[发明专利]一种三维叠层剪切模型箱

说明书

本发明涉及一种三维叠层剪切模型箱，由H型铝合金层状框架拼接组成，相邻H型铝合金层状框架的腹板之间通过多个连接件进行连接，其特征在于，所述的限位连接件为三维限位连接件，包括移动构件、限位控制件和固定构件，其中，移动构件，包括万向球和牛眼接头，牛眼接头穿过上层框架腹板后与万向球固定连接，万向球下方为可自由滚动的钢珠，置于下层框架腹板上，与其点接触；限位控制件，包括带榖平行挡片、下座和对称限位开孔，带榖平行挡片中部有一圆环，两侧有对称的两翼。本发明可以更有效模拟土体边界条件。

技术领域

本发明涉及一种用于振动台试验的三维叠层剪切模型箱装置。

背景技术

当前，振动台试验在岩土工程领域逐渐得到应用。在应用振动台试验研究土-结构动力相互作用时，需要为土提供符合条件的容器，即模型箱。模型箱容积有限，且会随台面振动而振动，因此模型箱中土体不能完全模拟自由地基条件，不能合理模拟地基土的无限边界条件，这为试验造成了极大困难。用于振动台试验的模型箱设计也成为了土-结构动力相互作用振动台试验当中的一项重要工作，设计合理的模型箱是顺利完成振动台试验的前提条件。

典型的模型箱主要有刚性模型土箱、圆筒形柔性模型土箱和层状剪切模型土箱三类。其中，刚性模型土箱整体刚度大，箱壁侧向变形小，边界反射较强，需考虑摩擦效应，易产生较大的边界效应；圆筒形柔性模型土箱具有柔性，但刚度难以控制，土层易产生弯曲变形；层状剪切模型土箱是当前较为理想的一类模型土箱，其由若干独立的层状框架拼装而成，框架间可以产生水平方向的相对滑动，可以实现土层的剪切变形，较好地模拟土体边界条件。

目前已有的层状剪切模型土箱多应用于振动方向为一维或二维的振动台试验，而复杂工程结构的土-结构动力相互作用研究则需要考虑三向地震输入的作用，即需要使模型土箱实现两个互相垂直的水平方向和一个竖直方向的振动。现有的层状剪切模型土箱多为矩形，需设置限位装置以防其产生过大位移，成本高且安装复杂，难以较好地满足模型试验要求。现有层状剪切模型土箱层间连接多采用弹簧、螺钉、轴承、滚珠等，使得层间摩擦较大，仅能使模型箱框架在两个相互垂直的水平方向或单一的水平方向移动，不能使模型箱框架在三个方向上自由移动，影响了模型土的特性研究，且不能有效限制层间相对位移。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是克服现有层状剪切模型土箱及其连接件的不足，提供一种三维叠层剪切模型箱，通过对三维限位连接件的设计，使模型箱框架在两个相互垂直的水平方向和一个竖直方向自由移动，更有效模拟土体边界条件。本发明的技术方案如下:

一种三维叠层剪切模型箱，由H型铝合金层状框架拼接组成，相邻H型铝合金层状框架的腹板之间通过多个连接件进行连接，其特征在于，所述的限位连接件为三维限位连接件，包括移动构件、限位控制件和固定构件，其中，

移动构件，包括万向球和牛眼接头，牛眼接头穿过上层框架腹板后与万向球固定连接，万向球下方为可自由滚动的钢珠，置于下层框架腹板上，与其点接触，能实现水平方向的无摩擦自由移动；

限位控制件，包括带榖平行挡片、下座和对称限位开孔，带榖平行挡片中部有一圆环，两侧有对称的两翼，牛眼接头和万向球连接后共同套于带榖平行挡片中部的圆环中，下座两侧具有对称限位开孔，带榖平行挡片的两翼分别插于下座两侧的对称限位开孔中，用以限制万向球的移动方向，使其仅能在相互垂直的两水平方向和一个竖直方向移动，并使得万向球在竖直方向向上的移动距离限制一定范围内，下座上部有一圆孔，供移动构件穿过和移动，下座的圆柱形外壁限制万向球在水平方向的移动距离，使得万向球在水平各方向上均在一定范围内移动；

固定构件，用于将三维限位连接件固定于模型箱上层框架腹板和下层框架腹板上。

优选地，所述的移动构件还包括置于牛眼接头外的套筒，套筒和牛眼接头共同连接万向球，以增强竖向承载力。拼接后的框架外围设置有多个护栏。拼接后的框架下部通过底板固定。拼接后的框架为圆筒形。

本发明具有以下几个优点: