CN109632225A - 一种考虑行波效应的单振动台试验剪切箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，包括基板和剪切箱体，基板固定于振动台面上，基板表面固连若干支撑结构；剪切箱体包括底板，以及与底板相连的框架，底板沿激震方向依次分割为主动板和若干从动板，主动板与从动板之间、从动板与从动板之间通过联动机构相连；主动板和从动板均设于支撑结构的上部，主动板的底部与支撑结构固连。本发明的有益效果为：将剪切箱体的底板分为主动板和从动板，利用联动机构相连，调节弹簧阻尼器参数，可控制从动板地震响应的加速度幅值和时滞，从而使各块底板的地震动峰值、主频、时滞满足目标要求，从动板地震响应实现预期的行波效应，从而获得地下结构在考虑行波效应的地震动作用下的地震响应。

Description

一种考虑行波效应的单振动台试验剪切箱
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种考虑行波效应的单振动台试验剪切箱。
背景技术
对于地下结构振动台试验来说，为减小模型箱壁对土体边界效应的影响，通常采用剪切型模型箱。而长大型地下结构如纵向尺度远大于横向尺度的长隧道结构，其纵向不同位置处地震动响应存在明显的相位变化，行波效应等非一致地震激励对地下结构地震响应的影响不可忽视。因此，考虑非一致地震动输入的模型箱设计是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种试验结果更可靠的考虑行波效应的单振动台试验剪切箱。
本发明采用的技术方案为：一种考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，包括基板和剪切箱体，基板固定于振动台面上，基板表面固连若干支撑结构；所述剪切箱体包括底板，以及与底板相连的框架，所述底板沿激震方向依次分割为主动板和若干从动板，所述主动板与从动板之间、从动板与从动板之间通过联动机构相连；所述主动板和从动板均设于支撑结构的上部，主动板的底部与支撑结构固连，所述从动板通过滑动机构与支撑结构相连。
按上述方案，所述框架包括若干自下而上依次叠合的层状框架，上下相邻的两个层状框架之间滑动相连，两者可发生相对滑动；底层的层状框架分割为与主动板对应相连的主动部分，以及多个分别与从动板对应相连的从动部分。
按上述方案，所述层状框架的上端面和下端面各设有滑槽，滑槽的长度方向与激震方向相同；所述滑槽与滚珠相配置，上下相邻的两个层状框架之间通过滚珠相连，发生相对滑动。
按上述方案，所述联动机构包括若干垂直于激震方向间隔布置的弹簧阻尼器，弹簧阻尼器安装于主动板与从动板之间的间隙内，或从动板与从动板之间的间隙内；弹簧阻尼器的一端与从动板相连，弹簧阻尼器的另一端与主动板/从动板相连。
按上述方案，在主动板与从动板之间的间隙，及从动板与从动板之间的间隙上方分别设置挡板，挡板的两端分别搭接于L型垫板上，且两者接触面光滑；两个L型垫板相对安装，且水平段固定于从动板或主动板上；L型垫板的竖直段与挡板之间填充有柔性材料，所述柔性材料可以为泡沫或橡胶。
按上述方案，滑动机构包括滑轨和滚轮/滚珠，所述滑轨的长度方向与激震方向相同；所述滑轨固定于支撑结构上，滚轮/滚珠与滑轨相配置；从动板设于滚轮/滚珠上。
按上述方案，所述剪切箱体沿激震方向两侧分别设有限位装置，所述限位装置包括设于剪切箱体同侧的两个U型架，以及限位板，所述限位板卡设于两根限位杆与剪切箱体外壁之间。
按上述方案，所述支撑结构包括工字钢和加劲肋，加劲肋沿垂直于激震方向依次间隔布置。
本发明的有益效果为：
1、本发明将原有剪切箱体的底板分为主动板和从动板，并利用联动机构相连，通过调节弹簧及阻尼器参数，可有效地控制从动板地震响应的加速度幅值和时滞，从而使各块底板的地震动峰值、主频、时滞满足目标要求，使从动板地震响应实现预期的行波效应，从而获得地下结构在考虑行波效应的地震动作用下的地震响应；与现有技术相比，试验结果准确度更高，且降低了试验难度和试验成本；
2、本发明为避免模型箱装入土体后对弹簧阻尼器造成压迫或损坏影响实验结果的准确性，在主动板与从动板之间、从动板与从动板之间的间隙上方覆盖挡板；L形垫板与挡板之间光滑接触，并在L形垫板与挡板之间填充柔性材料，使挡板可在L型垫板上发生一定位移的自由滑动，进一步提高了试验可靠度；
