基于振动台的多功能装配式模型土箱制造技术

基于振动台的多功能装配式模型土箱，包括刚性底座、装配式叠层箱体、限位稳固机构和加压系统。装配式叠层箱体置于刚性底座上，装配式叠层箱体包括若干个相互叠置的矩形框架和滑动机构；每个矩形框架的长度和宽度尺寸均能够调节。限位稳固机构为若干根边立柱，每根边立柱上均设置有若干个轴承。加压系统包括承压钢板、弹簧组和反力钢板。反力钢板与边立柱连接，形成稳固的反力架。本实用新型专利技术不受模型土箱尺寸固定的限制，能根据试验的不同需求，灵活调整模型箱的长宽比、高度及容积等几何参数；能够给模型土箱中的土样施加围压；能有效控制不同深度土层的固结和排水过程，使之适用于多种场地及不同实验条件的振动台试验。

Multifunctional assembled model soil bin based on shaking table

The utility model relates to a multifunctional assembly type soil box based on a vibration table, which comprises a rigid base, an assembled laminated box body, a limit stable mechanism and a pressurizing system. The assembled stacked box body is provided with a plurality of mutually overlapping rectangular frames and sliding mechanisms, and the length and the width of each rectangular frame can be adjusted. The utility model is characterized in that a plurality of bearing columns are arranged on each side pillar. The pressurization system comprises a bearing steel plate, a spring group and a reaction steel plate. The reaction steel plate is connected with the side column to form a stable reaction frame. The utility model is not restricted by the model of soil box fixed size, can according to the different needs of the test, the length and width of flexible adjustment of model box ratio, height and volume of geometric parameters can be applied to the model; confining pressure in the soil box soil; consolidation process can effectively control the different depth of soil and water, shaking table the test is applicable to a variety of fields and different experimental conditions.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及土木工程抗震试验
，特别是一种基于振动台的多功能装配式模型土箱。
技术介绍
