一種用于土與結(jié)構(gòu)相互作用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的柔性容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于土與結(jié)構(gòu)相互作用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的柔性容器。
【背景技術(shù)】
[0002]在實(shí)際的結(jié)構(gòu)一地基動(dòng)力相互作用情況下，地基是沒有邊界的。但在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中，只能用有限尺寸的容器來裝模型土。這樣，由于其邊界上的波動(dòng)反射以及體系振動(dòng)形態(tài)的變化將會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果帶來一定的誤差，即所謂“模型箱效應(yīng)”。如何合理模擬土體邊界條件，減少模型箱效應(yīng)，是結(jié)構(gòu)一地基動(dòng)力相互作用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中的一個(gè)重要問題和研究難點(diǎn)。
[0003]人們?cè)谟谜駝?dòng)臺(tái)或離心機(jī)進(jìn)行土體振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，已經(jīng)注意到了土體邊界模擬和模型箱效應(yīng)這個(gè)問題，設(shè)計(jì)采用了一些試驗(yàn)容器來進(jìn)行邊界模擬，有層狀單剪型剪切盒、碟式容器、普通剛性土箱加內(nèi)襯和柔性容器等，也常直接采用普通剛性土箱。層狀單剪型剪切盒采用H型鋼焊成框架水平層狀疊合而成，層與層間設(shè)置滾珠。層狀單剪型剪切盒只能進(jìn)行單向的振動(dòng)試驗(yàn)，而且容器自重較大，占用了振動(dòng)臺(tái)承載能力。碟式容器具有傾斜的剛性側(cè)壁，設(shè)計(jì)思想是通過錐形區(qū)來減少波動(dòng)能量的反射。普通剛性土箱加內(nèi)襯的方法，其效果易受內(nèi)襯材料的選擇和設(shè)置方法的影響。柔性容器采用模量略高于土的軟材料作為容器的側(cè)壁。柔性容器比剛性容器、碟式容器能較好地再現(xiàn)原型的反應(yīng)，柔性容器中的模型土在地震作用下以與原型自由場同樣的方式變形，減少了邊界條件的影響，是較好的邊界模擬方法，成功的模擬了土體邊界條件。而且柔性容器能較好適應(yīng)多向振動(dòng)試驗(yàn)，柔具有自重輕、構(gòu)造簡單、制作方便、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了合理模擬土體邊界條件，減少模型箱效應(yīng)，本發(fā)明的目的在于提供一種振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)柔性容器。該柔性容器結(jié)合適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施減少模型箱效應(yīng)，在柔性容器的設(shè)計(jì)時(shí)遵循下列原則:(I)選取較大的直徑，使受邊界影響較小的中心土體的范圍較大；(2)采用能較好適應(yīng)多向振動(dòng)試驗(yàn)的圓筒體；(3)側(cè)壁軟材料的模量與土的模量相當(dāng)；(4)容器尺寸的確定應(yīng)控制模型總重量在振動(dòng)臺(tái)承載力范圍以內(nèi)；(5)容器自重輕、構(gòu)造簡單、制作方便、經(jīng)濟(jì)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
[0006]本發(fā)明的一種振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)柔性容器，包括橡膠外壁1、鋼筋環(huán)2、環(huán)形板3、底板4、支撐柱5、高度調(diào)節(jié)螺桿6、萬向節(jié)7、鋼梁8和底板支座9，其中:所述柔性容器為圓筒形結(jié)構(gòu)，圓筒形柔性容器的側(cè)壁采用橡膠膜，形成橡膠外壁I ;圓筒形柔性容器的外側(cè)采用鋼筋作圓周式加固，形成鋼筋環(huán)2，每個(gè)鋼筋環(huán)2通過鋼筋焊接而成；圓筒形橡膠外壁I頂部通過螺栓與環(huán)形板3連接，底部通過螺栓與底板4連接；環(huán)形板3由均勻固定于底板4上的四根支撐柱5來支撐；支撐柱5內(nèi)設(shè)置高度調(diào)節(jié)螺桿6，以調(diào)節(jié)環(huán)形板3水平和使圓筒形柔性容器處于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)；支撐柱5的柱頂設(shè)置萬向節(jié)7，使環(huán)形板3在振動(dòng)時(shí)可側(cè)向位移；環(huán)形板3底部和萬向節(jié)7之間通過鋼梁8連接；底板4與支撐柱5通過底板支座9連接；橡膠外壁I的內(nèi)側(cè)為粗糙表面，底板4上粘有碎石，使之成為粗糙表面，減少土與容器界面的相對(duì)滑移。
