地下结构静动力模型试验的通用模型箱及其试验方法技术

本发明专利技术提供一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱，包括设置在振动台上表面的通用模型箱，所述通用模型箱由底板、前墙体、后墙体、左墙体及右墙体组成，所述前墙体及后墙体下部采用固定件固定在底板上，所述左墙体和右墙体下部经铰接件铰接在底板上，所述左墙体及右墙体侧部中间均设置有加载板，每个加载板外侧设置有用以进行全动力振动台试验的反力系统。本发明专利技术结构简单，设计合理，不仅适用于全动力振动台试验，也可应用于静力推覆试验，极大地提高了模型箱的利用率。

【技术实现步骤摘要】
地下结构静动力模型试验的通用模型箱及其试验方法
本专利技术涉及一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱及其试验方法。
技术介绍
随着公铁路交通基础设施的日益完善和城市地下空间工程的大规模开发，地下结构的动力特性与地震动态响应，已成为学术界与工程界的研究热点问题。除现场调查、理论分析和数值模拟外，物理模型试验方法也是研究地下结构地震动态响应的重要研究手段；而模型箱则是地下结构模型试验中的重要设备之一，对试验结果有重要影响。振动台（shakingtable）动力试验中，通过对台面的多方向激振（水平单向、水平双向、竖向）来模拟真实地震作用，进而带动模型箱及箱内地层与结构产生震动，探讨研究范围内地层与结构的地震动态响应。模型箱侧向刚度实际上反映了研究范围外地层对研究范围内地层与结构的约束作用，因此模型箱的设计应与实际场地条件相适应。对覆盖层较薄以硬岩为主的I、II类场地常采用整体式刚性模型箱，对覆盖层较厚以软土为主的IV类场地层常采用层状剪切箱，对介于二者之间的III类场地可采用拼装式半刚性模型箱。静力推覆（pushover）试验最初用于地面结构的地震响应研究，即对地面结构逐级施加水平推力来模拟地震作用。近年来亦有学者将该方法引入地下结构的地震响应研究，即对地层施加水平位移使之发生剪切变形来模拟地震作用，进而带动地下结构发生地震响应。因此地下结构的静力推覆试验中，模型箱的主要作用是给地层提供特定的水平位移，使地层发生特定的剪切变形。但目前将地下结构静力推覆试验真正付诸实施的报导还较为少见，静力推覆试验模型箱设计制作方面的报导更是稀缺，传统的模型箱使用不便，造成科研经费的浪费。
技术实现思路
本专利技术对上述问题进行了改进，即本专利技术要解决的技术问题是提供一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱及其试验方法，结构简单且使用方便，不仅适用于全动力振动台试验，也可应用于静力推覆试验，极大地提高了模型箱的利用率。本专利技术的具体实施方案是：提供一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱，包括设置在振动台上表面的通用模型箱，所述通用模型箱由底板、前墙体、后墙体、左墙体及右墙体组成，所述前墙体及后墙体下部采用固定件固定在底板上，所述左墙体和右墙体下部经铰接件铰接在底板上，所述左墙体及右墙体侧部中间均设置有加载板，每个加载板外侧设置有用以进行全动力振动台试验的反力系统。进一步的，所述反力系统包括液压阻尼器和反力墙，所述反力墙与加载板之间经液压阻尼器连接，所述反力墙分别位于振动台两侧。进一步的，所述通用模型箱还能设置在整体式台座上方，所述整体式台座上方对称设置有一对分别位于通用模型箱两侧的加载系统，每个加载系统均位于整体式台座上方，所述加载系统包括整体式反力墙和液压作动器，每个加载板与整体式反力墙之间经液压作动器连接，用以进行拟静力推覆试验。进一步的，所述左墙体及右墙体侧面均设有若干均匀交错的横挺和竖挺，用以增强墙体刚度。进一步的，所述铰接件包括固定套件和旋转轴，所述旋转轴套设在固定件内并与固定件转动配合，所述固定套件安装在底板上，所述左墙体或右墙体下部与旋转轴固定连接。进一步的，所述加载板材料为橡胶。进一步的，所述底板上具有若干个螺纹孔。进一步的，一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱的试验方法，包括步骤如下：（1）通用模型箱内部容纳有地下结构及地层模型；（2）当进行全动力振动台试验时，将通用模型箱采用螺栓固定在振动台上，配合反力墙和液压阻尼器组成的反力系统，配合加载板、通用模型箱进行全动力振动台试验；（3）通过预试验选择液压阻尼器的阻尼系数，使得激振过程中左右两侧相同高程处的地层速度时程曲线（通过实测加速度时程曲线的积分得到）尽可能相似，可有效减小（精准控制）模型箱边界的反射效应；（3）当进行静力推覆试验时，将通用模型箱固定在整体式台座上，配合由整体式反力墙和液压作动器组成的加载系统，可进行拟静力推覆试验；（4）在进行静力推覆试验过程中，左侧液压作动器以主动伺服方式推动加载板及左墙体绕旋转轴发生一定量的转动位移，进而推动地层模型发生剪切变形；右侧液压作动器以随动伺服方式为右墙体提供必要的支承力，保证两侧墙体的转动位移相等；（5）同理，进行右向推覆时，左、右两侧液压作动器的作用方式与步骤（4）正好相反。