一種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱。
【背景技術(shù)】
[0002]在地下建筑(如地鐵、隧道等)的結(jié)構(gòu)測試中，振動臺試驗有著重要的地位。在地下結(jié)構(gòu)的振動臺試驗中，通常將結(jié)構(gòu)模型與巖土體模型一起，放置在模型箱內(nèi)，以模擬實際場地中結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。因此模型箱的構(gòu)造形式，特別是其側(cè)向剛度特性是否與所模擬場地的動力特性相適應(yīng)，對試驗結(jié)果的合理性有較大影響。
[0003]目前常用的振動臺試驗?zāi)Ｐ拖浒▌傂韵浜蛯訝罴羟邢鋬纱箢?。在模型箱的設(shè)計指標(biāo)中，模型箱的側(cè)向剛度實際上反映了研究范圍外場地對研究范圍內(nèi)巖土體(及結(jié)構(gòu))的約束作用，因此其側(cè)向剛度應(yīng)與實際場地的動力特性相適應(yīng)。對硬巖場地，應(yīng)使用不允許側(cè)向剪切變形的剛性模型箱；對軟土場地，應(yīng)使用允許側(cè)向剪切變形的層狀剪切模型箱。
[0004]剛性箱通常由鋼構(gòu)件直接焊接而成，有時還需增設(shè)斜撐以增加其剛度。層狀剪切箱的種類較多:按平面幾何形狀分為矩形框架層疊式和環(huán)形框架層疊式；按豎向受力特征分為底板支承式和頂板懸掛式；按允許變形方向分為單向剪切式和雙向剪切式；按層間滑移特點分為滾珠滑槽式和萬向輪式。
[0005]但對于硬土或軟巖場地，巖土體的側(cè)向約束作用介于硬巖和軟土之間，因此模擬該類型場地的模型箱側(cè)向剛度也應(yīng)介于剛性與柔性之間。若仍然延用剛性箱或?qū)訝罴羟邢?，將對試驗結(jié)果的合理性有較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱，可以在需要模擬硬土或軟巖場地的振動臺試驗中，靈活調(diào)整模型箱的側(cè)向剛度，使之適用于硬土或軟巖場地的振動臺試驗。
[0007]本發(fā)明采用以下方案。
[0008]—種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱，所述模型箱由墻體、底板和邊立柱拼接而成，所述墻體由若干橫梁、若干立柱、底橫梁和圍護(hù)板經(jīng)緊固件柔性連接成型；模型箱側(cè)壁由多片墻體經(jīng)邊立柱柔性連接成型，所述模型箱側(cè)壁鉸接固定于底板上使模型箱成型，所述底板剛性連接于外部振動臺處。
[0009]所述墻體由若干橫梁、若干立柱、底橫梁和圍護(hù)板經(jīng)螺栓柔性連接成型。
[0010]所述橫梁數(shù)量為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的橫梁數(shù)量，所述立柱數(shù)量為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的立柱數(shù)量，所述螺栓的預(yù)緊力為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的預(yù)緊力。
[0011]所述模型箱為經(jīng)過內(nèi)邊界處理的模型箱，所述經(jīng)過內(nèi)邊界處理的模型箱中，位于模型箱平行振動方向上的圍護(hù)板處涂有潤滑劑，位于模型箱垂直振動方向上的圍護(hù)板處設(shè)有吸能墊層，模型箱底板為經(jīng)鑿毛處理的底板。
[0012]所述模型箱的搭建過程依次分為以下步驟；
步驟Al:將橫梁、立柱、底橫梁和圍護(hù)板通過螺栓拼裝成若干墻體。
[0013]步驟A2:將上述墻體、邊立柱和底板通過螺栓拼裝成模型箱，使底板剛性連接在外部振動臺上。
[0014]步驟A3:對模型箱進(jìn)行預(yù)振動試驗，實際測定其側(cè)向剛度。
[0015]步驟A4:通過增減橫梁與立柱的數(shù)量，增減螺栓的預(yù)緊力，來調(diào)整模型箱的側(cè)向剛度使之滿足振動試驗的需要。
[0016]步驟A5:對調(diào)整后的模型箱進(jìn)行內(nèi)邊界處理。
[0017]在本發(fā)明中，模型箱由墻體、底板和邊立柱拼接而成，所述墻體由若干橫梁、若干立柱、底橫梁和圍護(hù)板經(jīng)緊固件柔性連接成型；模型箱側(cè)壁由多片墻體經(jīng)邊立柱柔性連接成型，所述模型箱側(cè)壁鉸接固定于底板上使模型箱成型，所述底板剛性連接于外部振動臺處，該結(jié)構(gòu)使得外部振動臺的振動能有效地經(jīng)剛性連接傳遞至模型箱墻體處，并在墻體的柔性連接點處損耗部分振動能量后再傳至箱內(nèi)模型，使試驗箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)-巖土體模型對外部振源的響應(yīng)更符合實際場地(硬土或軟巖場地)的特性，試驗結(jié)果更為合理。
