一种用于振动台试验的拼装式可变刚度模型箱

摘要

本发明公开了一种用于振动台试验的拼装式可变刚度模型箱，所述模型箱由墙体、底板和边立柱拼接而成，所述墙体由若干横梁、若干立柱、底横梁和围护板经紧固件柔性连接成型；模型箱侧壁由多片墙体经边立柱柔性连接成型，所述模型箱侧壁铰接固定于底板上使模型箱成型，所述底板刚性连接于外部振动台处。本发明可以在需要模拟硬土或软岩场地的振动台试验中，灵活调整模型箱的侧向刚度，使之适用于硬土或软岩场地的振动台试验。

权利要求

1.一种用于振动台试验的拼装式可变刚度模型箱，其特征在于：所述模型箱由墙体、底板（6）和边立柱（4）拼接而成，所述墙体由若干横梁（1）、若干立柱（2）、底横梁（3）和围护板（5）经紧固件柔性连接成型；模型箱侧壁由多片墙体经边立柱（4）柔性连接成型，所述模型箱侧壁铰接固定于底板（6）上使模型箱成型，所述底板（6）刚性连接于外部振动台（8）处；

所述墙体由若干横梁（1）、若干立柱（2）、底横梁（3）和围护板（5）经螺栓（7）柔性连接成型；

所述横梁（1）数量为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的横梁数量，所述立柱（2）数量为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的立柱数量，所述螺栓（7）的预紧力为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的预紧力；

当进行振动台试验时，与振动台刚性连接的底板把振源的震动力传给模型箱的侧向结构，振源震动力在侧向结构的柔性连接点处被部分消耗后传给箱内的模型，以实现对硬土或软岩场地动力特性的模拟。

2.根据权利要求1所述的一种用于振动台试验的拼装式可变刚度模型箱，其特征在于：所述模型箱为经过内边界处理的模型箱，所述经过内边界处理的模型箱中，位于模型箱平行振动方向上的围护板（5）处涂有润滑剂，位于模型箱垂直振动方向上的围护板（5）处设有吸能垫层，模型箱底板（6）为经凿毛处理的底板。

3.根据权利要求2所述的一种用于振动台试验的拼装式可变刚度模型箱，其特征在于：所述模型箱的搭建过程依次分为以下步骤；

步骤A1：将横梁（1）、立柱（2）、底横梁（3）和围护板（5）通过螺栓（7）拼装成若干墙体；

步骤A2：将上述墙体、边立柱（4）和底板（6）通过螺栓（7）拼装成模型箱，使底板（6）刚性连接在外部振动台（8）上；

步骤A3：对模型箱进行预振动试验，实际测定其侧向刚度；

步骤A4：通过增减横梁（1）与立柱（2）的数量，增减螺栓（7）的预紧力，来调整模型箱的侧向刚度使之满足振动台试验的需要；

步骤A5：对调整后的模型箱进行内边界处理。

说明书

一种用于振动台试验的拼装式可变刚度模型箱

技术领域

[0001] 本发明涉及土木工程技术领域，尤其是一种用于振动台试验的拼装式可变刚度模型箱。

背景技术

[0002] 在地下建筑（如地铁、隧道等）的结构测试中，振动台试验有着重要的地位。在地下结构的振动台试验中，通常将结构模型与岩土体模型一起，放置在模型箱内，以模拟实际场地中结构的地震响应。因此模型箱的构造形式，特别是其侧向刚度特性是否与所模拟场地的动力特性相适应，对试验结果的合理性有较大影响。

[0003] 目前常用的振动台试验模型箱包括刚性箱和层状剪切箱两大类。在模型箱的设计指标中，模型箱的侧向刚度实际上反映了研究范围外场地对研究范围内岩土体（及结构）的约束作用，因此其侧向刚度应与实际场地的动力特性相适应。对硬岩场地，应使用不允许侧向剪切变形的刚性模型箱；对软土场地，应使用允许侧向剪切变形的层状剪切模型箱。

