一种新型叠层式剪切模型箱限位框及具有该框的模型箱的制作方法

本实用新型涉及试验机械领域，尤其是涉及一种振动台模型试验所用的模型箱。

背景技术：

土体是无边界的半无限自由介质。在振动台模型试验中，土体被限制在模型箱的有限空间内。由于模型箱振动形态的变化和箱体边界处对地震波的反射，实验结果受到“模型箱效应”的影响。合理设计振动台试验模型箱，削弱上述不利影响。使得在约束土体的同时，模型箱对土体振动的影响控制在合理范围内。因此，尽可能的模拟原型地基和结构物的受激振动过程，为土体提供较为理想的剪切变形条件，是振动台模型实验中考需要解决的问题。

目前，在振动台试验中，常用的模型箱有刚性模型箱、圆筒型柔性模型箱和层状剪切模型箱三种。

刚性模型箱采用木板或钢板做侧壁，并加木条或角钢支撑，其侧壁刚度大；采用内壁衬海绵、聚苯乙烯泡沫等柔性材料削弱边界效应。但侧壁柔性材料的尺寸和刚度较难选择，材料柔性过大导致土体发生弯曲变形，刚度过大则导致反射波太强，材料性能不稳定，模拟效果较差，模型箱效应明显。圆筒型柔性模型箱由圆筒形的橡胶膜构成，橡胶膜侧壁上端固定于上部钢环，下部固定在基底钢板上，土体可发生多水平方向的剪切变形；橡胶膜外包纤维带或钢丝，以提供径向刚度。若纤维带的间距过大，土体向外膨胀，约束压力释放，土层易发生弯曲变形；若过小，侧壁刚度过大，难以提供剪切变形。因而，模型箱模拟效果好于刚性模型箱，但外包纤维带间距的影响较大，也较难处理。叠层剪切型模型箱其由多层矩形平面钢框架由下至上叠合而成，并在层间放置滚珠或轴承，以实现层间的剪切运动；箱体各层框架可以自由滑动，边界效应较弱，对土剪切变形的模拟较好。振动台实验要求模型箱具备足够的强度、刚度和稳定性，各叠层满足质轻、层间摩擦力小和层间位移可控制的要求。

授权号为CN204286919U公开了的一种新型的测试桩土动力相互作用的层叠剪切模型箱。该模型箱无法限制层间框架的相对变形，无法模拟土体的剪切变形。在强烈振动下，土体发生剪切变形，模型箱各层框架间近乎无摩擦的相互滑动。该实用新型定位螺钉的位置固定，而定位槽位于框架之上，使得模型箱无法限制框架层间位移，更无法调节位移大小，无法合理模拟土体的剪切变形。模型箱未设计限制整体位移的装置。在振动方向，需要设置整体限位装置，以控制土体发生交大变形。同时，结构整体惯性力较大，模型箱在振动方向需确保具备足够的稳定性。

模型箱设计无法考虑侧向土压力。在振动台实验中，实验设计分为考虑侧向土压力和不考虑侧向土压力两种。现有设计未考虑侧向土压力，也无法调整土压力大小。

技术实现要素：

本实用新型为克服上述情况不足，旨在对框间的相对滑动位移进行限制，以更加合理的模拟土体的剪切变形。

一种新型叠层式剪切模型箱限位框，包括叠层框架和滚珠轴承，所述叠层框架由侧向框和切向框合围而成；所述侧向框朝上面中部设置有导向滑轨，导向滑轨内设有导向滚珠；所述导向滑轨的两侧分别设置有层间限位槽，所述层间限位槽内的两侧可设置限位调节器，所述叠层框架背向所述层间限位槽的朝下面固定连接有层间限位销；所述滚珠轴承嵌设于所述侧向框的侧向端面。