[0018]在本發(fā)明中，墻體由若干橫梁、若干立柱、底橫梁和圍護(hù)板經(jīng)螺栓柔性連接成型，橫梁數(shù)量為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的橫梁數(shù)量，所述立柱數(shù)量為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的立柱數(shù)量，所述螺栓的預(yù)緊力為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的預(yù)緊力，該結(jié)構(gòu)使得模型箱的側(cè)向剛度可以方便地進(jìn)行微調(diào)，僅需增減橫梁、立柱的數(shù)量使側(cè)向剛度接近試驗所需值，再調(diào)整螺栓進(jìn)行微調(diào)即可使模型箱側(cè)向剛度準(zhǔn)確地達(dá)到試驗需要的剛度。
[0019]在發(fā)明中，模型箱為經(jīng)過內(nèi)邊界處理的模型箱，所述經(jīng)過內(nèi)邊界處理的模型箱中，位于模型箱平行振動方向上的圍護(hù)板處涂有潤滑劑，位于模型箱垂直振動方向上的圍護(hù)板處設(shè)有吸能墊層，模型箱底板為經(jīng)鑿毛處理的底板。該設(shè)計通過內(nèi)邊界處理，使模型箱連接結(jié)構(gòu)的傳力特征更為接近實際模擬場地。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明；
附圖1是本發(fā)明所述產(chǎn)品中單片墻體的正面示意圖；
附圖2是本發(fā)明所述產(chǎn)品中單片墻體的剖面示意圖；
附圖3是本發(fā)明所述產(chǎn)品安裝于振動臺時的俯視示意圖；
附圖4是本發(fā)明所述產(chǎn)品安裝于振動臺時的底部示意圖；
圖中=1-橫梁，2-立柱，3-底橫梁，4-邊立柱，5-圍護(hù)板，6-底板，7-螺栓，8-振動臺。
【具體實施方式】
[0021]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱，所述模型箱由墻體、底板6和邊立柱4拼接而成，所述墻體由若干橫梁1、若干立柱2、底橫梁3和圍護(hù)板5經(jīng)緊固件柔性連接成型；模型箱側(cè)壁由多片墻體經(jīng)邊立柱4柔性連接成型，所述模型箱側(cè)壁鉸接固定于底板6上使模型箱成型，所述底板6剛性連接于外部振動臺8處。
[0022]所述墻體由若干橫梁1、若干立柱2、底橫梁3和圍護(hù)板5經(jīng)螺栓7柔性連接成型。
[0023]所述橫梁I數(shù)量為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的橫梁數(shù)量，所述立柱2數(shù)量為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的立柱數(shù)量，所述螺栓7的預(yù)緊力為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的預(yù)緊力。
[0024]所述模型箱為經(jīng)過內(nèi)邊界處理的模型箱，所述經(jīng)過內(nèi)邊界處理的模型箱中，位于模型箱平行振動方向上的圍護(hù)板5處涂有潤滑劑，位于模型箱垂直振動方向上的圍護(hù)板5處設(shè)有吸能墊層，模型箱底板6為經(jīng)鑿毛處理的底板。
[0025]所述模型箱的搭建過程依次分為以下步驟；
步驟Al:將橫梁1、立柱2、底橫梁3和圍護(hù)板5通過螺栓7拼裝成若干墻體。
[0026]本實施例中橫梁I和立柱2采用50mm*50mm*3mm的中空方鋼，底橫梁3采用100mm*100mm*1mm的等邊角鋼，圍護(hù)板5采用厚度5mm的有機(jī)玻璃，其尺寸可根據(jù)試驗?zāi)Ｐ托枰`活設(shè)計。
[0027]步驟A2:將上述墻體、邊立柱4和底板6通過螺栓7拼裝成模型箱，使底板6剛性連接在外部振動臺8上。
[0028]本實施例中邊立柱4采用50mm*50mm*5mm的等邊角鋼，底板6采用厚度為3mm的鋼板，其尺寸可根據(jù)試驗?zāi)Ｐ托枰`活設(shè)計。
[0029]步驟A3:對模型箱進(jìn)行預(yù)振動試驗，實際測定其兩個方向上的側(cè)向剛度。
[0030]步驟A4:通過增減橫梁I與立柱2的數(shù)量，增減螺栓7的預(yù)緊力，來調(diào)整模型箱的側(cè)向剛度使之滿足振動臺試驗的需要。
