CN113092047B - 模拟地下结构在断层和地震动共同作用下的预制装配式连续体模型箱 - Google Patents

模拟地下结构在断层和地震动共同作用下的预制装配式连续体模型箱 Download PDF

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Abstract

模拟地下结构在断层错动和地震动共同作用下的预制装配式连续体模型箱，属于岩土地震工程领域。该装置包括设置在两相邻振动台台面上的两个端部箱及与其相连的中间箱。端部箱为多层U型框架连接而成的层状剪切箱，相邻框架之间用滑轨连接，可有效的模拟土体的水平剪切。中间箱为软连接箱，由若干层矩形钢框架组成，各框架之间以及端部箱和中间箱之间通过可以伸缩的装置连接而成，同时在相应的连接部位设置有滑道，通过各框架之间的相对位移来模拟断层错动的影响。为了减小模型箱底部与支撑托架的摩擦作用，在中间箱每个框架的下方安装有两个滑动球铰。与中间箱一起放置在支撑托架上，有效的增加了模型装置的承载力。

Description

模拟地下结构在断层和地震动共同作用下的预制装配式连续 体模型箱
技术领域
本发明提供一种地下结构的多台阵振动台模型试验装置，属于岩土地震工程领域，涉及一种模拟地下结构在断层错动和地震动共同作用下的预制装配式模型箱。
背景技术
随着我国地下结构的大规模开发建设，其抗震安全性已经成为地震工程领域的研究热点问题。以往的研究大多仅考虑断层作用或地震波传播作用下地下结构的动力响应，而更真实模拟研究同时受到断层错动和地震波传播影响的报导还较为鲜见。
在地下结构的抗震研究中，借助振动台模型试验研究地下结构地震反应特性，鉴别已有成果的合理性，已成为研究地下结构抗震性能的有效手段。为更加合理的模拟地下结构在同时受到断层错动和地震动作用时结构的地震反应，合理设计用于多台阵振动台试验的连续体模型箱显得尤为重要。
多台阵振动台试验常用于长线型结构的多点非一致激励的地震反应研究，即通过振动台作动器对不同台面施加不同的地震加速度实现地震的多点非一致激励作用。考虑到通过振动台作动器可实现对不同台面施加断层错动位移(振动方向X、Y、Z三向六自由度)，可利用多台阵振动台台阵***研究同时考虑断层错动和地震动共同作用下地下结构的地震反应。设计连续体模型箱的主要作用，一是保证地下结构周围土体的连续性，在地震发生时模拟土体的剪切变形，二是实现同时受到断层错动和地震动作用的试验模拟。
发明内容
以往振动台试验所用模型试验装置往往只能单独考虑地震动作用或断层错动。而且模型装置往往成本较高，不能循环使用，而且安装、拆除施工难度较大。根据上述现有技术的不足，本发明提供了一种模拟地下结构在断层错动和地震动共同作用下的预制装配式模型箱，也可应用于单独只考虑断层错动或地震动非一致激励振动台试验。在保证模型箱承载力的同时采用了螺栓连接和拼接的方式，预制件可以在现场进行拼接安装，试验完成可以直接拆除以便循环使用。
本发明具体技术方案如下：
地下结构的多台阵振动台模型试验装置，包括端部箱、中间箱及连接装置。
端部箱为层状剪切箱。在以往的模型装置中，端部箱往往采用刚性箱，而刚性箱刚性过大，会限制土体的水平剪切，影响试验结果的准确性。本发明所用层状剪切箱由十层U型框架上下叠合而成，相邻两个U型框架之间采用滑轨装置连接。本发明所用滑轨由上下两部分拼接而成，分别通过螺栓安装在U型框架的相应位置。滑轨的上下两部分可以在滑道中相对滑动，实现各U型框架之间的相对位移，从而模拟土的水平剪切。在滑道上也预留了若干螺栓孔，试验时在预留的螺栓孔中安装螺栓控制各U型框架的最大相对剪切位移，满足试验对于土体最大剪切位移的不同需求。滑轨的强度直接决定了端部箱的承载力，所以滑轨采用高强度的钢材制成。底板由40mm的钢板制成，与最底层框架使用螺栓连接。在两个端部箱的底板预留有螺栓孔，试验时通过螺栓固定在振动台台面上。
中间箱为软连接箱，由若干个预制的矩形钢框架组成。框架之间以及端部箱和中间箱之间通过可以伸缩的连接装置连接，同时在各框架底部横梁的侧面设置有滑道，连接装置嵌入滑道之中，使得各框架之间可以相对错动，以此模拟模型装置受断层错动的影响。在滑道中预留了螺栓孔，可以通过安装螺栓在螺栓孔中固定全部或部分的连接装置，以实现单独考虑地震动非一致激励或模拟不同宽度的断层破碎带。试验时可根据模型结构的长度选择中间箱中矩形钢框架的数量，以模拟不同长度模型结构的响应。
为了保证模型箱的承载力，中间箱放置于支撑托架上。为了减小模型箱底部与支撑托架的摩擦作用，在中间箱每个框架的下部横梁处安装有两个滑动球铰。滑动球铰由两部分组成，分别为上部球体和下部台座，并通过螺栓与中间箱连接在一起。
连接装置为钢制三节圆柱体组合而成，可伸缩。在两端有凹槽，安装时嵌入滑道中用来连接中间箱和端部箱以及中间箱的各矩形框架。
紧贴端部箱和中间箱的内壁铺设有一层10mm厚的橡胶膜，既能够承载土体与结构，试验时又可将结构—土体与模型装置隔开，使其不直接接触，能够有效的减轻边界效应的影响。
本发明与现有技术相比，具有如下显著特点：
1、端部箱采用层状剪切箱，减小了模型箱边界效应的影响，有效的模拟了土的水平剪切。
2、本发明所用层状剪切箱中的各U型框架之间通过滑轨连接，既保证了承载力的要求又可以人为控制土体的剪切位移。
3、中间箱的框架之间以及端部箱和中间箱之间通过可以伸缩的连接装置连接，并且可以通过安装螺栓将全部或部分连接装置固定在滑道中，从而实现单独只考虑断层错动或地震动非一致激励，也可同时考虑两者的共同作用。
4、该装置为可拆卸的预制装配式模型，并且全部采用螺栓连接和连接装置连接。可提前将各预制件制作完成，试验时可以现场组装试验后可拆卸回收，循环利用，经济环保。
附图说明
图1为本装置组装后的斜视图。
图2为本装置组装后的正视图。
图3为本装置端部箱的斜视图。
图4为本装置中间箱的斜视图。
图5为本装置安装后示意图。
图6为装置内部铺设橡胶膜示意图。
图7为本装置连接处示意图。
图8为本装置滑动球铰装置示意图。
图9为本装置连接装置示意图。
图10为本装置滑轨装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-9，说明本发明的具体实施方式。
一种地下结构的多台阵振动台模型试验装置，安装在振动台上，包括第一端部箱1、第二端部箱2，中间箱3、滑动球绞4、铰接装置5、滑轨6。
端部箱的1、2的底部与振动台使用螺栓连接，端部箱的底部均设置有若干孔位。
端部箱1，2由上下叠合的U型框架组成，层间由滑轨6连接，用来模拟土体的水平剪切。滑轨6由上下两部分拼接组成，通过螺栓与U型框架连接。滑轨6的下部预留有若干螺栓孔，可通过在螺栓孔中安装螺栓人为限制土体的最大剪切位移。端部箱1、2的底板为钢制，与底层框架通过螺栓连接的方式连接。
端部箱1、2与中间箱3通过连接装置5连接。连接装置5嵌入预设的滑道内，实现了端部箱1、2与中间箱3的相对错动。
中间箱3为若干层矩形钢制框架组成，各框架在相应的连接位置设置有200mm长的滑道，各框架之间通过连接装置5连接。
连接装置5为钢制三节圆柱体组合而成，可伸缩，通过端部的凹槽安装在预留的滑道中。在预留的滑道中设置有螺栓孔，可通过螺栓将连接装置5固定在滑道中。试验时，固定全部的连接装置5，则可用来单独模拟地震动作用。若固定部分连接装置5，则可用来模拟断层错动和地震动共同作用。
滑动球铰4通过螺栓安装在中间箱3每一层框架的底部横梁的下部，与中间箱3一起放置在支撑托架上，减小了中间箱3与支撑托架的摩擦作用。

