用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置.pdf

用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置属于土木工程技术领域。本发明由悬挂支架和底部安装于振动台、顶部悬挂于悬挂支架内的模型箱体组成，其特征在于：所述模型箱体为10层以上的刚性且轻质、形状任意且相同的层面结构垂直等间距平行排列，各层面结构由膜或者索串接，且膜或者索悬挂于环形刚性梁架上，梁架通过均匀布置的三组以上的万向节(7)架在悬挂支架上，膜或者索下部与刚性的底板(5)连接，底板(5)与振动台面连接在一起。本装置中的层面结构可制作成任意平面形状，适应于单向和多向地震动输入，而且可以满足大型振动台阵复杂地震动输入的需要。

1.  用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置，由悬挂支架和底部安装于振动台、顶部悬挂于悬挂支架内的模型箱体组成，其特征在于：所述模型箱体由10层以上的层面结构及梁架和底板组成，层面结构为刚性且轻质，其平面形状为任意且相同，各层面结构垂直等间距平行排列，由膜或者索串接，且膜或者索悬挂于刚性梁架上；梁架通过均匀布置的三组以上的万向节架在悬挂支架上，每组万向节包含1-2个万向节；膜或者索的下部与刚性的底板连接，底板与振动台面连接在一起。

2.  如权利要求1所述的用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置，其特征在于：所述层面结构为平面结构的铝合金框架或者薄壁型钢框架。

3.  如权利要求2所述的用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置，其特征在于：所述铝合金框架为中空铝合金封闭圆环。

4.  如权利要求3所述的用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置，其特征在于：所述膜为沿中空铝合金封闭圆环均匀布置的六条以上的PVC膜带。

5.  如权利要求3所述的用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置，其特征在于：所述索为沿中空铝合金封闭圆环均匀布置的六条以上的钢索。

6.  如权利要求1-5中任一项所述的用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置，其特征在于：所述环形悬挂支架为围绕模型箱体均匀布置的三个以上的立柱，所述万向节通过高度可调节螺栓置于立柱顶上。

用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置。
背景技术
在实际的结构-地基动力相互作用的情况下，地基是没有边界的，但在振动台试验中，只能用有限尺寸的模型箱来装模型土。这样，由于土和箱体界面上的波动反射以及土-模型箱体系与实际地基振动形态的差异给试验结果带来一定的误差，即“模型箱效应”。为了消除模型箱效应，将模型箱设计成单向或双向层状剪切模型箱，使模型箱在地震作用下能够进行层状剪切变形，双向层状剪切模型箱在输入另一方向的地震动时，必须重新安装滑槽内滚珠。这两种模型箱都不能同时输入多维地震动，更难以满足振动台阵复杂地震动输入的需求。柔性模型箱虽然能满足多维地震动输入的要求，但不能控制侧向刚度，试验中土体拱效应明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种悬挂式层状多向剪切模型箱装置用于地下结构振动台试验，克服上述的不足。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：设计一种用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置，由悬挂支架和底部安装于振动台、顶部悬挂于悬挂支架内的模型箱体组成，所述模型箱体由10层以上的层面结构及梁架和底板组成，层面结构为刚性且轻质，其平面形状为任意且相同，各层面结构垂直等间距平行排列，由膜或者索串接，且膜或者索悬挂于刚性梁架上；梁架通过均匀布置的三组以上的万向节架在悬挂支架上，每组万向节包含1-2个万向节；膜或者索的下部与刚性的底板连接，底板与振动台面连接在一起。
所述层面结构为平面结构的铝合金框架或者薄壁型钢框架。其中铝合金框架可以为中空铝合金封闭圆环。这种中空铝合金封闭圆环如果用膜来连接的话，可以采用沿中空铝合金封闭圆环均匀布置的六条以上的PVC膜带的形式；如果用索来连接的话，可以采用沿中空铝合金封闭圆环均匀布置的六条以上的钢索。
所述环形悬挂支架可以采用围绕模型箱体均匀布置的三个以上的立柱，每根立柱顶部上设置1-2个螺栓，螺栓可垂直上下调节，每个螺栓上面固定一个万向节。
本发明具有以下有益效果及优点：膜或者索提起各层层面结构构成模型箱，且顶部可在水平方向滑动，使各层层面结构间发生剪切变形。各轻质且刚性的层面结构为装置提供侧向刚度，膜或者索在提起各层层面结构的同时，还起到控制侧向刚度、限制各层层面结构发生平面扭转变形作用。该装置中的层面结构可制作成任意平面形状，适应于单向和多向地震动输入，而且可以满足大型振动台阵复杂地震动输入的需要。
附图说明
图1至图4为用于地下结构振动台试验的悬挂式层状多向剪切模型箱装置的一个实施例的结构示意图，此实施例可用于多向地震动输入，其中：
图1为实施例中模型箱装置俯视图；
图2为实施例中模型箱装置正视图；
图3为实施例中模型箱装置的支架中的一个立柱及万向节布置示意图；
图4为实施例中万向节布置的俯视图。
图中，1、钢梁，2、连接钢板，3、高度可调节螺栓，4、H型钢立柱，5、底板，6、PVC膜带，7、万向节，8、支撑钢板，9、铝合金封闭框架。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例进一步说明本发明。
本实施例中的层面结构为圆环形的中空铝合金封闭框架9。如图1所示，铝合金框直径4.2米，装置总高2.3米，适用于多向地震动同时输入，模型箱体由19层中空铝合金封闭框架9组成，底层中空铝合金封闭框架与底板5通过螺栓连接，并把六条PVC膜带按均匀间隔固定在底板5上。二层及以上各层中空铝合金封闭框架9通过六条PVC膜带6至下而上连接而成，如图2所示。模型箱外围等距离设置六根H型钢立柱4，如图1所示，柱子顶部焊接支撑钢板8，相邻各立柱之间设置H型钢梁1作为梁架，H型钢梁1端部通过连接钢板2焊接牢固。每个支撑钢板8上面设置两个高度可调节螺栓3，螺栓3顶设万向节7，平面布置如图4所示。六根钢梁1通过连接钢板2连接而成的六边形框架放置在由12个万向节7组成的水平面上，使六边形框架能够向水平面的各个方向滑动。19层中空铝合金封闭框架9由六条PVC膜带6提起，通过连接螺栓悬挂在H型钢梁1上。
制作模型箱时，应使各层铝合金封闭框架9水平，并通过调节螺栓3确保12个万向节7处在同一水平面上。
装配时，万向节7与连接钢板2处涂适量润滑油，以减小万向节7与连接钢板2之间的摩擦。
在进行振动台试验时，底板5固定在振动台上，地震动可以沿模型箱的任意方向输入。