3、本发明在剪切箱体沿激震方向两侧设置限位装置，使模型箱在受到地震波作用时，可模拟土体的层状剪切变形；
4、本发明受试验设备制约较小，可有效地降低试验规模，减少试验成本，降低试验难度。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的立体图。
图2为本实施例的主视图。
图3为本实施例的俯视图。
图4为本实施例的左视图。
图5为本实施例中联动机构的示意图。
其中：1、基板；2、工字型钢；3、加劲肋；4、滑轨；5、滚轮；6、弹簧阻尼器；7、主动板；8、从动板；9、层状框架；10、限位板；11、L形垫板；12、挡板；13、柔性材料。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1～4所示的一种考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，包括基板1和剪切箱体，基板1固定于振动台面上，基板1表面固连若干支撑结构；所述剪切箱体包括底板，以及与底板相连的框架，所述底板沿激震方向依次分割为主动板7和若干从动板8，所述主动板7与从动板8之间、从动板8与从动板8之间通过联动机构相连；所述主动板7和从动板8均设于支撑结构的上部，主动板7的底部与支撑结构固连，所述从动板8通过滑动机构与支撑结构相连。本实施例中，所述支撑结构包括工字钢和加劲肋3，加劲肋3沿垂直于激震方向依次间隔布置。
优选地，所述框架包括若干自下而上依次叠合的层状框架9，上下相邻的两个层状框架9之间滑动相连，两者可发生相对滑动。底层的层状框架9包括与主动板7对应相连的主动部分，以及多个分别与从动板8对应相连的从动部分。本实施例中，所述层状框架9的上端面和下端面各设有滑槽，滑槽的长度方向与激震方向相同；所述滑槽与滚珠相配置，上下相邻的两个层状框架9之间通过滚珠相连，发生相对滑动。上下两个层状框架9之间还可通过滚轴或滚轮等滑动机构相连。
优选地，如图5所示，所述联动机构包括若干垂直于激震方向间隔布置的弹簧阻尼器6，弹簧阻尼器6安装于主动板7与从动板8之间的间隙内，或从动板8与从动板8之间的间隙内；弹簧阻尼器6的一端与从动板8相连，弹簧阻尼器6的另一端与主动板7/从动板8相连。在主动板7与从动板8之间的间隙，及从动板8与从动板8之间的间隙上方分别设置挡板12，挡板12的两端分别搭接于L型垫板11上，且两者接触面光滑；两个L型垫板11相对安装，且水平段固定于从动板8或主动板7上；L型垫板11的竖直段与挡板12之间填充有柔性材料13，所述柔性材料13可以为泡沫或橡胶。本发明中，挡板12完全遮挡主动板7与从动板8之间的间隙，或从动板8与从动板8之间的间隙。
优选地，滑动机构包括滑轨4和滚轮/滚珠5，所述滑轨4的长度方向与激震方向相同；所述滑轨4固定于支撑结构上，滚轮/滚珠5与滑轨4相配置；从动板8设于滚轮/滚珠5上。本实施例中，滑轨4延伸至工字型钢2的端部，滑轨4轨面与工字型钢2高度保持一致；滑轨4两端设置限位结构，避免滚轮滑出滑轨4。
优选地，所述剪切箱体沿激震方向两侧分别设有限位装置，所述限位装置包括设于剪切箱体同侧的两个U型架，以及限位板10，所述限位板10卡设于两根限位杆与剪切箱体外壁之间。本实施例中，在上部的一个层状框架9外侧设有上U型架；在下部的一个层状框架9外侧设有下U型架。
本实施例中，所述层状框架9呈矩形结构，剪切箱体由10层矩形的层状框架9自基板1向上等间距叠合而成，上下相邻的两个层状框架9之间滑动相连，两者可发生相对滑动。如图1所示，假设竖向为Z向，激震方向为X向，垂直于X向的方向为Y向，也即X向为层状框架9的长度方向，Y向为层状框架9的宽度方向；基板1上沿X向等间距设置主动板7和两块从动板8，主动板7及从动板8构成剪切箱体的底板；主动板7通过支撑结构(工字型钢2和加劲肋3)与基板1固接(加劲肋3沿Y向间隔布置)，从动板8通过滑动机构和支撑结构与基板1滑动连接(加劲肋3沿Y向间隔布置)；主动板7与从动板8之间，从动板8与从动板8之间均分别通过联动机构相连。底层的层状框架9对应分成若干分别与主动板7和从动板8对应的部分；在模型箱X向两侧设置限位装置，使模型箱在受到地震波作用时可以模拟土体的层状剪切变形；滑轨4内可通过涂润滑油等措施减小摩擦，从而使从动板8可沿X向发生一定位移的自由滑动。为保证主动板7与从动板8高度保持一致，从动板8底部的工字型钢2高度应小于主动板7底部工字型钢2的高度。L形垫板11与挡板12之间尽可能光滑接触，并在L形垫板11与挡板12的间隙设置柔性材料13，使挡板12可在L型垫板上发生一定位移的自由滑动，对于L型垫板产生的摩擦力也可作为阻尼的一部分，相应地减小阻尼器的取值。
