一種用於模型試驗的樁基製作裝置的製作方法

2023-06-03 07:44:11 1

本發明涉及一種新型的用於土木工程模型試驗領域模型樁加工及檢測的多功能裝置及方法，具體說來，是一種綜合模型樁身應力測試原件安裝與檢測、樁周外壁塗層設置以及整樁率定的裝置。

背景技術：
在土木工程建設領域，樁基礎是一種被廣泛使用的深基礎。長久以來，雖然樁基的設計及施工經驗不斷地得到充實和完善，但是隨著工程建設逐漸向高難度方向發展，樁基使用方面的問題層出不窮，需要相關科研人員不斷地深入研究。在眾多的研究方法中，試驗研究始終是最值得信賴的方法之一。相對現場試驗的高投入以及某些條件下無法進行等特點，室內試驗可以用較小的代價且更具針對性的開展研究，成為研究、探索和解決相關問題的一種有效方法。模型樁作為模型試驗中的關鍵部件，其製作工藝是決定模型試驗準確與否的關鍵因素。根據模型試驗的實際目的，模型樁的製作方式多樣。目前，相當數量的樁基模型試驗需要測定不同加載情況下的樁身受力，此類情況就需要在模型樁上布置應變測試的元件（應變片）。對於應變片布置於外壁的模型樁，其製備主要包含應變片的黏貼、導線的布置；應變片工作狀態的檢測；外壁塗層設置（用於防護應變片及導線）和整樁率定等基本工序。已有的試驗中模型樁製備工作多分階段實施且涉及多項裝置。一般先在模型樁樁壁進行劃線以確定應變片的黏貼位置，對於圓形截面的小直徑模型樁，樁壁上劃線定位較為繁瑣，同時也較難實現應變片導線的規則布置；模型樁應變的檢測多採用對模型樁施加軸向荷載的方式進行測定，對於樁壁較厚、剛度較大的模型樁，因需要施加更大的荷載，採用重物堆載的方式並不十分適合；由於樁外壁布置有應變片和導線，樁側塗層在實際操作過程中很保證塗層壁厚的均勻。為改進上述模型樁製備過程中的不足，提高工作效率，本發明提出了一種用於模型試驗的樁基製作裝置及方法。

技術實現要素：
發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種用於模型試驗的樁基製作裝置。技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供的一種用於模型試驗的樁基製作裝置，包括依次固定安裝在底座上的鎖定支撐臂、內支撐臂和反力支撐臂，所述鎖定支撐臂上穿設有鎖定段，所述反力支撐臂上穿設有反力段；所述鎖定段的端部安裝有壓力傳感器和墊盤，所述反力段的端部安裝有加載器和限位盤；所述墊盤與限位盤之間用於夾設模型樁，所述鎖定段、反力段、墊盤、限位盤和模型樁的軸心處於同一直線上；所述內支撐臂上安裝有用於包絡模型樁的套筒。具體地，所述鎖定支撐臂是具有貫通圓孔的長條形豎直臂，所述圓孔的外側設有角度刻畫線，所述圓孔內壁具有環形凹槽，凹槽內部設有鋼珠；所述鎖定段與鋼珠之間夾設有鎖定段襯管；所述鎖定段具有大徑端和小徑端，所述小徑端安裝於鎖定段襯管內，所述大徑端上設有螺孔，所述螺孔內安裝有縱向鎖定螺栓，所述縱向鎖定螺栓將墊盤固定在鎖定段上。具體地，所述圓孔的徑向上穿設有水平向第一螺栓孔和豎向第一螺栓孔，所述水平向第一螺栓孔、豎向第一螺栓孔內分別安裝有側部鎖定螺栓、頂部鎖定螺栓，所述小徑端沿圓周徑向設有第二螺栓孔，當鎖定段在圓孔中旋轉到所需角度時，側部鎖定螺栓、頂部鎖定螺栓與第二螺栓孔相適配。具體地，所述鎖定段外側設置有可拆卸搖臂，搖臂內側設置有伸縮標尺。通過標尺配合鎖定支撐臂的圓形孔洞外側的角度刻畫線，實現鎖定段旋轉角度的控制。具體地，所述墊盤向鎖定段側設有內護壁，所述內護壁帶有沿徑向的限位凸起，且在內護壁底部設置有用於壓力傳感器導線引出的圓形開孔，所述壓力傳感器為圓盤形，位於鎖定段與墊盤之間且位於內護壁內。具體地，所述墊盤向反力支撐臂一側設置有中心軸杆，中心軸杆的外側套有外徑略小於模型樁內徑的襯管，襯管的外側設置有模型樁，模型樁一端緊靠墊盤，另一端緊靠限位盤，限位盤通過內部螺紋將模型樁限位在中心軸杆上。