼器(94)和弹簧(93)；所述第二竖板(92)与所述剪切框架(2)之间设有与其卡合的阻尼器(94)和弹簧(93)；所述阻尼器(94)与所述弹簧(93)并联。

2.根据权利要求1所述的一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，其特征在于：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)。

3.根据权利要求2所述的一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，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2所述的一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，其特征在于：所述第一板件(11)外侧的竖直方向上设有若干与所述第一竖板(91)上阻尼卡槽(912)相同的阻尼卡槽(912)。

5.根据权利要求3所述的一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，其特征在于：所述第二板件(21)外侧的竖直方向上设有若干与所述第一竖板(91)上阻尼卡槽(912)相同的阻尼卡槽(912)。

6.根据权利要求1所述的一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，其特征在于：所述阻尼器(94)一端与所述弹簧(93)一端固定连接；所述阻尼器(94)另一端和所述弹簧(93)另一端分别设有与所述阻尼卡槽(912)匹配的滑块(95)。

7.根据权利要求2所述的一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，其特征在于：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)。

8.根据权利要求1所述的一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，其特征在于：所述塑料膜(7)的厚度不超过5cm。

9.根据权利要求1所述的一种模拟粘弹性边界的装配式模型土箱，其特征在于：所述叠层框架(1)可设为圆形，外围套设有与所述底座(8)螺丝连接的圆筒(10)；所述圆筒(10)与所述圆形叠层框架(1)之间卡合连接阻尼器(94)和弹簧(93)。