[0007]本發(fā)明中，橡膠外壁I選取較大的直徑，使受邊界影響較小的中心土體的范圍較大，但應(yīng)控制容器的尺寸和總重量分別在振動(dòng)臺(tái)尺寸和承載力范圍以內(nèi)。選取直徑Φ 3000mm的圓筒側(cè)壁。
[0008]本發(fā)明中，橡膠外壁I材料的模量與土的模量相當(dāng)，采用厚5mm的橡膠膜。
[0009]本發(fā)明中，橡膠外壁I外側(cè)采用Φ4@ 60鋼筋作圓周式加固。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
I)本發(fā)明中采用圓筒體，能較好適應(yīng)多向振動(dòng)試驗(yàn)。
[0011]2)本發(fā)明的柔性容器自重輕、構(gòu)造簡單、制作方便、經(jīng)濟(jì)。
[0012]3)本發(fā)明的柔性容器的直徑較大，使受邊界影響較小的中心土體的范圍較大，合理模擬了土體邊界條件。
[0013]4)本發(fā)明的柔性容器中的模型土在地震作用下以與原型自由場同樣的方式變形，減少了邊界條件的影響，很好地模擬了土體自由場反應(yīng)，較好地再現(xiàn)了原型反應(yīng)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)柔性容器示意圖；
圖2為本發(fā)明的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)柔性容器俯視圖及底板板面粗糙化；
圖中標(biāo)號(hào):1為橡膠外壁，2為鋼筋環(huán),3為環(huán)形板,4為底板,5為支撐柱,6為高度調(diào)節(jié)螺桿，7為萬向節(jié),8為鋼梁,9為底板支座。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0016]實(shí)施例1:如圖1一圖2所示，本發(fā)明為振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)柔性容器，由橡膠外壁1、鋼筋環(huán)2、環(huán)形板3、底板4、支撐柱5、高度調(diào)節(jié)螺桿6、萬向節(jié)7鋼梁8和底板支座9組成，高度調(diào)節(jié)螺桿6設(shè)置于支撐柱5中，萬向節(jié)7設(shè)置于支撐柱5的頂部。柔性容器為圓筒形，圓筒側(cè)壁采用橡膠膜，形成橡膠外壁I ;圓筒外側(cè)采用鋼筋作圓周式加固，形成鋼筋環(huán)2，每個(gè)鋼筋環(huán)用鋼筋焊接而成；圓筒體側(cè)壁通過螺栓與上部環(huán)形板3和下部底板4連接；環(huán)形板3由固定在底板上的四根支撐柱5來支撐；支撐柱5中設(shè)高度調(diào)節(jié)螺桿6，以調(diào)節(jié)環(huán)形板3水平和使圓筒體處于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)；支撐柱5的柱頂設(shè)萬向節(jié)7，其作用是:使環(huán)形板3在振動(dòng)時(shí)可以側(cè)向位移；環(huán)形板3和支撐柱5之間用鋼梁8連接；底板4與支撐柱5用底板支座9連接；在橡膠外壁I的內(nèi)側(cè)制作花紋，在鋼底板4的板面上用環(huán)氧樹脂粘上碎石，使之成為粗糙表面，減少土與容器界面的相對(duì)滑移。橡膠外壁I選取較大的直徑，使受邊界影響較小的中心土體的范圍較大，但其尺寸要結(jié)合具體情況來確定，應(yīng)控制柔性容器的尺寸在振動(dòng)臺(tái)尺寸的范圍之內(nèi)，總重量在振動(dòng)臺(tái)承載力范圍以內(nèi)。橡膠外壁I材料的模量與土的模量相當(dāng)，可以很好地模擬土體的自由場反應(yīng)。
[0017]支撐柱5有4根，每根支撐柱頂部安裝一個(gè)萬向節(jié)7，共有4個(gè)萬向節(jié)。
[0018]橡膠外壁I的直徑選取應(yīng)較大，作用是使受邊界影響較小的中心土體的范圍較大，但在試驗(yàn)中應(yīng)控制容器的尺寸和總重量分別在振動(dòng)臺(tái)尺寸和承載力范圍以內(nèi)。選取直徑Φ3000πιπι的圓筒側(cè)壁。橡膠外壁I材料的模量與土的模量相當(dāng)，采用厚5mm的橡膠膜。橡膠外壁I外側(cè)采用Φ4@60鋼筋作圓周式加固。該振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)柔性容器采用圓筒形，能較好適應(yīng)多向振動(dòng)試驗(yàn)，而且該柔性容器具有自重輕、構(gòu)造簡單、制作方便、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。
