本發(fā)明涉及振動臺試驗(yàn)中用于進(jìn)行土-結(jié)構(gòu)相互作用試驗(yàn)的盛土裝置，更具體地涉及一種分層支撐式三自由度剪切變形模型箱。

背景技術(shù)：

利用振動臺試驗(yàn)?zāi)M涉及半無線場地的地震響應(yīng)時，用于盛裝模型的模型箱結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式對試驗(yàn)結(jié)果的合理性有較大的影響，因此，所使用的盛裝容器必須能夠模擬地基土的半無限性。目前普遍采用的剪切變形模型箱相對于早先的剛性模型箱和圓筒形柔性模型箱更好地模擬了地基土的半無限性。在水下管柱振動模擬實(shí)驗(yàn)中，模型箱較大的自重以及模擬管柱的重量對振動臺負(fù)荷要求加大，且模擬試驗(yàn)中剪切模型箱較大的慣性以及模型箱主體各層框架之間的摩擦力對模擬土動力相應(yīng)影響限制了模型箱對于地基土半無限性模擬的相似程度。

基于以上所述，亟需一種新的振動臺試驗(yàn)用模型箱，以解決現(xiàn)有振動臺試驗(yàn)中模型箱自重對振動臺負(fù)荷的較大要求，模型箱慣性對模擬效果產(chǎn)生影響，以及模型箱框架之間的摩擦力對模擬效果產(chǎn)生影響等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述問題，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出一種分層支撐式三自由度剪切變形模型箱。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種分層支撐式三自由度剪切變形試驗(yàn)裝置，包括振動臺和固定在所述振動臺上的模型箱以及用于安裝連接所述模型箱的四個支撐立柱，所述模型箱為分層結(jié)構(gòu)的箱體，所述箱體由至少兩層框架豎直層疊地組裝在一起且每層框架之間等間隔平行排列；該試驗(yàn)裝置還包括底座，所述底座位于所述模型箱的下部，且固定在所述振動臺的上方，所述底座上設(shè)置有用于安裝四個所述定位立柱的安裝孔；所述模型箱的每層框架均由外層框架和內(nèi)層框架構(gòu)成，所述外層框 架和內(nèi)層框架之間通過箱體減震裝置連接在一起；所述模型箱的每層框架的外層框架均通過支撐減震裝置與四個所述支撐立柱連接。

優(yōu)選地，所述外層框架的內(nèi)側(cè)均布有八個外層框架內(nèi)圓柱，所述八個外層框架內(nèi)圓柱中與四個支撐立柱相對的四個外層框架內(nèi)圓柱均與連接鋼桿相連接，所述連接鋼桿的另一端連接外圓柱。

優(yōu)選地，所述內(nèi)層框架的外側(cè)均布有八個內(nèi)外框架連接扣，所述內(nèi)外框架連接扣由兩片上下相對的帶有通孔的鐵片構(gòu)成，用于與外層框架的內(nèi)側(cè)均布設(shè)置的八個外層框架內(nèi)圓柱相連接。

優(yōu)選地，內(nèi)外層框架之間通過箱體減震裝置進(jìn)行連接；所述箱體減震裝置由所述外層框架內(nèi)圓柱、所述內(nèi)外框架連接扣、箱體減震雙頭螺栓和箱體減震彈簧構(gòu)成，所述箱體減震雙頭螺栓穿過外層框架內(nèi)圓柱的圓柱孔，并在兩端分別套上箱體減震彈簧之后再分別穿過內(nèi)外框架連接扣的上下兩個鐵片后用螺母進(jìn)行固定。

優(yōu)選地，所述支撐減震裝置由所述外圓柱、支撐減震彈簧、支撐減震雙頭螺栓和滾珠軸承構(gòu)成；所述支撐減震雙頭螺栓穿過外圓柱的圓柱孔，并在兩端分別套上支撐減震彈簧之后再分別連接滾珠軸承后用螺母進(jìn)行固定。

優(yōu)選地，該試驗(yàn)裝置還包括與至少兩層所述框架一一對應(yīng)的至少兩個帶有滑槽的光滑圓盤，所述光滑圓盤焊接在所述支撐立柱上；每層所述框架均通過支撐減震裝置上的可滑動地安裝在所述光滑圓盤的滑槽內(nèi)的滾珠軸承實(shí)現(xiàn)與支撐立柱的連接。

優(yōu)選地，所述支撐立柱上設(shè)置有至少兩個用于安裝所述光滑圓盤的擱架。

優(yōu)選地，該試驗(yàn)裝置還包括用于固定四個所述支撐立柱之間相對位置的定位架，所述定位架為中空封閉圓環(huán)，所述定位架內(nèi)側(cè)壁上沿圓周方向等距離均勻設(shè)置有四個凹槽，所述定位架設(shè)置為兩組，四個所述支撐立柱豎直卡合在兩組所述定位架的四個所述凹槽內(nèi)。