[0004] 刚性箱通常由钢构件直接焊接而成，有时还需增设斜撑以增加其刚度。层状剪切箱的种类较多：按平面几何形状分为矩形框架层叠式和环形框架层叠式；按竖向受力特征分为底板支承式和顶板悬挂式；按允许变形方向分为单向剪切式和双向剪切式；按层间滑移特点分为滚珠滑槽式和万向轮式。

[0005] 但对于硬土或软岩场地，岩土体的侧向约束作用介于硬岩和软土之间，因此模拟该类型场地的模型箱侧向刚度也应介于刚性与柔性之间。若仍然延用刚性箱或层状剪切箱，将对试验结果的合理性有较大影响。

发明内容

[0006] 本发明提出一种用于振动台试验的拼装式可变刚度模型箱，可以在需要模拟硬土或软岩场地的振动台试验中，灵活调整模型箱的侧向刚度，使之适用于硬土或软岩场地的振动台试验。

[0007] 本发明采用以下方案。

[0008] 一种用于振动台试验的拼装式可变刚度模型箱，所述模型箱由墙体、底板和边立柱拼接而成，所述墙体由若干横梁、若干立柱、底横梁和围护板经紧固件柔性连接成型；模型箱侧壁由多片墙体经边立柱柔性连接成型，所述模型箱侧壁铰接固定于底板上使模型箱成型，所述底板刚性连接于外部振动台处。

[0009] 所述墙体由若干横梁、若干立柱、底横梁和围护板经螺栓柔性连接成型。

[0010] 所述横梁数量为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的横梁数量，所述立柱数量为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的立柱数量，所述螺栓的预紧力为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的预紧力。

[0011] 所述模型箱为经过内边界处理的模型箱，所述经过内边界处理的模型箱中，位于模型箱平行振动方向上的围护板处涂有润滑剂，位于模型箱垂直振动方向上的围护板处设有吸能垫层，模型箱底板为经凿毛处理的底板。

[0012] 所述模型箱的搭建过程依次分为以下步骤；

[0013] 步骤A1：将横梁、立柱、底横梁和围护板通过螺栓拼装成若干墙体。

[0014] 步骤A2：将上述墙体、边立柱和底板通过螺栓拼装成模型箱，使底板刚性连接在外部振动台上。

[0015] 步骤A3：对模型箱进行预振动试验，实际测定其侧向刚度。

[0016] 步骤A4：通过增减横梁与立柱的数量，增减螺栓的预紧力，来调整模型箱的侧向刚度使之满足振动试验的需要。

[0017] 步骤A5：对调整后的模型箱进行内边界处理。

[0018] 在本发明中，模型箱由墙体、底板和边立柱拼接而成，所述墙体由若干横梁、若干立柱、底横梁和围护板经紧固件柔性连接成型；模型箱侧壁由多片墙体经边立柱柔性连接成型，所述模型箱侧壁铰接固定于底板上使模型箱成型，所述底板刚性连接于外部振动台处，该结构使得外部振动台的振动能有效地经刚性连接传递至模型箱墙体处，并在墙体的柔性连接点处损耗部分振动能量后再传至箱内模型，使试验箱内的结构-岩土体模型对外部振源的响应更符合实际场地（硬土或软岩场地）的特性，试验结果更为合理。

[0019] 在本发明中，墙体由若干横梁、若干立柱、底横梁和围护板经螺栓柔性连接成型，横梁数量为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的横梁数量，所述立柱数量为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的立柱数量，所述螺栓的预紧力为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的预紧力，该结构使得模型箱的侧向刚度可以方便地进行微调，仅需增减横梁、立柱的数量使侧向刚度接近试验所需值，再调整螺栓进行微调即可使模型箱侧向刚度准确地达到试验需要的刚度。

