CN103792059A - 利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱 - Google Patents

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CN103792059A CN201210421181.6A CN201210421181A CN103792059A CN 103792059 A CN103792059 A CN 103792059A CN 201210421181 A CN201210421181 A CN 201210421181A CN 103792059 A CN103792059 A CN 103792059A
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袁勇
刘立宇
楼梦麟
徐国平
刘洪洲
李贞新
闫禹
朱定
门小雄
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Abstract

本发明涉及一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，该模型箱包括端头土箱、中间土箱和土箱接头，所述的中间土箱设有多个，多个中间土箱依次连接于两侧端头土箱之间，中间土箱和端头土箱之间以及多个中间土箱之间通过土箱接头连接，所述的端头土箱和中间土箱中的一部分固定在振动台上作为主动土箱，其余土箱作为从动土箱，从动土箱底部安装可使其水平滑动的滑动支座。与现有技术相比，本发明具有结构牢固、测量准确等优点。

Description

利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱
技术领域
本发明涉及一种模拟隧道地震响应的模型试验装置，特别涉及模拟隧道结构在非一致地震作用下响应的振动台模型试验装置。
背景技术
随着地下结构震害的发生，地下结构抗震的相关研究受到了广泛的重视。振动台模型试验是进行地下结构抗震分析的重要方法，得到了广泛的使用和认可。地下结构和地上结构地震响应的一个重要的区别在于，地下结构位于岩土介质之中，在地震作用下，结构和岩土介质相互作用，表现出不同的振动特性。通过在土箱中放置模型岩土材料和地下结构模型，可以模拟地下结构和岩土介质的相互作用，对于研究地下结构地震响应和震害机理，具有重要的意义。因此试验用土箱是进行地下结构振动台试验的必要装备。由于地质条件的非均匀性和地震波传播的波动特性，地震作用下，隧道除了在断面方向受到岩土介质变形的影响，在沿隧道纵向，也将受到岩土介质剪切变形和蠕动效应的影响。过去隧道结构的振动台实验由于条件的限制，主要局限在模拟一致激励以或者垂直方向剪切变形对隧道断面的影响。随着多点振动台的投入使用，对于隧道结构整体进行纵向非一致激励的振动台模型试验已经成为可能，这对于模型实验用土箱的性能提出了新的要求。
一种广泛使用的实验土箱为刚性土箱，国内杨林德教授等人曾使用刚性土箱对地下盾构隧道管段进行振动台试验。刚性土箱可以使用单个振动台模拟地下结构在一致激励作用下的地震响应。刚性土箱不足在于不具备变形能力，不能模拟场地在地震作用下非一致变形对隧道结构的影响。
另一种广泛使用的实验土箱为剪切式土箱。剪切式土箱通过使用单个振动台，可以模拟岩土介质在垂直于地面方向的变形，从而对隧道结构断面形成剪切作用。剪切土箱的不足在于不能模拟沿隧道纵向的非一致激励效应，不能考虑土层纵向的蠕动变形，也不能用于多点振动台实验。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构牢固、测量准确的利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，该模型箱包括端头土箱、中间土箱和土箱接头，所述的中间土箱设有多个，多个中间土箱依次连接于两侧端头土箱之间，中间土箱和端头土箱之间以及多个中间土箱之间通过土箱接头连接，所述的端头土箱和中间土箱中的一部分固定在振动台上作为主动土箱，其余土箱作为从动土箱，从动土箱底部安装可使其水平滑动的滑动支座。
所述的主动土箱和从动土箱可位于端头或者中间。
所述的振动台上的主动土箱间隔设置，每两个主动土箱之间设置一个从动土箱。
所述的端头土箱由底面钢板和三个侧面支撑钢板组成，所述的中间土箱由底面钢板和两个相对的侧面钢板组成，两个端头土箱与多个中间土箱围成无盖长方体盒状的支撑***。
所述的中间土箱设有至少一个。
所述的中间土箱设有2～10个。
所述的主动土箱和从动土箱底部均设有螺栓孔，用于与振动台或滑动件连接。
所述的土箱接头为可转动和沿纵向滑动的接头。
所述的主动土箱和从动土箱的侧壁均采用钢板焊接制作，并通过型钢进行加固。土箱刚度和强度需通过验算，满足实验的需求。
所述的主动土箱和从动土箱的自震频率大于模型土的卓越周期。
工作时，振动台通过主动土箱输入振动，通过土箱接头传递到从动土箱。主动土箱和从动土箱的振动通过模型土传递给隧道结构，模拟非一致地震作用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)结构牢固，以免箱体在激振过程中失稳破坏；
(2)避免模型箱与模型土因自振频率相近而发生共振，由此影响量测数据的利用价值；
(3)将多点振动台的离散输入，转化为近似的非一致输入，模拟隧道在非一致激励下的地震响应。
附图说明
图1为实施例1中的模型箱的结构示意图；
图2为端头土箱的结构示意图；
图3为中间土箱的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例中用四点振动台和模型箱模拟隧道结构非一致地震作用。如图1～3所示，模型箱由两头的两个端头土箱5和中间五个中间土箱6组成。所述的端头土箱5由底面钢板和三个侧面支撑钢板组成，所述的中间土箱6由底面钢板和两个相对的侧面钢板组成，端头土箱和中间土箱底部均设有螺栓孔，用于与振动台或滑动件连接，中间土箱6和端头土箱5之间以及多个中间土箱之间通过土箱接头3连接，两个端头土箱5与五个中间土箱6围成无盖长方体盒状的支撑***。其中两个端头土箱和两个中间土箱固定在四个固定在振动台4作为主动土箱1，其余土箱作为从动土箱2，从动土箱2底部安装可使其水平滑动的滑动支座，主动土箱1间隔布置，每两个主动土箱1之间间隔1个从动土箱2。
单个土箱(包括端头土箱5和中间土箱6)长尺寸为长10米，宽3米，土箱构成的支撑***整体长70米。在实验中，4个振动台根据研究需要，将不同的地震波输入到主动土箱1，被动土箱在两侧主动土箱的带动下振动。
主动土箱1和从动土箱2采用钢板及型钢焊接。主动土箱1通过螺栓固定于振动台上，从动土箱2置于滑动制作之上。土箱接头3可以发生转动和沿纵向的滑动，横向不发生相对移动，土箱接头3通过强度演算满足实验要求。
实施例2
一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，该模型箱包括端头土箱、中间土箱和土箱接头，所述的中间土箱设有1个，该中间土箱两端通过土箱接头连接于两侧端头土箱之间，所述的中间土箱固定在振动台上作为主动土箱，两侧端头土箱作为从动土箱，从动土箱底部安装可使其水平滑动的滑动支座。
所述的端头土箱由底面钢板和三个侧面支撑钢板组成，所述的中间土箱由底面钢板和两个相对的侧面钢板组成，两个端头土箱与多个中间土箱围成无盖长方体盒状的支撑***。
所述的主动土箱和从动土箱底部均设有螺栓孔，用于与振动台或滑动件连接。
所述的土箱接头为可转动和沿纵向滑动的接头。
所述的主动土箱和从动土箱的侧壁均采用钢板焊接制作，并通过型钢进行加固。土箱刚度和强度需通过验算，满足实验的需求。
所述的主动土箱和从动土箱的自震频率大于模型土的卓越周期。
工作时，振动台通过主动土箱输入振动，通过土箱接头传递到从动土箱。主动土箱和从动土箱的振动通过模型土传递给隧道结构，模拟非一致地震作用。
实施例3
所述的中间土箱设有2个，其余同实施例1。
实施例4
所述的中间土箱设有10个，其余同实施例1。

