CN109186907B - 一种用于多振动台试验的双向剪切箱 - Google Patents

一种用于多振动台试验的双向剪切箱 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于多振动台试验的双向剪切箱，包括交替线性排列的主动箱和带支撑托架的从动箱构成的箱体队列；箱体队列首尾均为主动箱，每个主动箱的刚性底板分别固定在不同的振动台上，从动箱的刚性底板与支撑托架为活动连接，相邻的刚性底板之间为活动连接；箱体队列由分别位于每个主动箱四角且底部固定在相应振动台上的立柱和若干与立柱通过铰接装置形成活动连接的环形层状框架在高度方向叠合而成，每层层状框架之间设有可在两个方向滑动的层间滑动装置；层状框架设有联动、限位装置，立柱顶端加固横梁。通过不同振动台输入的激励和可拆卸、调整的限位、联动装置，使箱体传导到土体和地下结构的激励产生多种变化和组合，使得模拟地下结构在非一致地震动激励下的响应更真实、准确。

Description

一种用于多振动台试验的双向剪切箱
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种用于多振动台试验的双向剪切箱。
背景技术
由于地下结构的地震响应受地基土的变形影响较大，在进行振动台模拟试验时，需要将地下结构埋置于土体中，盛于容器内，再置于振动台上。为减小容器对土体产生的“边界效应”，通常采用层叠框架叠合而成的剪切箱，但现有方案大多为只能输入单向激励的剪切箱，或只能放在单个振动台上的剪切箱，无法进行非一致地震激励下地下结构的振动台试验。
史晓军等在《层状双向剪切模型箱的设计及振动台试验验证》中设计的双向剪切箱可用于多振动台试验，但箱体不连续，使振动台之间的地下结构暴露在土体外，不能很好地反映土体连续性。
韩俊艳等在《土工振动台试验连续体模型箱的适用性研究》中采用了柔性箱体做为不同振动台上箱体的连接部分，但振动台上安装的是刚性箱体，其模拟效果不如剪切箱。
中国专利申请CN108318329A公开了一种可用于多振动台的连续剪切箱，但该发明只能输入单向激励。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于多振动台试验的双向剪切箱，使地下结构在振动台模拟实验时能够受到来自多个激励源的、连续的土体影响，并且可分别输入两个单一方向的地震动激励。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种用于多振动台试验的双向剪切箱，其特征在于：包括交替线性排列的主动箱和带支撑托架的从动箱构成的箱体队列；所述的箱体队列首尾均为主动箱，每个主动箱的下方设有一个振动台，各主动箱的刚性底板固定在不同的振动台上，从动箱的刚性底板与支撑托架为活动连接，相邻的刚性底板之间为活动连接；所述的箱体队列由分别位于每个主动箱的四角且底部固定在相应振动台上的立柱和若干与立柱通过铰接装置形成环状活动连接的层状框架在高度方向等间距叠合而成，每层层状框架之间设有可在两个方向滑动的层间滑动装置；层状框架设有联动装置和限位装置，立柱顶端加固横梁。
按上述方案，所述的层状框架的底层固定在刚性底板上，所述的层间滑动装置由固定在层状框架的上下侧面的带滑动槽的钢板垫和槽中的滑动件组成，滑动槽的方向与层状框架的长度方向垂直。
按上述方案，所述的层状框架由模型箱X向侧面框架和模型箱Y向侧面框架组成，其中X向为箱体队列的长度方向，Y向为水平面内与X向垂直的方向。
进一步的，所述的模型箱Y向侧面框架仅设置于箱体队列的两个Y向端面，主动箱与从动箱之间不设模型箱Y向侧面框架，使箱体队列内部连通形成容器。
进一步的，所述的铰接装置包括立柱侧面的等间距水平方向的滑动槽和设在每个模型箱X向侧面框架和模型箱Y向侧面框架两端的滑动件，滑动件能在滑动槽中滑动，使得模型箱Y向侧面框架与立柱在YZ平面内铰接且在XY平面内滑动连接，模型箱X向侧面框架与立柱在XZ平面内铰接且在XY平面内滑动连接，其中Z向为与XY平面垂直的方向。
进一步的，所述的联动装置包括沿Y向可拆卸式安装在同一层层状框架两侧的模型箱X向侧面框架上的钢筋和固定螺栓。
按上述方案，所述的限位装置包括可拆卸式安装在层状框架的外侧面的U型框架、插装在U型框架内且可拆卸式安装在振动台上的厚度可调的钢板。