[0020] 在发明中，模型箱为经过内边界处理的模型箱，所述经过内边界处理的模型箱中，位于模型箱平行振动方向上的围护板处涂有润滑剂，位于模型箱垂直振动方向上的围护板处设有吸能垫层，模型箱底板为经凿毛处理的底板。该设计通过内边界处理，使模型箱连接结构的传力特征更为接近实际模拟场地。

附图说明

[0021] 下面结合附图对本发明进一步说明；

[0022] 附图1是本发明所述产品中单片墙体的正面示意图；

[0023] 附图2是本发明所述产品中单片墙体的剖面示意图；

[0024] 附图3是本发明所述产品安装于振动台时的俯视示意图；

[0025] 附图4是本发明所述产品安装于振动台时的底部示意图；

[0026] 图中：1-横梁，2-立柱，3-底横梁，4-边立柱，5-围护板，6-底板，7-螺栓，8-振动台。

具体实施方式

[0027] 如图1、图2、图3、图4所示，一种用于振动台试验的拼装式可变刚度模型箱，所述模型箱由墙体、底板6和边立柱4拼接而成，所述墙体由若干横梁1、若干立柱2、底横梁3和围护板5经紧固件柔性连接成型；模型箱侧壁由多片墙体经边立柱4柔性连接成型，所述模型箱侧壁铰接固定于底板6上使模型箱成型，所述底板6刚性连接于外部振动台8处。

[0028] 所述墙体由若干横梁1、若干立柱2、底横梁3和围护板5经螺栓7柔性连接成型。

[0029] 所述横梁1数量为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的横梁数量，所述立柱2数量为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的立柱数量，所述螺栓7的预紧力为使模型箱结构的侧向刚度达到振动台试验所需刚度的预紧力。

[0030] 所述模型箱为经过内边界处理的模型箱，所述经过内边界处理的模型箱中，位于模型箱平行振动方向上的围护板5处涂有润滑剂，位于模型箱垂直振动方向上的围护板5处设有吸能垫层，模型箱底板6为经凿毛处理的底板。

[0031] 所述模型箱的搭建过程依次分为以下步骤；

[0032] 步骤A1：将横梁1、立柱2、底横梁3和围护板5通过螺栓7拼装成若干墙体。

[0033] 本实施例中横梁1和立柱2采用50mm*50mm*3mm的中空方钢，底横梁3采用100mm*100mm*10mm的等边角钢，围护板5采用厚度5mm的有机玻璃，其尺寸可根据试验模型需要灵活设计。

[0034] 步骤A2：将上述墙体、边立柱4和底板6通过螺栓7拼装成模型箱，使底板6刚性连接在外部振动台8上。

[0035] 本实施例中边立柱4采用50mm*50mm*5mm的等边角钢，底板6采用厚度为3mm的钢板，其尺寸可根据试验模型需要灵活设计。

[0036] 步骤A3：对模型箱进行预振动试验，实际测定其两个方向上的侧向刚度。

[0037] 步骤A4：通过增减横梁1与立柱2的数量，增减螺栓7的预紧力，来调整模型箱的侧向刚度使之满足振动台试验的需要。

[0038] 步骤A5：对调整后的模型箱进行内边界处理，如对平行振动方向的围护板5涂抹润滑剂，对垂直振动方向的围护板5施加吸能垫层，对底板6进行凿毛处理等。

[0039] 模型箱搭建完成后，将结构模型与岩土体模型一起，放置在模型箱内，启动振动台8，与振动台8刚性连接的底板6把振源的震动力完整地传给模型箱的侧向结构，由于模型箱的侧向结构中有大量的柔性连接点，允许模型箱侧向结构的各部件间发生小幅相对位移，因此，振源震动力在柔性连接点处被部分消耗后才传给箱内的结构模型与岩土体模型，模型箱经该消耗过程实现了对硬土或软岩场地动力特性的模拟。