本实施例中，所述滑轨4采用H型钢制成；所述挡板12整体呈矩形，采用钢板制成。
剪切箱体内装有土体，进行振动台试验时，地震波由振动台经基板1传递至主动板7，再由主动板7通过联动机构传递至从动板8，而通过调节弹簧阻尼器6的取值，实现对从动板8地震响应幅值、时程的调整，从而使从动板8地震响应实现预期的行波效应；再经由剪切箱体底板(主动板7和从动板8)将地震波传递至土体，再由土体传递至地下结构，从而得到地下结构在考虑行波效应时的地震响应。
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 (8)

1.一种考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，其特征在于，包括基板和剪切箱体，基板固定于振动台面上，基板表面固连若干支撑结构；所述剪切箱体包括底板，以及与底板相连的框架，所述底板沿激震方向依次分割为主动板和若干从动板，所述主动板与从动板之间、从动板与从动板之间通过联动机构相连；所述主动板和从动板均设于支撑结构的上部，主动板的底部与支撑结构固连，所述从动板通过滑动机构与支撑结构相连。
2.如权利要求1所述的考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，其特征在于，所述框架包括若干自下而上依次叠合的层状框架，上下相邻的两个层状框架之间滑动相连，两者可发生相对滑动；底层的层状框架分割为与主动板对应相连的主动部分，以及多个分别与从动板对应相连的从动部分。
3.如权利要求2所述的考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，其特征在于，所述层状框架的上端面和下端面各设有滑槽，滑槽的长度方向与激震方向相同；所述滑槽与滚珠相配置，上下相邻的两个层状框架之间通过滚珠相连，发生相对滑动。
4.如权利要求1所述的考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，其特征在于，所述联动机构包括若干垂直于激震方向间隔布置的弹簧阻尼器，弹簧阻尼器安装于主动板与从动板之间的间隙内，或从动板与从动板之间的间隙内；弹簧阻尼器的一端与从动板相连，弹簧阻尼器的另一端与主动板/从动板相连。
5.如权利要求4所述的考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，其特征在于，在主动板与从动板之间的间隙，及从动板与从动板之间的间隙上方分别设置挡板，挡板的两端分别搭接于L型垫板上，且两者接触面光滑；两个L型垫板相对安装，且水平段固定于从动板或主动板上；L型垫板的竖直段与挡板之间填充有柔性材料，所述柔性材料可以为泡沫或橡胶。
6.如权利要求2所述的考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，其特征在于，滑动机构包括滑轨和滚轮/滚珠，所述滑轨的长度方向与激震方向相同；所述滑轨固定于支撑结构上，滚轮/滚珠与滑轨相配置；从动板设于滚轮/滚珠上。
7.如权利要求1所述的考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，其特征在于，所述剪切箱体沿激震方向两侧分别设有限位装置，所述限位装置包括设于剪切箱体同侧的两个U型架，以及限位板，所述限位板卡设于两根限位杆与剪切箱体外壁之间。
8.如权利要求1所述的考虑行波效应的单振动台试验剪切箱，其特征在于，所述支撑结构包括工字钢和加劲肋，加劲肋沿垂直于激震方向依次间隔布置。
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