反力式叠层剪切模型箱制造技术

本实用新型专利技术涉及一种反力式叠层剪切模型箱，主要包括吊环、刚性底座、静力台、叠环、立杆、往复作动器及反力墙等。沿刚性底座长边方向对称设有同材质的立杆和吊环，在其上表面自下往上依次设置有第1层至第n层等厚度的硬铝合金剪切框，除第1层为固定层，其余n

【技术实现步骤摘要】
反力式叠层剪切模型箱


[0001]本技术涉及土木工程领域，具体涉及一种反力式叠层剪切模型箱。

技术介绍

[0002]目前，由于岩土地震工程领域缺乏足够的地震现场实测数据，通常需要通过开展室内模型试验来获得可靠的地震响应数据。振动台试验是最重要的一类室内模型试验，但由于振动台造价十分昂贵和试验程序较为繁琐，难以满足日益增长的地震模型试验需求。因此，有必要开发出一套操作简便、成本较低的新型室内地震模型试验装置。

技术实现思路

[0003]鉴于开展振动台地震模型试验的经济耗费及技术成本巨大，本技术所要解决的技术问题是提供一种可替代振动台地震模型试验的，同时又具有结构简单、便于安装、最大横向位移可控等特点的一种反力式叠层剪切模型箱，在拟静力条件下，通过组装静力台、反力墙以及往复作动器等简易器材来模拟地震荷载效应，可实现在无振动台设备条件下开展低成本的室内地震模型试验研究。
[0004]为解决上述问题，本技术提供的反力式叠层剪切模型箱，包括模型箱主体，其特征在于：其特征在于：所述模型箱主体的底部设有刚性底座和静力台；
[0005]所述刚性底座用若干螺栓与静力台的台面固定；在刚性底座上设有若干同材质的立杆和吊环，所述吊环与立杆的端部通过螺纹连接；所述立杆围绕模型箱主体两边且对称布置，组成吊装系统，便于模型箱主体的安装与移位；
[0006]所述刚性底座的上表面自下往上依次由第1层至第n层等厚度的硬铝合金剪切框叠合而成；除第1层剪切框固定在刚性底座上外，其余n
‑
1层剪切框均为能发生横向位移的活动层；其中n>3，n为自然数；
[0007]上下相邻两层剪切框包括上部框架和下部框架；在上部框架和下部框架之间沿剪切框长边均置有若干个独立且处在同一水平面上的滚动体系；所述滚动体系包括下表面凹槽、上表面凹槽、滚珠和轴承；
[0008]所述下表面凹槽和上表面凹槽分别沿上下相邻两层剪切框上部框架、下部框架之间长边方向的下、上表面布置；上下相邻两层剪切框之间存在着凹槽长度差，且上部框架的下表面凹槽长于下部框架的上表面凹槽，以确保在有限位保护的前提下相邻剪切框能发生自由横向位移；
[0009]在静力台的左端部设有反力墙，沿高度方向依次安装有与第1层至第n层剪切框框架中心高度一致对应的若干往复作动器；还包括若干连接器，所述往复作动器的端部通过连接器与相应高度的剪切框铰接，以保证在往复作动器作用下剪切框不发生侧向偏移，从而实现剪切框仅在水平长度方向发生往复位移；所述往复作动器是按力或位移往复控制输出的，因此能模拟地震荷载所致的自由场变形或地基惯性力，能应用于地震模型试验；
[0010]除模型箱主体最顶部的剪切框外，其余剪切框沿长边方向的上表面凹槽内均安置
有滚动体系的轴承和若干滚珠；所述轴承装置在上表面凹槽内；若干所述滚珠固定在轴承中，以实现若干滚珠之间的相对位置不产生偏移；且轴承长度小于上表面凹槽，以保证滚珠与轴承的接触面之间为滚动摩擦。
[0011]作为优选方案，当n＝10时，所述刚性底座的上表面自下往上依次由第1层至第10层等厚度的硬铝合金剪切框叠合而成；除第1层剪切框固定在刚性底座上外，其余9层剪切框均为能发生横向位移的活动层。
[0012]进一步地，所述剪切框围构的剪切箱内侧安设有橡皮膜，以适应剪切箱的内部尺寸并防止试验时剪切箱内土体和水发生泄漏。
[0013]更进一步地，所述橡皮膜为防渗柔性橡皮膜；所述橡皮膜尺寸与剪切模型箱内部空间大小完全贴合，且橡皮膜的上部四周固定在剪切模型箱最顶层剪切框的顶面。
[0014]上述反力式叠层剪切模型箱，即可替代振动台地震模型试验的反力式叠层剪切模型箱试验装置，在静力台的左端部设有反力墙，反力墙上分别装有与各活动层框架高度相对应的往复作动器，其端部通过连接器与各活动层硬铝合金框相连。由于往复作动器可按力或位移往复控制输出，因此可模拟地震过程中地基土的自由场变形及所受的地震惯性力。在其刚性底座上设有吊装系统以及导向系统，其刚性底座上表面自下往上依次由第1层至第10层等厚度的矩形硬铝合金剪切框叠合而成模型箱。上下相邻两层框架之间沿长边均设置有若干个凹槽，其下部框架上表面凹槽用于放置轴承，每个轴承之间又包含若干个刚性滚珠，其上部框架的下表面的凹槽长度略长于下部框架上表面的凹槽长度，凹槽与滚珠的上部相切。剪切箱内侧安装有尺寸匹配的橡皮膜，橡胶膜的上部固定于模型箱的顶部。本技术中的吊装系统及导向系统，由刚性底座及沿其长度方向对称设置的同材质立杆和吊环组成，吊环通过螺纹与立杆的端部连接。