具體地，所述反力支撐臂為長條形豎直臂，中心開有圓形孔洞，孔洞內部設置圓形凹槽，凹槽內部設置鋼珠，反力支撐臂的開孔處設置有反力段襯管，反力段從鎖定段襯管的內部穿出，反力段中空且中心軸杆從反力段中心穿出。具體地，所述反力段的外側設置有反力撐，反力撐為方形直角狀且一端部緊靠反力支撐臂，另一端部插入反力段，反力段與限位盤之間設置有軸向開孔的液壓加載器，液壓加載器嵌於反力段內且通過液壓管外接液壓泵加載。具體地，所述套筒沿軸向四分之一圓周開槽，套筒的內側布置有塑料膜，套筒水平向開槽側設置有工作架，工作架帶有直角面與弧形面，通過控制工作架水平面與模型樁外壁的距離來控制模型樁塗層厚度。本發明同時提出一種用於模型試驗的樁基製作方法，包括以下步驟：步驟1，分別將安裝有鋼珠和鎖定段襯管的鎖定支撐臂、安裝有鋼珠和反力段襯管的反力支撐臂、內支撐臂豎直固定於底座上，並將底座平穩安放至工作檯，鎖定段穿出鎖定支撐臂內的鎖定段襯管，套筒的內部布置塑料膜且通過固定板固定於內支撐臂上；步驟2，墊盤的中心軸杆外側套襯管，並在襯管外側套模型樁，墊盤的內護壁內安裝壓力傳感器，壓力傳感器導線從內護壁的開孔處穿出，將模型樁放入套筒內且中心軸杆穿出反力支撐臂，並通過縱向鎖定螺栓將墊盤與鎖定段連接；步驟3，在模型樁遠離墊盤一端安裝限位盤，將液壓加載器安裝在反力段內，反力段穿過反力支撐臂的反力段襯管且反力段和液壓加載器內部穿過中心軸杆，在反力段外側安裝反力撐；步驟4，在套筒開孔處安裝工作架，將壓力傳感器導線、液壓管分別連接至採集器和液壓泵，在鎖定段外側安裝模型樁轉動所用的搖臂，通過在鎖定支撐臂上插入頂部鎖定螺栓和側部鎖定螺栓實現模型樁固定；步驟5，待上述安裝完成後，去除頂部鎖定螺栓和側部鎖定螺栓、卸載液壓加載器，拉出標尺，將標尺定位於鎖定支撐臂的角度刻畫線的某一角度，插入頂部鎖定螺栓和側部鎖定螺栓鎖定模型樁；步驟6，藉助工作架，在套筒開槽處進行模型樁應變片黏貼、布線，完成後加載液壓加載器，根據採集器的數值，判斷應變片是否工作正常，如果非正常則去除應變片並重新黏貼；步驟7，去除頂部鎖定螺栓和側部鎖定螺栓，卸載液壓加載器，使用搖臂及標尺將模型樁轉至另一個角度，插入頂部鎖定螺栓和側部鎖定螺栓鎖定模型樁，重複步驟6，直至完成應變片黏貼及布線工作；步驟8，卸載液壓加載器，去除頂部鎖定螺栓和側部鎖定螺栓，拉回標尺，轉動搖臂，在套筒開槽處進行模型樁的塗裝工作，塗層厚度根據工作架與模型樁間距控制，待塗層基本凝固完成塗裝工作，拆除模型樁，清理工作架並去除套筒內的塑料膜以完成清理工作；步驟9，待塗層完全硬化，插入頂部鎖定螺栓和側部鎖定螺栓鎖定模型樁，加載液壓加載器，對模型樁施加分級軸向荷載，實現對模型樁應變片的最終率定工作。有益效果：與現有設計相比，本發明具有以下顯著的進步：1.本發明用於模型樁的應變片黏貼、貼片質量檢測、應變片導線布線、模型樁外壁塗裝以及模型樁塗裝完成後的整樁率定等工作，相比其他單一功能的裝置，本發明綜合了多項功能，涵蓋了模型樁制階段所涉及的多個關鍵工序，可以廣泛用於模型樁的加工及檢測領域。2.本發明中模型樁軸線與套筒內工作架頂面平行，套筒1/4的開槽設置限定了模型樁施工面，藉助工作架頂面以及套筒的支撐，更便於在樁外壁上尋找平行於樁軸線的線條，進而實現模型樁外壁應變片與導線的精確定位。3.相比沿橫截面圓周二等分或四等分形式的常規應變片布置方法，本裝置藉助鎖定段外側的搖臂以及搖臂上的標尺，可以將模型樁精確轉動更多的角度，方便的實現沿橫截面圓周布置多種等分形式的應變片。4.已有的方法較難實現模型樁外壁的均勻塗裝，本發明利用控制工作架與模型樁間距，進而實現樁側塗層厚度的嚴格控制，並且通過搖臂轉動模型樁，能夠便捷、高效的實現整樁的塗裝工作，套筒內的塑料膜設置則更便捷的清理塗裝後膠水的殘餘。5.相比已有的裝置，本發明採用了壓力傳感器與液壓加載器，可以實現模型樁的軸向加載，具備了應變片黏貼初期的校核以及模型樁塗層硬化後的整樁率定功能，且液壓加載器可以實現較大的軸向荷載值，能適用於剛度較大的模型樁率定。