[0031]步驟A5:對調(diào)整后的模型箱進(jìn)行內(nèi)邊界處理，如對平行振動方向的圍護(hù)板5涂抹潤滑劑，對垂直振動方向的圍護(hù)板5施加吸能墊層，對底板6進(jìn)行鑿毛處理等。
[0032]模型箱搭建完成后，將結(jié)構(gòu)模型與巖土體模型一起，放置在模型箱內(nèi)，啟動振動臺8，與振動臺8剛性連接的底板6把振源的震動力完整地傳給模型箱的側(cè)向結(jié)構(gòu)，由于模型箱的側(cè)向結(jié)構(gòu)中有大量的柔性連接點，允許模型箱側(cè)向結(jié)構(gòu)的各部件間發(fā)生小幅相對位移，因此，振源震動力在柔性連接點處被部分消耗后才傳給箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)模型與巖土體模型，模型箱經(jīng)該消耗過程實現(xiàn)了對硬土或軟巖場地動力特性的模擬。
【主權(quán)項】
1.一種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱，其特征在于:所述模型箱由墻體、底板(6)和邊立柱(4)拼接而成，所述墻體由若干橫梁(I)、若干立柱(2)、底橫梁(3)和圍護(hù)板(5)經(jīng)緊固件柔性連接成型；模型箱側(cè)壁由多片墻體經(jīng)邊立柱(4)柔性連接成型，所述模型箱側(cè)壁鉸接固定于底板(6)上使模型箱成型，所述底板(6)剛性連接于外部振動臺(8)處。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱，其特征在于:所述墻體由若干橫梁(I)、若干立柱(2)、底橫梁(3)和圍護(hù)板(5)經(jīng)螺栓(7)柔性連接成型。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱，其特征在于:所述橫梁(I)數(shù)量為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的橫梁數(shù)量，所述立柱(2)數(shù)量為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的立柱數(shù)量，所述螺栓(7 )的預(yù)緊力為使模型箱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達(dá)到振動臺試驗所需剛度的預(yù)緊力。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱，其特征在于:所述模型箱為經(jīng)過內(nèi)邊界處理的模型箱，所述經(jīng)過內(nèi)邊界處理的模型箱中，位于模型箱平行振動方向上的圍護(hù)板(5)處涂有潤滑劑，位于模型箱垂直振動方向上的圍護(hù)板(5)處設(shè)有吸能墊層，模型箱底板(6)為經(jīng)鑿毛處理的底板。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱，其特征在于:所述模型箱的搭建過程依次分為以下步驟； 步驟Al:將橫梁(I)、立柱(2)、底橫梁(3)和圍護(hù)板(5)通過螺栓(7)拼裝成若干墻體； 步驟A2:將上述墻體、邊立柱(4 )和底板(6 )通過螺栓(7 )拼裝成模型箱，使底板(6 )剛性連接在外部振動臺(8)上； 步驟A3:對模型箱進(jìn)行預(yù)振動試驗，實際測定其側(cè)向剛度； 步驟A4:通過增減橫梁(I)與立柱(2)的數(shù)量，增減螺栓(7)的預(yù)緊力，來調(diào)整模型箱的側(cè)向剛度使之滿足振動臺試驗的需要； 步驟A5:對調(diào)整后的模型箱進(jìn)行內(nèi)邊界處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于振動臺試驗的拼裝式可變剛度模型箱，所述模型箱由墻體、底板和邊立柱拼接而成，所述墻體由若干橫梁、若干立柱、底橫梁和圍護(hù)板經(jīng)緊固件柔性連接成型；模型箱側(cè)壁由多片墻體經(jīng)邊立柱柔性連接成型，所述模型箱側(cè)壁鉸接固定于底板上使模型箱成型，所述底板剛性連接于外部振動臺處。本發(fā)明可以在需要模擬硬土或軟巖場地的振動臺試驗中，靈活調(diào)整模型箱的側(cè)向剛度，使之適用于硬土或軟巖場地的振動臺試驗。
【IPC分類】G01M7/02
【公開號】CN105136417
【申請?zhí)枴緾N201510656538
【發(fā)明人】關(guān)振長, 龔振峰, 陳仁春, 呂荔炫
【申請人】福州大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年10月12日