进一步的，还包括切向限位孔，所述切向限位孔内贯穿有切向土压模拟器，所述切向土压模拟器的端部设置有限位装置。

进一步的，所述切向限位孔为四个且由三块面钢板与所述叠层框架焊接合围而成，两两相对设置。

进一步的，所述限位装置为两个螺栓贯穿连接所述切向土压模拟器。

进一步的，所述切向土压模拟器是钢条。

进一步的，所述叠层框架由空心的箱形钢材制作且通过焊接形成封闭结构。

作为一个总的发明构思，本实用新型还提供了一种模型箱，包括侧向约束装置和若干个相互层叠的框体，所述框体为上述的叠层式剪切模型箱限位框。

本实用新型采用层间限位装置限制并调整层间相对位移，更好模拟土层的剪切变形。当考虑侧向土压力时，采用不同刚度的切向土压模拟器模拟不同大小的土体侧向压力。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型提供的限位框一种具体实施方式的结构示意图；

图2是本实用新型图1所示A处的主视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

请一并参照图1和图2，本实用新型叠层式剪切模型箱限位框包括叠层框架1和滚珠轴承3，所述叠层框架1由空心的箱形钢材制作且通过焊接形成封闭结构。所述叠层框架1分别侧向框和切向框。所述侧向框朝上面中部设置有导向滑轨11，导向滑轨11内设有导向滚珠。导向滑轨11的两侧分别设置有层间限位槽2，所述层间限位槽2内的两侧可投入限位调节器21，所述叠层框架1背向所述层间限位槽2的朝下面固定连接有层间限位销22。所述滚珠轴承3嵌设于所述侧向框的侧向端面，位于所述侧向框和约束所述侧向框的侧向约束装置8之间。

进一步的，还包括在与所述切向框外侧面固定连接的切向限位孔4，所述切向限位孔4为四个且由三块面钢板与所述叠层框架1焊接合围而成，两两相对设置。所述切向限位孔4内上下贯穿有切向土压模拟器5，所述切向土压模拟器5为橡胶条或者钢条。所述切向土压模拟器5的端部设置有限位装置51。所述限位装置51为两个螺栓贯穿连接所述切向土压模拟器5。

若干相互层叠的本实用新型所示的叠层式剪切模型箱限位框和若干用于限制本实用新型所示的叠层式剪切模型箱限位框切向滑移的侧向约束装置8构成剪切模型箱的大体框架。

为进一步描述该实用新型的结构，现陈述工作原理如下：

如图1所示，所述侧向约束装置8设置在侧向，用于限制模型箱叠层框架1切向的滑动，保证整体稳定性，但同时不能影响叠层框架1自由滑动，因而所述侧向约束装置8与叠层框架1间需要设置滚珠轴承3，使得在滑动时与侧向约束装置8的摩擦力最小。本实用新型所示的叠层式剪切模型箱限位框相互层叠后，因每层有所述切向限位孔4，在所述切向限位孔4从上往下均穿上切向土压模拟器5，所述切向土压模拟器5可以是橡胶条或者钢条；限位装置51位于切向土压模拟器5的端部，切向土压模拟器5有一定的富余长度，当各层框之间有很大相对位移时，切向土压模拟器5端部的富余长度会变短，而土的剪切变形不宜过大，为了防止相对位移过大，在切向土压模拟器5端部设置限位装置51；限位装置51可以是两个螺栓穿透51拧住切向土压模拟器5，当富余长度过小时，限位装置51会直接碰到所述切向限位孔4，由于螺栓较长，这样限位装置51会切向限位孔4卡住，层间限位效果也就达到了。

如图2所示，限位调节器21位于层间限位槽2两侧，层间限位销22固定在叠层框架1下侧，位于层间限位槽2正下方。限位调节器21是放在层间限位槽2内，放入后，上一层的层间限位销22的活动幅度就被限制了。上一层框的层间限位销22正好投在本层的层间限位槽2中，而层间限位槽2的长度有限，相互滑动时层间限位销22被限制在层间限位槽2中，起到限位作用；当投入限位调节器21时，层间限位槽2的有效滑动范围变小，限制了层间限位销22的滑动范围，达到调节叠层框架1层间相对位移的效果。

本实用新型的优点在于设计了模型箱的各种限位装置。当不考虑侧向土压力时，如图2所示，采用层间限位装置限制并调整层间相对位移，较好的模拟土层的剪切变形。同时，当考虑侧向土压力时，采用不同刚度的切向土压模拟器5模拟不同大小的土体侧向压力。同时，通过限位装置51限制模型箱的整体位移，提高整体稳定性。因此，本实用新型科学合理，具有实用、可靠等优点。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。