[0019]本裝置具體實(shí)施過程如下:將橡膠外壁做成符合振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)要求的直徑和高度，形成圓筒形狀，圓筒側(cè)壁用橡膠膜做成，圓筒外側(cè)采用鋼筋作圓周式加固。用鋼筋焊接每個(gè)鋼筋環(huán)。用螺栓將上部環(huán)形板和下部底板連接。在圓筒四周分別設(shè)置四根支撐柱，用來支撐上部的環(huán)形板，環(huán)形板與支撐柱之間用鋼梁連接，支撐柱固定在底板上。在支撐柱的頂部設(shè)置萬向節(jié)，柱中設(shè)置調(diào)節(jié)高度螺栓。底板與支撐柱用底板支座連接。在橡膠外壁的內(nèi)側(cè)制作花紋，在鋼底板的板面上用環(huán)氧樹脂粘上碎石，使之成為粗糙表面。柔性容器中裝上模型土，用于相應(yīng)的土一上部結(jié)構(gòu)相互作用的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。該振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)柔性容器具有自重輕、構(gòu)造簡單、制作方便、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，而且圓筒體可以適用多向振動(dòng)試驗(yàn)，柔性容器中的模型土在地震作用下以與原型自由場同樣的方式變形，減少了邊界條件的影響，成功的模擬了土體邊界條件，為振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)提供了可靠保障。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于土與結(jié)構(gòu)相互作用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的柔性容器，包括橡膠外壁(I)、鋼筋環(huán)(2)、環(huán)形板(3)、底板(4)、支撐柱(5)、高度調(diào)節(jié)螺桿(6)、萬向節(jié)(7)、鋼梁(8)和底板支座(9)，其特征在于:所述柔性容器為圓筒形結(jié)構(gòu)，圓筒形柔性容器的側(cè)壁采用橡膠膜，形成橡膠外壁(I);圓筒形柔性容器的外側(cè)采用鋼筋作圓周式加固，形成鋼筋環(huán)(2)，每個(gè)鋼筋環(huán)(2)通過鋼筋焊接而成；圓筒形橡膠外壁(I)頂部通過螺栓與環(huán)形板(3)連接，底部通過螺栓與底板(4)連接；環(huán)形板(3)由均勻固定于底板(4)上的四根支撐柱(5)來支撐；支撐柱(5)內(nèi)設(shè)置高度調(diào)節(jié)螺桿(6)，以調(diào)節(jié)環(huán)形板(3)水平和使圓筒形柔性容器處于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)；支撐柱(5)的柱頂設(shè)置萬向節(jié)(7)，使環(huán)形板(3)在振動(dòng)時(shí)可側(cè)向位移；環(huán)形板(3)底部和萬向節(jié)(7)之間通過鋼梁(8)連接；底板(4)與支撐柱(5)通過底板支座(9)連接；橡膠外壁(I)的內(nèi)側(cè)為粗糙表面，底板(4)上粘有碎石，使之成為粗糙表面，減少土與容器界面的相對(duì)滑移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)柔性容器，其特征在于:橡膠外壁(I)選取Φ3000_直徑，使受邊界影響較小的中心土體的范圍較大，但應(yīng)控制容器的尺寸和總重量分別在振動(dòng)臺(tái)尺寸和承載力范圍以內(nèi)，選取直徑Φ3000_的圓筒側(cè)壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)柔性容器，其特征在于:橡膠外壁(I)材料的模量與土的模量相當(dāng)，采用厚5_的橡膠膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)柔性容器，其特征在于:橡膠外壁(I)外側(cè)采用Φ4@ 60鋼筋作圓周式加固。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于土與結(jié)構(gòu)相互作用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的柔性容器，包括橡膠外壁、鋼筋環(huán)、環(huán)形板、底板、支撐柱、高度調(diào)節(jié)螺桿和萬向節(jié)。該柔性容器為圓筒形，圓筒側(cè)壁采用橡膠膜，圓筒外側(cè)采用鋼筋作圓周式加固，目的是提供徑向剛度，且允許土體作層狀水平剪切變形。每個(gè)鋼筋環(huán)用鋼筋焊接而成。圓筒體側(cè)壁通過螺栓與上部環(huán)形板和下部底板連接；環(huán)形頂板由固定在底板上的四根柱支撐，柱中設(shè)高度調(diào)節(jié)螺桿以調(diào)節(jié)頂板水平和使圓筒體處于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)；柱頂設(shè)萬向節(jié)，使環(huán)形板在振動(dòng)時(shí)可以側(cè)向位移；底板用鋼板制作，并用小鋼梁加勁，確保在起吊時(shí)不產(chǎn)生過大的變形。在橡膠側(cè)壁內(nèi)側(cè)制作花紋，在鋼底板板面上用環(huán)氧樹脂粘上碎石，使之成為粗糙表面，減少土與容器界面的相對(duì)滑移。
【IPC分類】B65D90-20, B65D90-12, B65D88-16
【公開號(hào)】CN104609052
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510040934
【發(fā)明人】李培振, 呂西林, 陳躍慶
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日