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大型振动离心机试验辅助系统分析模型箱介绍

模型箱是连接模型和振动台的部件,用于装载模型和安装各类传感器的箱体。模型箱的设计需要根据振动台的类型、动力离心模型试验研究目标,综合考虑离心机容量、振动台负载能力、原型尺寸以及观测仪器的布置等因素,合理地确定模型箱的设计尺寸、设计荷载及结构类型。大型振动离心机水平单向振动台常用的模型箱有剪切模型箱、铰接板式模型箱和刚性模型箱,如图1所示。剪切模型箱可用于研究土体的侧面变形,其中柔性剪切模型箱采用橡胶和铝合金板互叠,能够使模型箱的动刚度和试验土体的动刚度相同。

铰接板式模型箱可用于分析土体的永久侧向变形,带有透明窗口的刚性模型则可以用来观测土体内部的运动情况。与大型振动离心机水平单向振动台配套模型箱设计的关键技术、要点和建议主要有以下几个方面:

(1)模型箱的长、宽和高应具有一定合适的比例关系,具有一定的通用性,而非针对某个试验设计。分析总结国际大中型振动离心机水平单向动力试验模型箱的尺寸关系,得出模型箱的长度与宽度比一般为1.8~2.2,高度与宽度的比一般为0.6~1.2,即长:宽:高符合1.8~2.2:1:0.6~1.2。

(2)模型箱的水平剪切刚度应尽可能低,在振动过程中不影响剪切波或剪切应力的传递,不影响土体的变形,同时试验振动过程中应使模型箱的水平断面尺寸及形状保持不变。

(3)模型箱侧壁应具有足够的刚度和强度,且不漏水;模型箱壁的自重应尽可能小,使边界处侧向动土压力降至最低。

(4)模型箱应便于供水、排水和安装量测仪器,模型箱使用前应在模型箱设计离心加速度下,模型箱装满水运行1小时内不漏水,该模型箱方可使用。

(5)带有透明窗口的模型箱设计时,透明窗口处应无裂痕、无裂缝,并具有足够强度,在最大荷载作用下,模型箱的周边和底板的挠度不大于0.1mm。

(6)据早期研究学者的经验和研究得出,模型箱侧壁的摩阻影响至距离箱壁16cm处才能完全自然消除,侧壁需要采用一定的措施或涂润滑剂,以消除侧壁边界影响,常用润滑剂有油灰和硅橡胶。

水平单向振动台常用模型箱