Claims (2)

1.一种地下结构的多台阵振动台模型试验装置，其特征在于：包括两个端部箱，中间箱；端部箱为U型钢质框架上下叠合而成的层状剪切箱，相邻所述U型钢质框架之间采用滑轨连接在一起；滑轨由上下两部分拼接组成，通过螺栓与所述U型钢质框架连接；滑轨的下部预留有若干螺栓孔，通过在所述螺栓孔中安装螺栓限制土体的最大剪切位移；
中间箱为由若干层矩形钢框架组成的软连接箱；中间箱的各矩形钢框架之间以及端部箱和中间箱之间通过能伸缩的连接装置连接而成，在所述各矩形钢框架底部横梁的侧面设置有滑道，所述连接装置通过其端部的凹槽安装在预留的所述滑道中；
中间箱的各矩形钢框架中的所述滑道设置有螺栓孔，其与螺栓组成限位装置，试验时通过在全部螺栓孔中紧固螺栓固定所述连接装置，以实现单独地震动非一致激励；或通过在部分螺栓孔中紧固螺栓以固定部分所述连接装置，实现地震动和断层错动的共同作用。
2.据权利要求1所述的一种地下结构的多台阵振动台模型试验装置，其特征在于：该装置是预制装配式模型箱，试验时现场通过安装螺栓组装，试验后可拆卸循环使用。
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