在地下结构的液化效应分析中，往往采用振动台试验模拟实际场地中结构的动力响应。由于地下结构多埋置于土样或岩体之中，试验时需要模拟的对象除结构本身外还需要模拟结构周边的地层，这就需要在结构振动台上增加一个能够传递振动作用到试验对象的装置──模型土箱。目前国内现有的模型土箱尺寸均为固定的，针对不同场地或不同的土-结构相互作用下的振动台试验，同一尺寸的模型箱无法进行长宽比、高度和容积等参数的调节，大大增加了边界效应对试验结果的影响，从而无法对模型土及结构进行有效准确的地震效应分析，且不同条件的振动台试验对填土量、试验人数等的需求也不尽相同，若使用同一种固定的土箱进行试验，无疑也是对资源的一种浪费。另外，在进行场地中地下结构动力响应分析的振动台试验中，国内现有的模型土箱大多只能模拟2m-3m厚度的土层，无法在土层上实现加载。此外，现有模型土箱不能有效解决排水问题或不能合理地控制不同深度土层的固结和排水过程，因而在应用上有一定的局限性。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于振动台的多功能装配式模型土箱，该基于振动台的多功能装配式模型土箱不受模型土箱尺寸固定的限制，能根据试验的不同需求，灵活调整模型箱的长宽比、高度及容积等几何参数；同时，还能够给模型土箱中的土样施加围压；能有效控制不同深度土层的固结和排水过程，使之适用于多种场地及不同实验条件的振动台试验。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种基于振动台的多功能装配式模型土箱，安装在振动台上，包括刚性底座、装配式叠层箱体、限位稳固机构和加压系统。刚性底座的底部与振动台固定连接。装配式叠层箱体放置于刚性底座上，装配式叠层箱体包括若干个矩形框架和滑动机构；若干个矩形框架相互堆叠放置，滑动机构设置在相邻两个矩形框架的接触部位；每个矩形框架的长度和宽度尺寸均能够调节。限位稳固机构为若干根边立柱，每根边立柱上均设置有若干个轴承。加压系统设置在装配式叠层箱体的顶部，加压系统包括承压钢板、弹簧组和反力钢板；承压钢板的底部能与装填在装配式叠层箱体最上层的土样相接触；反力钢板设置在承压钢板的正上方，反力钢板的四周与边立柱固定连接，形成反力架；反力钢板与承压钢板之间通过弹簧组相连接。每个矩形框架均主要由若干块箱梁结构和四个拐角结构相互拼接形成，相邻两块箱梁结构之间以及箱梁结构与拐角结构之间均为可拆卸连接。至少一个矩形框架的侧壁上设置有排水系统，该排水系统包括透水石、排水管和设置在排水管上的排水阀；排水管由排水管头和橡胶软管组成。装配式叠层箱体的内壁设置有橡胶膜。本技术采用上述结构后，具有如下有益效果：1、上述装配式叠层箱体能根据试验要求增加或减少层数，调整模型土箱的高度；相邻两层矩形框架间的滑动机构能保证能进行低摩阻力灵活滑动，减小模型的边界效应。另外，能够根据不同场地或不同试验条件的具体需求灵活调整模型箱的长宽比、容积等参数，合适的几何尺寸使置于模型箱内的试验模型具有一定的保真性，保证了模型与原型地震动力响应间的相似性，同时也达到了“一箱多用”的目的，使之适用于多种场地的振动台试验。此外，上述装配式叠层箱体经过一定的处理，既能保证叠层土箱的密封性，又能减少箱体振动过程中长度方向侧边与土样间的剪切应力，对装配式叠层箱体有一定的保护作用。2、根据试验对不同土层固结度的要求或根据排水边界条件的不同，在安装装配式叠层箱体时将设有排水系统的箱梁结构所组成的单层或几层矩形框架放置在相对应土层的高度上，对该土层的模拟土样进行排水，以此能有效地控制不同土层或不同深度模拟土样的固结和排水过程。3、上述边立柱上设有的轴承外壁与土箱外壁接触，形成稳固的门架式框架结构，该框架有利于限制土箱垂直及平面扭转运动，同时能够防止叠层箱体甩脱，起到安全控制的限位作用。4、上述承压钢板上等间距地布置若干工艺相同、等直径、等长度的弹簧，形成一个系统的弹簧组，反力钢板放置在弹簧组上，能根据所加压力大小降低并调整反力钢板的高度，从而压缩弹簧改变弹簧组的长度，使压力均匀地传递至土层，达到有效加压使土层在特定围压下固结的目的。5、由于本技术可根据不同试验需求合理调整模型土箱的尺寸大小，减小了试验所需的土方量，提高了试验效率，大大节省了财力、物力和人力。且模型土箱可拼接可拆卸，也能更好更合理地利用空间资源。6、本技术实施例中的多功能装配式模型土箱稳固可靠，构造简单，造价经济，制作、安装和应用较为方便。附图说明图1显示了本技术一种基于振动台的多功能装配式模型土箱的正视图。图2显示了多功能装配式模型土箱的侧视图。图3显示了所述刚性底座的俯视图。图4显示了装配式叠层箱体箱梁结构的俯视图。图5显示了装配式叠层箱体设有排水系统箱梁结构的正视图。