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本装置结构简单，设计合理，不仅适用于全动力振动台试验，也可应用于静力推覆试验，极大地提高了模型箱的利用率，节约科研试验经费；1）当应用于全动力振动台试验，本专利技术所述模型箱与反力系统相配合，通过设置合适的阻尼系数，精确控制模型箱的抗侧刚度与地层模型相适应，可有效减小模型箱边界的反射效应；2）当应用于拟静力推覆试验，本专利技术所述模型箱与加载系统相配合，通过主动/被动伺服方式，精确控制墙体的转动位移，达到精确控制地层剪切变形的目的。附图说明图1为本专利技术实施例结构示意图一（用于振动台模型试验）；图2为本专利技术实施例结构示意图二（用于静力推覆模型试验）；图3为本专利技术实施例通用模型箱局部放大图；图4为本专利技术实施例左墙体或右墙体结构示意图；图5为本专利技术实施例前墙体或后墙体结构示意图。图中：1-通用模型箱，11-前墙体，12-后墙体，13-左墙体，14-右墙体，15-底板，151-螺纹孔，16-横挺，17-竖挺，2-振动台，3-固定件，4-铰接件，41-旋转轴，42-固定套件，5-加载板，6-反力系统，61-液压阻尼器，62-反力墙，7-整体式台座，8-加载系统，81-整体式反力墙，82-液压作动器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。实施例1：如图1、3、4、5所示，提供一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱，包括设置在振动台2上表面的通用模型箱1，所述通用模型箱由底板15、前墙体11、后墙体12、左墙体13及右墙体14组成，所述前墙体及后墙体下部采用固定件3固定在底板上，所述左墙体和右墙体下部经铰接件4铰接在底板上，所述左墙体及右墙体侧部中间均设置有加载板5，每个加载板外侧设置有用以进行全动力振动台试验的反力系统6。本实施例中，底板、前墙体、后墙体、左墙体及右墙体均由钢板制成。本实施例中，所述反力系统6包括液压阻尼器61和反力墙62，所述反力墙与加载板之间经液压阻尼器连接，所述反力墙分别位于振动台两侧，每个反力墙与振动台为独立个体。本实施例中，所述左墙体及右墙体侧面均设有若干均匀交错的横挺16和竖挺17，用以增强墙体刚度。本实施例中，固定件可以呈L型。本实施例中，所述铰接件4包括固定套件42和旋转轴41，所述旋转轴套设在固定件内并与固定套件转动配合，所述固定套件安装在底板上，所述左墙体或右墙体下部与旋转轴固定连接。本实施例中，所述加载板5材料为橡胶，反力系统通过加载板将作动力或是阻尼反力均匀的传递给墙体，进而传递给位于通用模型箱内部的模型底层。本实施例中，所述底板15上具有若干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱，其特征在于，包括设置在振动台上表面的通用模型箱，所述通用模型箱由底板、前墙体、后墙体、左墙体及右墙体组成，所述前墙体及后墙体下部采用固定件固定在底板上，所述左墙体和右墙体下部经铰接件铰接在底板上，所述左墙体及右墙体侧部中间均设置有加载板，每个加载板外侧设置有用以进行全动力振动台试验的反力系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱，其特征在于，包括设置在振动台上表面的通用模型箱，所述通用模型箱由底板、前墙体、后墙体、左墙体及右墙体组成，所述前墙体及后墙体下部采用固定件固定在底板上，所述左墙体和右墙体下部经铰接件铰接在底板上，所述左墙体及右墙体侧部中间均设置有加载板，每个加载板外侧设置有用以进行全动力振动台试验的反力系统。


2.根据权利要求1所述的一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱，其特征在于，所述通用模型箱还能设置在整体式台座上方，所述整体式台座上方对称设置有一对分别位于通用模型箱两侧的加载系统，每个加载系统均位于整体式台座上方，所述加载系统包括整体式反力墙和液压作动器，每个加载板与整体式反力墙之间经液压作动器连接，用以进行拟静力推覆试验。


3.根据权利要求2所述的一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱，其特征在于，所述反力系统包括液压阻尼器和反力墙，所述反力墙与加载板之间经液压阻尼器连接，所述反力墙分别位于振动台两侧。


4.根据权利要求1所述的一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱，其特征在于，所述左墙体及右墙体侧面均设有若干均匀交错的横挺和竖挺，用以增强墙体刚度。


5.根据权利要求3所述的一种地下结构静动力模型试验的通用模型箱，其特征在于，所述铰接件包括固定套件和旋转轴，所述旋转轴套设在固定件内并与固定件转动配合，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：关振长，喻文球，宁茂权，吕春波，赵昭轶，
申请(专利权)人：福州大学，海峡福建交通工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35