一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱的制作方法

本发明实施例涉及箱体技术领域，具体涉及一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱。

背景技术：

离心机振动台试验技术是国内外岩土工程界公认的最有效的岩土工程地震物理模拟试验技术之一。离心机振动台结合土工离心机设备与振动台，在土工离心机运转过程中能够对模型产生可控制的振动，进而模拟自然界中刚性岩石上的土层及构筑物的地震反应，开展岩土工程抗震减灾及地震易损度评价等离心振动复合环境下的试验研究。

离心机振动台试验模型箱为开展离心机振动台模型试验时用以盛放土层及构筑物模型、接受并传递激励振动的装置，是开展离心机振动台模型试验的关键装置之一。由于剪切波对土层及建筑物的破坏力较强，一般工程设计及相关物理模拟试验中均重点考虑剪切波。在实际地震中，土层在侧向是没有边界的，剪切波由刚性岩石传入上覆土层底部，进而沿土层内部由下向上竖向传播。

在离心机振动台模型试验中，模型箱底板与离心机振动台台面通过螺栓紧密连接，离心机振动台台面的水平振动可带动模型箱底板做相应振动，进而带动模型土层底部水平振动。而在剪切波自下向上竖向传播的过程中，不可避免地受到模型箱侧向边界的影响，如果模型箱与土层模型的动力特性不匹配，将导致试验结果失真。而土层的动力特性受土料种类、土层厚度、颗粒级配、密实程度、饱和程度等性质的影响，且与由地震引起的剪应变水平相关，其动力特性千差万别。动力特性固定的离心机振动台试验模型箱将难以适用于不同的土层情况，动力特性可调的模型箱是极为必要的。

目前，市场上存在一种导轨式层状模型箱，该种模型箱通常由底板、数层口字型框架、滚轴带、盖板、约束杆、吊耳等部件组成。底板上设有安装孔，通过螺栓可与离心机振动台台面紧密连接以接受激励波。叠合的数层口字型框架坐落于底板上，相邻两层长度方向之间设有凹槽，在凹槽内安装滚轴带以减小层间摩阻力，使模型箱可沿长度方向自由运动。盖板设有向外突出的屋檐式结构，其上设有长方孔。约束杆底端安装在底板上，顶端穿过盖板的长方孔，其上连接吊耳。在竖向杆外部套上滚轴，滚轴与模型箱外表面紧密贴合，以在不增加长度方向阻力的情况下约束其宽度方向的侧向运动。该种模型箱各部件刚度均不可调，模型箱的刚度、阻尼均为定值，自振频率等动力特性参数均是固定的。而土层的动力特性受土料种类、土层厚度、颗粒级配、密实程度、饱和程度等性质的影响，且与由地震引起的剪应变水平相关，其动力特性千差万别。因此，导轨式层状模型箱一般仅适用于特定的土层情况，而对其他的土层情况不适用。

另外，市场上还存在一种橡胶带式层状模型箱，该种模型箱通常由底板、数层口字型框架、橡胶带、盖板、约束杆、吊耳等部件组成。底板上设有安装孔，通过螺栓可与离心机振动台台面紧密连接以接受激励波。叠合的数层口字型框架坐落于底板上，相邻两层间镶嵌橡胶层，来控制其侧向刚度，使其自振频率接近土层的自振频率。该种模型箱各部件刚度均不可调，模型箱的刚度、阻尼均为定值，自振频率等动力特性参数均是固定的。而土层的动力特性受土料种类、土层厚度、颗粒级配、密实程度、饱和程度等性质的影响，且与由地震引起的剪应变水平相关，其动力特性千差万别。因此，导轨式层状模型箱一般仅适用于特定的土层情况，而对其他的土层情况不适用。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，以解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，本发明实施例提供一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，包括底板、外部刚性支架、内部叠合框架、滚轴带以及可调液压阻尼器，其中，所述底板上竖直方向上设置有多层上下叠放在一起的所述内部叠合框架，相邻两层内部叠合框架之间沿长度方向的两侧均设置有凹槽，所述凹槽中设置有滚轴带，通过所述滚轴带使相邻两层内部叠合框架沿长度方向自由运动，多层内部叠合框架沿长度方向的两端外侧分别设置有所述外部刚性支架，且所述外部刚性支架的下端设置在所述底板上，每层所述内部叠合框架沿宽度方向的端部均通过所述可调液压阻尼器与所述外部刚性支架连接。

