[发明专利]一种能够实现三向变形的地基模型箱装置

说明书

本发明公开了一种能够实现三向变形的地基模型箱装置，包括外箱，外箱为具有底板、具有侧壁板、没有顶板的箱体，外箱中设置有内箱，内箱包括在竖直方向上等距设置的多层内框架，上下相邻的两层内框架之间设置有万向轮弹性滚珠组件连接，万向轮弹性滚珠组件用于由下向上传递振动。本发明解决了现有振动台试验中模拟地基土的三向变形问题，该模型箱可以减少边界条件的干扰，使模型地基重现原型地基在地震作用下的各向变形，以便可以更好的探讨上部结构的响应，进而判定出上部结构在地震作用下的破坏机理，让试验的可靠度得以提升。

技术领域

本发明属于土木工程试验技术领域，涉及一种能够实现三向变形的地基模型箱装置。

背景技术

我国是一个地震多发的国家，强烈地震造成了建筑物严重破坏，给经济发展、人类生存安全、社会稳定带来严重的危害。进行工程结构抗震研究，明确地震作用于建筑物或构筑物上后的破坏机理，是进行建筑防震减灾的基础工作之一。模拟地震作用的振动台试验是研究建(构)筑物破坏机理与模式的科学途径之一，进行结构振动台试验时，考虑地基与结构的相互作用并于模型试件底部设置合理的地基模型是获得可靠结果的基础保证。因地震波的作用方向具有随机性，进行建筑结构模型振动台试验需要同时考虑三个方向的作用，设计能够满足三向变形要求的地基模型箱，以模拟土层的水平剪切变形与竖向变形，是科学进行建(构)筑物模型振动台试验的重要前提之一。

目前在振动台试验中，地基模型箱的设计制作主要有刚性边界箱、粘弹性边界箱、分层抽屉盒式箱、分层悬挂式模型箱等，用以模拟地震过程中土体的水平向剪切变形及边界辐射效应，反映土层对地震能量的吸收耗散与传播机制。地基模型箱在模拟地震作用下土层剪切变形时，一般采用箱体外壁分层方式，当受到水平向地震波作用时，单层箱体及内部土层同时发生一致的水平向变形，而各层之间能够发生相对剪切变形，以实现模拟地基土层在地震作用下的变形。地基模型仅能模拟单向或双向地震波，即在平面假定的基础上分析结构的地震响应，没有考虑地基在复杂地震作用下的空间效应。另外有一些振动台试验的层状剪切模型箱装置，虽然能够在相互垂直的两个方向上进行地震激励,但该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,操作过程较为繁琐费力，而且滚珠在超负荷内框架压力下磨损严重，模型箱整体剪切变形难以达到理想状态，滚珠系统能否正常工作将直接决定模型箱设备能否重复利用,进而造成不必要的人力、物力的浪费。此外，还有些模型箱在装置中加入滚动体系统，虽然较好的反应地基土的变形，但装置复杂，带来了设计安装的不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现三向变形的地基模型箱装置，减少了边界条件的干扰，能够重现原型地基在地震作用下的各向变形。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种能够实现三向变形的地基模型箱装置，包括外箱，外箱为具有底板、具有侧壁板、没有顶板的箱体，外箱中设置有内箱，内箱包括在竖直方向上等距设置的多层内框架，上下相邻的两层内框架之间设置有万向轮弹性滚珠组件连接，万向轮弹性滚珠组件用于由下向上传递振动。

本发明的特点还在于，

内框架为方形内框架，内框架的下表面四角处均设置有支座，支座为固定在内框架下表面的方形板，方形板的两相邻直角边与内框架外框的两相邻直角边重叠，方形板的另外两直角边位置对应内框架的中空部分。

万向轮弹性滚珠组件包括竖直设置于上下相邻两支座之间的滚珠螺杆，滚珠螺杆的螺杆杆体顶端与位于其上方支座固定连接，螺杆杆体底部内置有压缩弹簧，压缩弹簧一端与和螺杆杆体固定连接，另一端连接有万向轮，万向轮位于滚珠螺杆下方的支座上。

一水平面内内框架外边缘与外箱的侧壁板内壁之间的距离为a，方形板的边长为b，a:b＝1:2。

外箱的底板设置有底梁。

内框架表面设置有橡胶阻尼材料层，橡胶阻尼材料层上包裹有橡皮内膜。

本发明的有益效果是：