[0015]本技术的工作原理如下：
[0016]该反力式叠层剪切模型箱，在拟静力条件下，通过组装静力台、反力墙以及往复作动器等简易器材来模拟地震荷载效应，可实现在无振动台设备条件下开展低成本的室内地震模型试验研究。
[0017]在反力墙上固定有与各活动层硬铝合金剪切框中心高度相一致的若干往复作动器，且往复作动器通过连接装置与活动层硬铝合金剪切框相铰接。往复作动器是按力或位移往复控制输出的，因此能模拟地震荷载所致的自由场变形或地基惯性力，能较好地应用于地震模型试验。通过连接器可实现作动器与剪切框相铰接，从而实现活动层硬铝合金剪切框仅在水平长度方向可发生往复位移。刚性底座上设有吊装系统和导向系统，不但便于将反力式叠层剪切模型箱安装在静力台面上，也对整个叠层剪切箱起限位保护作用，可有效避免在地震模拟试验中出现矩形剪切框滑落等安全事故。
[0018]从刚性底座的上表面自下往上依次由第1层至第10层等厚度的矩形硬铝合金剪切框叠合。相邻两层剪切框之间沿长边方向上下表面均刻有多个凹槽，且上下相邻框架中上部框架下表面的凹槽略大于下部框架上表面凹槽长度，以此形成凹槽的长度差，从而控制每层剪切框可发生的最大横向位移。除最顶部的框架外，其余框架沿长边方向上表面的凹槽内均安置线性轴承。采用的线性轴承放置在凹槽内，且轴承长度略小于凹槽，以保证滚珠与接触面之间为滚动摩擦。滚珠则固定在线性轴承中，以此来实现滚珠之间的相对位置不产生偏移。
[0019]本技术的优点及有益效果如下：
[0020]本技术在拟静力条件下，通过静力台、反力墙及往复作动器等装置来开展室内地震模型试验研究，可分别模拟地震作用下地基土的变形和惯性力，具有模拟效果准确、操作便捷、试验成本较低等特点，具体如下：
[0021]1、在拟静力法下，通过静力台、反力墙及反复作动器等简易装置来替代振动台在地震模拟试验中的作用，避免了振动台造价昂贵且试验控制要求高等问题。
[0022]2、往复作动器可按力或位移控制输出，结合叠层剪切箱可模拟地震过程中地基土的非线性变形和所受到的地震惯性力。
[0023]3、在静力台上安装有反力墙，反力墙可稳固静力台，使其在振动过程中不发生偏移，在其高度方向可架设与活动层剪切框架一一对应的若干组反复作动器。
[0024]4、采用硬铝合金材料组成的剪切框，能够最小化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反力式叠层剪切模型箱，包括模型箱主体，其特征在于：所述模型箱主体的底部设有刚性底座(1)和静力台(12)；所述刚性底座(1)用若干螺栓(6)与静力台(12)台面固定；在刚性底座(1)上设有若干同材质的立杆(3)和吊环(4)，所述吊环(4)与立杆(3)的端部通过螺纹连接；所述立杆(3)围绕模型箱主体两边且对称布置，组成吊装系统，便于模型箱主体的安装与移位；所述刚性底座(1)的上表面自下往上依次由第1层至第n层等厚度的硬铝合金剪切框(2)叠合而成；除第1层剪切框(2)固定在刚性底座(1)上外，其余n
‑
1层剪切框(2)均为能发生横向位移的活动层；其中n>3，n为自然数；上下相邻两层剪切框(2)包括上部框架和下部框架；在上部框架和下部框架之间沿剪切框(2)长边均置有若干个独立且处在同一水平面上的滚动体系(5)；所述滚动体系(5)包括下表面凹槽(10)、上表面凹槽(7)、滚珠(9)和轴承(8)；所述下表面凹槽(10)和上表面凹槽(7)分别沿上下相邻两层剪切框(2)上部框架、下部框架之间长边方向的下、上表面布置；上下相邻两层剪切框(2)之间存在着凹槽长度差，且上部框架的下表面凹槽(10)长于下部框架的上表面凹槽(7)，以确保在有限位保护的前提下相邻剪切框(2)能发生自由横向位移；在静力台(12)的左端部设有反力墙(11)，沿高度方向依次安装有与第1层至第n层剪切框(2)框架中心高度一致对应的若干往复作动器(13)；还包括若干连接器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，赵浚程，张震，罗丹阳，许徐晗，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：