優(yōu)選地，至少兩層所述框架安裝時，由四個所述定位立柱固定水平位置。至少兩層所述框架內(nèi)側(cè)形成的圓柱空間內(nèi)鋪有防水膜制成的桶狀袋子，用于防止所盛土從所述框架間隙內(nèi)漏出。

本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供了一種振動臺試驗(yàn)用模型箱，在原有模型箱固定在振動臺的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，本申請?jiān)鲈O(shè)了用于安裝模型箱的四個支撐立柱，由于這些支撐立柱置于地面而并非設(shè)置在振動臺上，因此整個模型箱的重力轉(zhuǎn)移給了地面，從而消除了模型箱自重對振動臺負(fù)荷的要求。

(2)模型箱的多層框架豎直放置且等間隔平行排列，即模型箱的各層框架之間不相互接觸，無摩擦力存在，僅框架與光滑圓盤之間產(chǎn)生摩擦力，摩擦力較小，從而降低了各層框架之間摩擦力對模擬效果產(chǎn)生的影響，極大地提高了試驗(yàn)?zāi)M的相似程度。

(3)由于框架為中空鋁合金封閉圓環(huán)，在振動臺試驗(yàn)中水平振動時，模型箱中僅有各層框架進(jìn)行水平振動，框架的質(zhì)量較輕，極大地降低了模型箱慣性對模擬效果產(chǎn)生的影響。

(4)增加了垂向減震器，使振動臺試驗(yàn)中模型箱內(nèi)的土可以進(jìn)行小振幅的垂向振動，實(shí)現(xiàn)了三個自由度的剪切變形模擬。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的振動臺試驗(yàn)用模型箱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為該模型箱的底座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為該模型箱的底座的側(cè)視圖；

圖4為該模型箱的定位架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為該模型箱的定位架的側(cè)視圖；

圖6為該模型箱的光滑圓盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為該模型箱的光滑圓盤的側(cè)視圖；

圖8為該模型箱的立柱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為該模型箱的立柱的側(cè)視圖；

圖10為該模型箱的立柱的俯視圖；

圖11為該模型箱的外層框架的示意圖；

圖12為該模型箱的外層框架的側(cè)視圖；

圖13為該模型箱的內(nèi)層框架的示意圖；

圖14為該模型箱的內(nèi)層框架的側(cè)視圖；

圖15為該模型箱的內(nèi)外層框架連接在一起的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16為圖15所述的內(nèi)外層框架連接在一起的整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖17為將內(nèi)外層框架連接在一起的箱體減震裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖18為外層框架外側(cè)固定連接的支撐減震裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1、振動臺；2、模型箱；3、支撐立柱；4、連接鋼桿；5、支撐減震裝置；6、擱架；7、光滑圓盤；8、底座；9、定位架；10、箱體減震裝置

101、外層框架內(nèi)圓柱；102、內(nèi)外框架連接扣；103、箱體減震雙頭螺栓；104、箱體減震彈簧；21、框架；211、外層框架；212、內(nèi)層框架；51、外圓柱；52、支撐減震彈簧；53、支撐減震雙頭螺栓；54、滾珠軸承；81、安裝孔；82、定位立柱；91、凹槽。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達(dá)到的技術(shù)效果更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種分層支撐式三自由度剪切變形模型箱，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，該分層支撐式三自由度剪切變形模型箱包括振動臺1、固定在振動臺1上的模型箱2和用于安裝模型箱2的四個圓柱形支撐立柱3，所述四個支撐立柱3呈方形排布。本發(fā)明提供的模型箱2既固定在振動臺1上，而且同時安裝在四個圓柱形支撐立柱3上固定連接，由于這些支撐立柱3直接置于地面而并非設(shè)置在振動臺1上，因此整個模型箱2的重力轉(zhuǎn)移給了地面，從而消除了模型箱2的自重對振動臺1負(fù)荷的要求。

如圖2-3所示，該試驗(yàn)裝置還包括底座8，底座8位于模型箱2的下部，且固定在振動臺1的上方，底座8上設(shè)置有用于安裝定位立柱82的安裝孔81。通過安裝孔81和定位立柱82的設(shè)置實(shí)現(xiàn)了安裝過程中對框架21水平位置的固 定。