除了上面所述的本發明解決的技術問題、構成技術方案的技術特徵以及由這些技術方案的技術特徵所帶來的優點外，本發明的一種用於模型試驗的樁基製作裝置及方法所能解決的其他技術問題、技術方案中包含的其他技術特徵以及這些技術特徵帶來的優點，將結合附圖做出進一步詳細的說明。附圖說明圖1是本發明實施例的剖立面圖；圖2是圖1中A-A處的剖視圖；圖3是圖1中B-B處的剖視圖；圖4是圖1中C-C處的剖視圖；圖5是圖1中D-D處的剖視圖；圖6是圖1中E-E處的剖視圖；圖7是圖1中①部的局部放大圖；圖8是圖1中②部的局部放大圖；圖中有：1套筒、2模型樁、3中心軸杆、4底座、5鎖定支撐臂、6內支撐臂、7套筒螺栓、8固定板、9反力支撐臂、10襯管、11採集器、12液壓泵、101搖臂、102鎖定段、103鎖定段襯管、104鋼珠、105壓力傳感器導線、106標尺、107頂部鎖定螺栓、108縱向鎖定螺栓、109外護壁、110內護壁、111壓力傳感器、112墊盤、113液壓管、114限位盤、115液壓加載器、116反力撐、117反力段、118反力段襯管、119側部鎖定螺栓、120塑料膜、121工作架。具體實施方式實施例：下面結合附圖，對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。如圖1-8所示，本實施例的一種用於模型試驗的樁基製作裝置及方法，包括：套筒1、模型樁2、中心軸杆3、底座4、鎖定支撐臂5、內支撐臂6、套筒螺栓7、固定板8、反力支撐臂9、襯管10、採集器11、液壓泵12、搖臂101、鎖定段102、鎖定段襯管103、鋼珠104、壓力傳感器導線105、標尺106、頂部鎖定螺栓107、縱向鎖定螺栓108、外護壁109、內護壁110、壓力傳感器111、墊盤112、液壓管113、限位盤114、液壓加載器115、反力撐116、反力段117、反力段襯管118、側部鎖定螺栓119、塑料膜120、工作架121。所述底座4為方形具有一定的厚度和重量，底座4置於水平工作檯上，鎖定支撐臂5為長條形且豎直固定於底座4一端，鎖定支撐臂5中心開有圓孔，鎖定支撐臂5外側面的圓孔四周設有角度刻畫線，圓孔內部設置圓形凹槽並且設置有鎖定段襯管103，凹槽與鎖定段襯管103內部設置有鋼珠104，鎖定段襯管103從中段有開槽且在鎖定支撐臂5外側設有邊緣突起以達到止滑的目的。所述鎖定段102由大徑端、小徑端即兩段直徑不同的圓柱形構件組成，鎖定段102小徑端外徑略小於鎖定段襯管103內徑且從鎖定段襯管103中心穿過，鎖定段102大徑端四周開有孔徑略大於縱向鎖定螺栓108外徑的螺栓孔，鎖定段102大徑端內側端部設有外護壁109，外護壁109為圓筒形構件，鎖定段102小徑端外側端部設有可裝卸的搖臂101，搖臂101為L形條形杆，搖臂101的內側設置有矩形可伸縮的標尺106。具體地，所述鎖定支撐臂5圓孔的徑向上穿設有水平向第一螺栓孔和豎向第一螺栓孔，所述水平向第一螺栓孔、豎向第一螺栓孔內分別安裝有側部鎖定螺栓119、頂部鎖定螺栓107，所述鎖定段102小徑端中部沿圓周徑向設有第二螺栓孔，當鎖定段102在圓孔中旋轉到所需角度時，側部鎖定螺栓119、頂部鎖定螺栓107與第二螺栓孔相適配。所述墊盤112為圓盤形構件，墊盤112向鎖定段102一側帶有內護壁110，內護壁110為圓桶形且外壁帶有沿徑向的限位凸起，內護壁110的外徑略小於外護壁109內徑，內護壁110的內徑略大於壓力傳感器111的外徑，壓力傳感器111置於內護壁110內部，墊盤112向反力支撐臂9一側設置有中心軸杆3，中心軸杆3的軸線與墊盤112的軸線共線，中心軸杆3為圓柱形杆且外側套有襯管10，有襯管10外徑略小於模型樁2內徑且長度略小於模型樁2，模型樁2一端緊靠墊盤112另一端緊靠限位盤114，限位盤114通過內部螺紋將模型樁2限位在中心軸杆3上。