Claims (10)

1.一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，该模型箱包括端头土箱、中间土箱和土箱接头，所述的中间土箱设有多个，多个中间土箱依次连接于两侧端头土箱之间，中间土箱和端头土箱之间以及多个中间土箱之间通过土箱接头连接，所述的端头土箱和中间土箱中的一部分固定在振动台上作为主动土箱，其余土箱作为从动土箱，从动土箱底部安装可使其水平滑动的滑动支座。
2.根据权利要求1所述的一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，所述的主动土箱和从动土箱可位于端头或者中间。
3.根据权利要求1所述的一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，所述的振动台上的主动土箱间隔设置，每两个主动土箱之间设置一个从动土箱。
4.根据权利要求1所述的一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，所述的端头土箱由底面钢板和三个侧面支撑钢板组成，所述的中间土箱由底面钢板和两个相对的侧面钢板组成，两个端头土箱与多个中间土箱围成无盖长方体盒状的支撑***。
5.根据权利要求1所述的一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，所述的中间土箱设有至少一个。
6.根据权利要求1或5所述的一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，所述的中间土箱设有2～10个。
7.根据权利要求1所述的一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，所述的主动土箱和从动土箱底部均设有螺栓孔，用于与振动台或滑动件连接。
8.根据权利要求1所述的一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，所述的土箱接头为可转动和沿纵向滑动的接头。
9.根据权利要求1所述的一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，所述的主动土箱和从动土箱的侧壁均采用钢板焊接制作，并通过型钢进行加固。
10.根据权利要求1所述的一种利用多点振动台模拟地下结构非一直激励的分段式模型箱，其特征在于，所述的主动土箱和从动土箱的自震频率大于模型土的卓越周期。
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