图6显示了装配式叠层箱体设有排水系统箱梁结构的侧视图。图7显示了排水系统排水管头的示意图。图8显示了装配式叠层箱体拐角结构俯视图。图9显示了装配式叠层箱体矩形框架的俯视图。图10显示了承压钢板的俯视图。其中有：1、刚性底座；2、立柱孔位；3、矩形框架；4、滑动机构；5、箱梁结构；6、拐角结构；7、螺栓；8、排水孔；9、橡胶软管；10、排水阀；11、橡胶膜；12、排水管头；13、透水石；14、轴承；15、边立柱；16、承压钢板；17、弹簧组；18、反力钢板；19、传感器出线孔。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。如图1所示，一种基于振动台的多功能装配式模型土箱，安装在振动台上，包括刚性底座1、装配式叠层箱体、限位稳固机构和加压系统。刚性底座的底部与振动台固定连接，如图3所示，刚性底座的顶部均匀设置有若干个立柱孔位2。装配式叠层箱体放置于刚性底座上，如图1和图2所示，装配式叠层箱体包括若干个矩形框架3和滑动机构4。若干个矩形框架相互堆叠放置，能根据试验要求增加或减少层数，从而能调整模型土箱的高度。滑动机构设置在相邻两个矩形框架的接触部位，相邻两层矩形框架间的滑动机构能保证能进行低摩阻力灵活滑动，减小模型的边界效应。每个矩形框架的长度和宽度尺寸均能够调节。矩形框架的长度和宽度尺寸调节优选设置方式，如图8所示，每个矩形框架均主要由若干块箱梁结构5和四个拐角结构6相互拼接形成。当然，作为替换，也可以为现有技术中的其他调节方式。如图4和图5所示，箱梁结构的顶部设置有滑动结构，箱梁结构的两端为卡合端，并设置有螺栓孔，箱梁结构的侧壁可根据需要设置若干个排水孔8。如图6和图7所示，根据装配式叠层箱体的实际尺寸大小，在装配式叠层箱体内壁设置橡胶膜11，并在与设有排水孔的矩形框架相对应的位置同样开有排水孔；排水管头12从橡胶膜内侧的排水孔装入并与橡胶模内壁用胶水粘合固定；排水管头内侧嵌入透水石13，排水管头另一侧穿过矩形框架上的排水孔，与紧套着的橡胶软管9及外接的排水阀10相连。根据试验对不同土层固结度的要求或根据排水边界条件的不同，在安装装配式叠层箱体时将设有排水系统的箱梁结构所组成的单层或几层矩形框架放置在相对应土层的高度上，对该土层的模拟土样进行排水，以此能有效地控制不同土层或不同深度模拟土样的固结和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于振动台的多功能装配式模型土箱，安装在振动台上，其特征在于：包括刚性底座、装配式叠层箱体、限位稳固机构和加压系统；刚性底座的底部与振动台固定连接；装配式叠层箱体放置于刚性底座上，装配式叠层箱体包括若干个矩形框架和滑动机构；若干个矩形框架相互堆叠放置，滑动机构设置在相邻两个矩形框架的接触部位；每个矩形框架的长度和宽度尺寸均能够调节；限位稳固机构为若干根边立柱，每根边立柱上均设置有若干个轴承；加压系统设置在装配式叠层箱体的顶部，加压系统包括承压钢板、弹簧组和反力钢板；承压钢板的底部能与装填在装配式叠层箱体最上层的土样相接触；反力钢板设置在承压钢板的正上方，反力钢板的四周与边立柱固定连接，形成反力架；反力钢板与承压钢板之间通过弹簧组相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于振动台的多功能装配式模型土箱，安装在振动台上，其特征在于：包括刚性底座、装配式叠层箱体、限位稳固机构和加压系统；刚性底座的底部与振动台固定连接；装配式叠层箱体放置于刚性底座上，装配式叠层箱体包括若干个矩形框架和滑动机构；若干个矩形框架相互堆叠放置，滑动机构设置在相邻两个矩形框架的接触部位；每个矩形框架的长度和宽度尺寸均能够调节；限位稳固机构为若干根边立柱，每根边立柱上均设置有若干个轴承；加压系统设置在装配式叠层箱体的顶部，加压系统包括承压钢板、弹簧组和反力钢板；承压钢板的底部能与装填在装配式叠层箱体最上层的土样相接触；反力钢板设置在承压钢板的正上方，反力钢板的四周与边立柱固定连接，形成反力...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志华，张宇杰，沈吉荣，高洪梅，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32