可选的，相邻两层所述内部叠合框架支架之间沿长度方向的两侧均设置有两个所述凹槽。

可选的，所述外部刚性支架下端设置有安装部，所述外部刚性支架通过所述安装部设置在所述底板上且位于多层内部叠合框架端部沿宽度方向的外侧。

可选的，所述外部刚性支架竖直设置在所述底板上，所述安装部与所述外部刚性支架垂直设置，且所述安装部水平设置在所述底板上并通过第一安装螺栓与所述底板固定连接。

可选的，所述安装部与所述外部刚性支架为一体成型，所述安装部的宽度与所述外部刚性支架的宽度相同，且所述安装部远离所述外部刚性支架的一端通过所述第一安装螺栓与所述底板固定连接。

可选的，多层内部叠合框架沿宽度方向的左端外侧以及右端外侧分别设置有两个所述外部刚性支架，每个所述外部刚性支架均通过一个所述可调液压阻尼器与每层内部叠合框架固定连接。

可选的，所述可调液压阻尼器的一端通过第二安装螺栓与所述外部刚性支架固定连接，所述可调液压阻尼器的另一端设置有阻尼器端头，且所述阻尼器端头通过第三安装螺栓与所述每层内部叠合框架沿宽度方向的外侧壁固定连接。

可选的，所述安装部的一端位于所述底板上，且所述安装部的另一端位于所述底板沿宽度方向端部的外部。

可选的，多层内部叠合框架的结构均相同，所述底板的长度大于每层内部叠合框架的长度，且所述底板的宽度大于每层内部叠合框架的宽度。

发明实施例具有如下优点：本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，其包括底板、外部刚性支架、内部叠合框架、滚轴带以及可调液压阻尼器，其中，所述底板上竖直方向上设置有多层上下叠放在一起的所述内部叠合框架，相邻两层内部叠合框架之间沿长度方向的两侧均设置有凹槽，所述凹槽中设置有滚轴带，通过所述滚轴带使相邻两层内部叠合框架沿长度方向自由运动，多层内部叠合框架沿长度方向的两端外侧分别设置有所述外部刚性支架，且所述外部刚性支架的下端设置在所述底板上，每层所述内部叠合框架沿宽度方向的端部均通过所述可调液压阻尼器与所述外部刚性支架连接；本发明可针对不同的试验土层情况设定与之相匹配的模型箱弹簧刚度、阻尼等参数，使其动力特性与试验土层相匹配，解决了原有模型箱仅适用于特定土层情况的难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱的立体结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱的主视结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱的左视结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱的俯视结构示意图。

图5为图2中a位置的放大结构示意图。

图中：1、内部叠合框架；2、外部刚性支架；3、底板；4、滚轴带；5、可调液压阻尼器；6、阻尼器端头；7、第一安装螺栓；8、弹簧；9、第二安装螺栓；10、第三安装螺栓；11、安装部。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，为本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，包括底板3、外部刚性支架2、内部叠合框架1、滚轴带4以及可调液压阻尼器5，其中，所述底板3上竖直方向上设置有多层上下叠放在一起的所述内部叠合框架1，相邻两层内部叠合框架1之间沿长度方向的两侧均设置有凹槽(图中未示出)，所述凹槽中设置有滚轴带4，通过所述滚轴带4使相邻两层内部叠合框架1沿长度方向自由运动，多层内部叠合框架1沿长度方向的两端外侧分别设置有所述外部刚性支架2，且所述外部刚性支架2的下端设置在所述底板3上，每层所述内部叠合框架1沿宽度方向的端部均通过所述可调液压阻尼器5与所述外部刚性支架2连接。