按上述方案，所述的横梁固定在主动箱和从动箱之间的一对立柱的顶端。
按上述方案，所述的支撑托架的高度可调使从动箱与主动箱的刚性底板高度一致。
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种用于多振动台试验的双向剪切箱为层状剪切箱，可有效地减小振动台试验中边界效应的不利影响。
2.模型箱X向侧面框架和模型箱Y向侧面框架均可在水平面内沿与框架长度方向垂直的方向来回滑动，使得进行振动台试验时可分别输入两个单一方向的地震动激励。
3.箱体队列可以安装在多个不同的振动台上，通过从动箱的刚性底板与模型箱X向侧面框架形成的从动箱作为固定在振动台上的主动箱的连接部分，使包裹在地下结构外的土体连续。
4.通过控制箱体队列X向侧面和Y向侧面的刚度、协同性等措施，实现多个振动台台面引起的离散多点非一致输入到实际连续非一致激励的等效转换，最终实现对地下结构在非一致地震动激励作用下地震响应的模拟。
附图说明
图1为本发明实施例的立体图。
图2为本发明实施例的主视图。
图3为本发明实施例的俯视图。
图4为本发明实施例的左视图。
图5为本发明实施例的铰接装置示意图。
图6为本发明实施例的联动装置示意图。
其中：1.振动台；2.模型箱Y向侧面框架；3.模型箱X向侧面框架；4.立柱；5.U型框架；6.钢板；7.支撑托架；8.层间滑动装置；9.铰接装置；10.主动箱；11.从动箱；12.刚性底板；13.固定螺栓；14.钢筋；15.横梁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1至图5，本发明的一种用于多振动台试验的双向剪切箱包括交替线性排列的主动箱10和带支撑托架7的从动箱11构成的箱体队列；所述的箱体队列首尾均为主动箱10，即本发明的最简实施例为两个主动箱10和两者中间相邻的一个从动箱11。
每个主动箱10的下方设有一个振动台，各主动箱10的刚性底板12固定在不同的振动台上，从动箱11的刚性底板12与支撑托架7通过球铰相连，并调整支撑托架7使从动箱11的刚性底板12与主动箱10的刚性底板12的高度一致，主动箱10的刚性底板12与从动箱11的刚性底板12通过刚性底板12两端的弹簧钢与刚性底板12中部的转动铰相连；上述球铰和转动铰可涂润滑剂使其减小摩擦力，能够相对自由活动。
以箱体队列的长度方向为X向，水平面内与X向垂直的方向为Y向，箱体队列由13层包含模型箱Y向侧面框架2和模型箱X向侧面框架3组成的环形层状框架在高度方向等间距叠合而成，模型箱Y向侧面框架2仅设置于箱体队列的两个Y向端面，主动箱10与从动箱11之间不设模型箱Y向侧面框架2，使箱体队列内部连通形成容器。
层状框架的底层固定在刚性底板12上；每层层状框架之间有层间滑动装置8，包括焊接在层状框架上下侧面的带滑动槽的钢板垫和槽中的滚珠，滑动槽的方向与层状框架的长度方向垂直。侧面刻有等间距水平方向的滑动槽的立柱4分别位于每个主动箱10的四角，并用螺栓固定在相应振动台上，层状框架两端通过刚性杆连接可在立柱4的滑动槽内滑动的轴承形成层状框架与立柱4之间的铰接装置9；模型箱Y向侧面框架2与立柱4在YZ平面内铰接，在XY平面内滑动连接，通过铰接装置9使模型箱Y向侧面框架2在水平面可以沿X向滑动，在Y向和Z向的位移受到约束；模型箱X向侧面框架3与立柱4在XZ平面内铰接，在XY平面内滑动连接，通过铰接装置9使模型箱X向侧面框架3在水平面可以沿Y向滑动，在X向和Z向的位移受到约束；使得当输入平面方向的激励时，箱体队列的层状框架可在水平面内发生沿箱体侧面法向的往复运动，模拟土体的水平层状形变。
沿Y方向在主动箱10和从动箱11之间的一对立柱4顶端加固横梁15形成门形框架，通过限制箱体队列的扭转运动以免对试验结果造成不良影响。