模型箱2為分層結(jié)構(gòu)的箱體，于本實(shí)施例中，作為優(yōu)選方案，模型箱2由十三層框架21豎直層疊地組裝在一起且每層框架21之間等間隔平行排列，十三層框架21內(nèi)側(cè)所構(gòu)成的圓柱空間內(nèi)，鋪有防水膜制成的桶狀袋子，用于盛裝模型土，防止土從框架間隙內(nèi)漏出。

如圖8至圖10所示為支撐立柱13的示意圖，十三層框架21層疊地安裝在四個支撐立柱3上，每個支撐立柱3上設(shè)置有十三個用于安裝十三個光滑圓盤7的擱架6。

如圖6和圖7所示為光滑圓盤7的示意圖，光滑圓盤7放置在四個支撐立柱3的擱架6上。

模型箱2的每層框架21均由外層框架211和內(nèi)層框架212構(gòu)成，所述外層框架211和內(nèi)層框架212之間通過箱體減震裝置10連接在一起；所述模型箱2的每層框架21的外層框架211均通過支撐減震裝置5與四個所述支撐立柱3連接，更優(yōu)選地，每層所述框架21均通過支撐減震裝置5上的可滑動地安裝在所述光滑圓盤7的滑槽內(nèi)的滾珠軸承54實(shí)現(xiàn)與支撐立柱3的連接。

由于上述模型箱2的各層框架21之間不相互接觸，無摩擦力存在，僅框架21與光滑圓盤7之間產(chǎn)生摩擦力，摩擦力較小，從而降低了各層框架21之間摩擦力對模擬效果產(chǎn)生的影響，極大地提高了振動臺試驗(yàn)?zāi)M的相似程度。

如圖11至圖12所示為外層框架211的示意圖。外層框架211的內(nèi)側(cè)均布有八個外層框架內(nèi)圓柱101，所述八個外層框架內(nèi)圓柱101中與四個支撐立柱3相對的四個外層框架內(nèi)圓柱101均與連接鋼桿4相連接，所述連接鋼桿4的另一端連接外圓柱51。

如圖13至圖14所示為內(nèi)層框架212的示意圖。內(nèi)層框架212的外側(cè)均布 有八個內(nèi)外框架連接扣102，所述內(nèi)外框架連接扣102由兩片上下相對的帶有通孔的鐵片構(gòu)成，用于與外層框架211的內(nèi)側(cè)均布設(shè)置的八個外層框架內(nèi)圓柱101相連接。

如圖15至圖17所示，內(nèi)外層框架之間通過箱體減震裝置10進(jìn)行連接；所述箱體減震裝置10由所述外層框架內(nèi)圓101、所述內(nèi)外框架連接扣102、箱體減震雙頭螺栓103和箱體減震彈簧104構(gòu)成，所述箱體減震雙頭螺栓103穿過外層框架內(nèi)圓柱101的圓柱孔，并在兩端分別套上箱體減震彈簧104之后再分別穿過內(nèi)外框架連接扣102的上下兩個鐵片后用螺母進(jìn)行固定。

如圖18所示所述支撐減震裝置5由所述外圓柱51、支撐減震彈簧52、支撐減震雙頭螺栓53和滾珠軸承54構(gòu)成；所述支撐減震雙頭螺栓103穿過外圓柱51的圓柱孔，并在兩端分別套上支撐減震彈簧52之后再分別連接滾珠軸承54后用螺母進(jìn)行固定。

無論是箱體減震裝置10還是支撐減震裝置5，由于均增加了垂直方向上的彈簧作為垂向減震器，使使振動臺試驗(yàn)中模型箱內(nèi)的土可以進(jìn)行小振幅的垂向振動，實(shí)現(xiàn)了三個自由度的剪切變形模擬。

于本實(shí)施例中，優(yōu)選的，框架21為中空鋁合金封閉圓環(huán)，在振動臺試驗(yàn)中水平振動時，模型箱中僅有各層框架21進(jìn)行水平振動，框架21的質(zhì)量較輕，極大地降低了模型箱慣性對模擬效果產(chǎn)生的影響。

作為優(yōu)選方案，如圖4和圖5所示，振動臺試驗(yàn)用模型箱還包括用于固定四個支撐立柱3之間相對位置的定位架9，定位架9優(yōu)選為中空封閉圓環(huán)，且不局限于中空封閉圓環(huán)，該定位架9能夠減輕整體模型箱的重量，還能夠降低生產(chǎn)成本。

定位架9內(nèi)側(cè)壁上沿圓周方向設(shè)置有四個凹槽91，四個凹槽91與四個支 撐立柱3的形狀相匹配，四個支撐立柱3可豎直卡合在四個凹槽91內(nèi)。通過定位架9可以將四個支撐立柱3的位置相對固定，避免了四個支撐立柱3在振動臺試驗(yàn)中晃動，降低了對模擬效果的影響。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。