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，相邻两层所述内部叠合框架支架1之间沿长度方向的两侧均设置有两个所述凹槽，同时在凹槽中设置滚轴带4。通过所述设计，即相邻两层内部叠合框架1之间沿长度方向的前侧和后侧均设置两个凹槽，且所述凹槽中设置有滚轴带4，从而可以使相邻的两层内部叠合框架沿长度方向平稳自由滑动，从而减小相邻两层内部叠合框架1之间的的摩擦力或阻力，进而达到本发明的动力特性可调的离心机振动台试验模型箱(简称模型箱)可沿长度方向自由运动。

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，所述外部刚性支架2下端设置有安装部11，所述外部刚性支架2通过所述安装部11设置在所述底板3上且位于多层内部叠合框架端部沿宽度方向的外侧。通过上述设计，所述外部刚性支架2可固定的设置在所述底板3上，安全可靠性得到一定程度的提升，并进而提升该模型箱的使用寿命。

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，所述外部刚性支架2竖直设置在所述底板3上，所述安装部11与所述外部刚性支架2垂直设置，且所述安装部11水平设置在所述底板3上并通过第一安装螺栓10与所述底板3固定连接。通过上述设计，方便所述安装部11与底板3之间的组装以及后期的维护，同时可提高安装部11与底板3结合的牢固性，进而提升安全可靠性。

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，所述安装部11与所述外部刚性支架2为一体成型，所述安装部11的宽度与所述外部刚性支架2的宽度相同，且所述安装部11远离所述外部刚性支架2的一端通过所述第一安装螺栓10与所述底板3固定连接。通过上述设计，即通过将所述安装部11与所述外部刚性支架2设计为一体成型，进而增加外部刚性支架2和安装部11之间的强度，从而提高外部刚性支架2与底板3之间连接的牢固性。

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，多层内部叠合框架1沿宽度方向的左端外侧以及右端外侧分别设置有两个所述外部刚性支架2，每个所述外部刚性支架2均通过一个所述可调液压阻尼器5与每层内部叠合框架1固定连接。通过上述设计，即多层内部叠合框架1的左端和右端分别设置有2个外部刚性支架2，且每层内部叠合框架均通过可调液压阻尼器与每个外部刚性支架连接。

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，所述可调液压阻尼器5的一端通过第二安装螺栓9与所述外部刚性支架2固定连接，所述可调液压阻尼器5的另一端设置有阻尼器端头6，且所述阻尼器端头6通过第三安装螺栓7与所述每层内部叠合框架1沿宽度方向的外侧壁固定连接。通过所述设计，可使所述可调液压阻尼器5的两端分别与每层内部叠合框架1以及外部刚性支架2牢固连接，

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，所述安装部11的一端位于所述底板3上，且所述安装部11的另一端位于所述底板3沿宽度方向端部的外部。

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，多层内部叠合框架1的结构均相同，所述底板3的长度大于每层内部叠合框架1的长度，且所述底板3的宽度大于每层内部叠合框架1的宽度。通过所述设计，可使多层内部叠合框架1稳定的设置在底板3上。

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，任一层内部叠合框架均与四个可调液压阻尼器相连。通过调节液压阻尼器的弹簧刚度、阻尼，可对模型箱的自振频率、振动能量衰减等特征进行调节，以此使模型箱的动力特性与内部模型的动力特性相匹配。例如，在开展不同压实度的砂土地基离心机振动台模型试验时，可基于压实度对土层刚度、阻尼的影响，针对不同压实度分别设定液压阻尼器的弹簧刚度、阻尼，使模型箱的动力特性与土层相匹配，从而准确的得到不同压实度的砂土地基的地震响应。

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，其带来的有益效果如下：(1)测试数据更为准确；(2)可满足不同土层结构的试验要求，应用于不同试验场合，降低试验成本。

本发明实施例提供的一种动力特性可调的离心机振动台试验模型箱，通过设置可调液压阻尼器，调节模型箱内部的刚度、阻尼，使其与试验模型的动力特性相匹配，进而实现用一个模型箱针对不同土层开展离心机振动台模型试验的目的。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。