所述反力支撐臂9為長條形且豎直固定於底座4一端，反力支撐臂9中心開有圓形孔洞，圓形孔洞內部設置圓形凹槽並且設置有反力段襯管118，凹槽與反力段襯管118內部設置有鋼珠104，反力段襯管118為圓筒形且在反力支撐臂9外側設有邊緣突起以達到止滑的目的。所述反力段117為圓筒形構件且外側面設有可安裝反力撐116的開槽，反力段117外徑略小於反力段襯管118內徑且從反力段襯管118中心穿過，反力撐116為方形直角狀且沿反力段117圓周均勻分布，反力撐116一端部緊靠反力支撐臂9，另一端部插入反力段117，反力段117與限位盤114之間設置有軸向開孔的液壓加載器115，液壓加載器115嵌於反力段117內且通過液壓管113外接液壓泵12加載，中心軸杆3從反力段117中心穿過。所述套筒1為圓筒形且沿軸向四分之一圓周開槽，套筒1通過底部的方形的固定板8與套筒螺栓7固定於內支撐臂6上，內支撐臂6共兩根為長條形且豎直固定於底座4中段，套筒1內側布置有塑料膜，套筒1水平向開槽側設置有工作架121，工作架121為沿圓筒1通長布置且帶有直角面與弧形面，通過控制工作架121水平面與模型樁2外壁的距離來控制模型樁2塗層厚度。本裝置安裝步驟如下：分別將安裝有鋼珠104和鎖定段襯管103的鎖定支撐臂5、安裝有鋼珠104和反力段襯管118的反力支撐臂9、內支撐臂6豎直固定於底座4上，並將底座4平穩安放至工作檯，鎖定段102穿出鎖定支撐臂5內的鎖定段襯管103，套筒1內部布置塑料膜120且通過固定板8固定於內支撐臂6上。墊盤112的中心軸杆3外側套襯管10，並在襯管10外側套模型樁2，墊盤112的內護壁110內安裝壓力傳感器111，壓力傳感器導線105從內護壁110的開孔處穿出，將模型樁2放入套筒1內且中心軸杆3穿出反力支撐臂9，並通過縱向鎖定螺栓108將墊盤112與鎖定段102連接。在模型樁2遠離墊盤112一端安裝限位盤114，將液壓加載器115安裝在反力段117內，反力段117穿過反力支撐臂9的反力段襯管118且反力段117和液壓加載器115內部穿過中心軸杆3，在反力段117外側安裝反力撐116。在套筒1開孔處安裝工作架121，將壓力傳感器導線105、液壓管113分別連接至採集器11和液壓泵12，在鎖定段102外側安裝模型樁2轉動所用的搖臂101，通過在鎖定支撐臂5上插入頂部鎖定螺栓107和側部鎖定螺栓119實現模型樁2固定。本裝置使用步驟如下：待上述安裝完成後，去除頂部鎖定螺栓107和側部鎖定螺栓119、卸載液壓加載器115，拉出標尺106，將標尺106定位於鎖定支撐臂5的角度刻畫線的某一角度，插入頂部鎖定螺栓107和側部鎖定螺栓119鎖定模型樁2。藉助工作架，在套筒1開槽處進行模型樁2應變片黏貼、布線，完成後加載液壓加載器115，根據採集器11的數值，判斷應變片是否工作正常，如果非正常則去除應變片並重新黏貼。去除頂部鎖定螺栓107和側部鎖定螺栓119，卸載液壓加載器115，使用搖臂101及標尺106將模型樁2轉至另一個角度，插入頂部鎖定螺栓107和側部鎖定螺栓119鎖定模型樁2，重複加載、應變片檢測工作，直至完成應變片黏貼及布線工作。卸載液壓加載器115，去除頂部鎖定螺栓107和側部鎖定螺栓119，拉回標尺106，轉動搖臂101，在套筒1開槽處進行模型樁2的塗裝工作，塗層厚度根據工作架121與模型樁2間距控制，待塗層基本凝固完成塗裝工作，拆除模型樁2，清理工作架121並去除套筒1內的塑料膜120以完成清理工作。待塗層完全硬化，插入頂部鎖定螺栓107和側部鎖定螺栓119鎖定模型樁2，加載液壓加載器115，對模型樁2施加分級軸向荷載，實現對模型樁2應變片的最終率定工作。以上結合附圖對本發明的實施方式做出詳細說明，但本發明不局限於所描述的實施方式。對本領域的普通技術人員而言，在本發明的原理和技術思想的範圍內，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發明的保護範圍內。