参见图1、图2和图4，箱体队列的层状框架上的每一个限位装置都包括圆形光滑钢筋组成U型框架5和两块尺寸相同、开孔位置相同但厚度不同的钢板6；U型框架5两侧通过螺栓固定在箱体侧面，钢板6为L形,插入U型框架5后通过螺栓固定在振动台上；根据试验要求，通过插入厚度不同的钢板6，实现对箱体队列侧面位移幅度的控制，对箱体队列的形变施加不同强度的约束要求。如输入Y向地震动时，需对箱体队列的X向位移施加强约束(限制其发生位移)，则向箱体队列X向侧面的U型框架5内插入较厚的钢板6，并将钢板6底部用螺栓固定；需对箱体队列的Y向位移施加弱约束(限制其可发生的最大位移)，则向箱体队列Y向侧面的U型框架5内插入较薄的钢板6。输入X向地震动时，向箱体队列Y向侧面的U型框架5内插入厚钢板6，并将钢板6底部用螺栓固定，向箱体队列X向侧面的U型框架5内插入薄钢板6，即可满足对箱体队列Y向位移施加强约束、对箱体队列X向位移施加弱约束的要求。
参见图6，对每一个模型箱X向侧面框架3两端开孔，且箱体队列的两个Y向侧面开孔位置一一对应，将光滑的钢筋14沿Y向贯穿插入箱体队列Y向两个侧面对应的孔位，并通过固定螺栓13固定，使得箱体队列相对的两个模型箱X向侧面框架3之间通过钢筋14实现刚性约束，在输入Y向地震动时每一层层状框架的模型箱X向侧面框架3沿Y向实现协同滑动，能够更好的模拟土体的剪切变形；在输入X向地震动或不需要模型箱X向侧面框架3做协同运动时，可将固定螺栓13拆除并抽出钢筋14。
通过多点振动台输入地震动，振动台通过刚性底板12将地震动传递给主动箱10，主动箱10通过与从动箱11的连接处将地震动传递至从动箱11；通过箱体队列将地震动传递至土体，土体最终将地震动传递给地下结构，从而实现对地下结构非一致地震作用的模拟。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于多振动台试验的双向剪切箱，其特征在于：包括交替线性排列的主动箱(10)和带支撑托架(7)的从动箱(11)构成的箱体队列；所述的箱体队列首尾均为主动箱(10)，每个主动箱(10)的下方设有一个振动台，各主动箱(10)的刚性底板(12)固定在不同的振动台上，从动箱(11)的刚性底板(12)与支撑托架(7)为活动连接，相邻的刚性底板(12)之间为活动连接；所述的箱体队列由分别位于每个主动箱(10)的四角且底部固定在相应振动台上的立柱(4)和若干与立柱(4)通过铰接装置(9)形成活动连接的环形层状框架在高度方向等间距叠合而成，每层层状框架之间设有可在两个方向滑动的层间滑动装置(8)；层状框架设有联动装置和限位装置，立柱(4)顶端加固横梁(15)；
所述的层状框架的底层固定在刚性底板(12)上，所述的层间滑动装置(8)由固定在层状框架的上下侧面的带滑动槽的钢板垫和槽中的滑动件组成，滑动槽的方向与层状框架的长度方向垂直；
所述的层状框架由模型箱Y向侧面框架(2)和模型箱X向侧面框架(3)组成，其中X向为箱体队列的长度方向，Y向为水平面内与X向垂直的方向；
所述的铰接装置(9)包括立柱(4)侧面的等间距水平方向的滑动槽和设在每个模型箱Y向侧面框架(2)和模型箱X向侧面框架(3)两端的滑动件，滑动件能在滑动槽中滑动，使得模型箱Y向侧面框架(2)与立柱(4)在YZ平面内铰接且在XY平面内滑动连接，模型箱X向侧面框架(3)与立柱(4)在XZ平面内铰接且在XY平面内滑动连接，其中Z向为与XY平面垂直的方向。
2.根据权利要求1所述的用于多振动台试验的双向剪切箱，其特征在于：所述的模型箱Y向侧面框架(2)仅设置于箱体队列的两个Y向端面，主动箱(10)与从动箱(11)之间不设模型箱Y向侧面框架(2)，使箱体队列内部连通形成容器。
3.根据权利要求1所述的用于多振动台试验的双向剪切箱，其特征在于：所述的联动装置包括沿Y向可拆卸式安装在同一层层状框架两侧的模型箱X向侧面框架(3)上的钢筋(14)和固定螺栓(13)。
4.根据权利要求1所述的用于多振动台试验的双向剪切箱，其特征在于：所述的限位装置包括可拆卸式安装在层状框架的外侧面的U型框架(5)、插装在U型框架(5)内且可拆卸式安装在振动台上的厚度可调的钢板(6)。
5.根据权利要求1所述的用于多振动台试验的双向剪切箱，其特征在于：所述的横梁(15)固定在主动箱(10)和从动箱(11)之间的一对立柱(4)的顶端。
6.根据权利要求1所述的用于多振动台试验的双向剪切箱，其特征在于：所述的支撑托架(7)的高度可调使从动箱(10)的刚性底板(12)与主动箱(11)的刚性底板(12)的高度一致。
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