[发明专利]一种双向可切换大型层状堆叠式剪切模型箱

说明书

本发明涉及一种双向可切换大型层状堆叠式剪切模型箱，包括层状堆叠箱体，该层状堆叠箱体包括多层H型钢框(6)、一层底层框架(5)和一底板(2)，所述H型钢框(6)和底层框架(5)层叠设置形成层状堆叠箱体的侧壁，所述底板(2)固定于底层框架(5)内，相邻层H型钢框(6)之间以及H型钢框(6)与底层框架(5)之间设置有无导轨式滑移机构(4)，所述层状堆叠箱体的一组相对侧壁外侧固定有侧向限位钢板(11)，且该组相对侧壁垂直于振动台的振动方向。与现有技术相比，本发明具有平面尺寸大、双向剪切方向切换高效、适用于模拟大规模或特大规模的模型地层地震响应、缩短试验时间、提高试验精度等优点。

技术领域

本发明涉及抗震试验技术领域，尤其是涉及一种双向可切换大型层状堆叠式剪切模型箱。

背景技术

在地下结构抗震试验中，试验中需要模拟的对象除结构本身外，还需要模拟结构周边的地层，即需要在振动台上另外增加一个可传递振动作用到试验对象的盛土容器，即模型箱。由于采用有限尺寸的模型箱内装填模型土来模拟原型无限土域，需要考虑以下两个问题：箱体侧壁的振动性态对模型的影响和振动能量传递到侧壁后产生的“边界反射”，即所谓的“模型箱效应”。为了消除模型箱效应，将模型箱设计为在地震作用下能够单向层状剪切变形的层状剪切模型箱。

现有的层状剪切模型箱限于层状框架钢构件截面形式，剪切箱模型通常平面尺寸较小，箱体自重较大。由于地下结构振动台试验日趋大型化、复杂化，现有的层状剪切模型箱用的方形钢管等构件，在质量相同的情况下，抗弯刚度较小，在模型土侧压力的荷载作用下易出现“鼓肚”的现象。

现有的层状剪切模型箱仅能考虑单向的剪切振动。对于长宽比大的地下结构，如狭长型的隧道、车站结构等，结构与箱体的相对位置一般保持不变，当需要对结构进行横向和纵向地震激励时，就要求层状剪切模型箱可以分别在相互垂直的两个方向上模拟土体在水平地震作用下的层状剪切变形。

现有的层状剪切模型箱均采用层间导轨式或轴承式的单向滑移装置，难以实现剪切振动方向的切换。对于现有的采用层间导轨式滑移装置的层状剪切模型箱，要改变其剪切振动方向，需要首先将箱内模型土体与结构清空，拆卸侧向限位钢板，随后将每层框架逐一拆卸，更换调整每一层的单向滑移装置导轨方向，最后改变侧向限位钢板方向并安装。整个过程将浪费大量试验时间，而且在模型土开挖、重填的过程将造成更大试验误差。

现有的层状剪切模型箱相邻两层间的间隙较大，导致层间土体向外鼓胀，影响试验精度。现有的采用方形钢框配合滚珠-导槽、滚轴-导槽与轴承等滑移装置的层状剪切箱均存在相邻钢框架层间间隙过大的情况；或者为控制层间间隙，不得不采用小滚珠、小轴承等，从而降低了滑移装置的竖向承载能力。虽然箱体内腔设置橡胶模可使土体不从层间漏出，但由于橡胶模较柔，层间土体向外鼓胀，增加侧墙摩擦力，将影响试验精度。

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双向可切换大型层状堆叠式剪切模型箱，通过改变剪切模型箱层状钢框架结构形式及层间滑移机制，同时考虑侧向限位板的安装方向，以克服上述现有模型箱的不足。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种双向可切换大型层状堆叠式剪切模型箱，包括层状堆叠箱体，该层状堆叠箱体包括多层H型钢框、一层底层框架和一底板，所述H型钢框和底层框架层叠设置形成层状堆叠箱体的侧壁，所述底板固定于底层框架内，相邻层H型钢框之间以及H型钢框与底层框架之间设置有无导轨式滑移机构，所述层状堆叠箱体的一组相对侧壁外侧固定有侧向限位钢板，且该组相对侧壁垂直于振动台的振动方向。

进一步地，所述底层框架通过锚地螺栓固定于振动台上。

进一步地，所述H型钢框的腹板平行于振动台设置，两侧翼缘垂直于振动台设置，所述H型钢框的外侧翼缘上安装有细钢条，该细钢条上设置有用于固定所述侧向限位钢板的多个预留螺栓孔。