基於土工離心機模擬樁基豎向和橫向承載特性的試驗裝置製造方法
2023-06-01 21:44:26 3
專利名稱:基於土工離心機模擬樁基豎向和橫向承載特性的試驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於土工離心機模擬樁基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，包括模型箱、支架及樁基豎向承載力加載系統和樁基橫向承載力加載系統，模型箱內盛裝地基土，試驗樁插入地基土；樁基豎向承載力加載系統包括豎向荷載加載平臺和豎向荷載加載板，支架上設置豎向位移計，豎向位移計探頭與豎向荷載加載平臺連接；樁基橫向承載力加載系統包括橫向荷載加載平臺、橫向荷載加載板和橫向位移計，橫向荷載加載平臺連接有先向上延伸然後延伸至模型箱內且固定在豎向荷載加載平臺上的鋼絲繩。該試驗系統可對試驗樁施加豎向和橫向的組合荷載，還可對試驗樁分別施加豎向荷載和橫向荷載，其各部件安裝靈活性高，並可以實現不停機分級加載的目的。
【專利說明】基於土工離心機模擬樁基豎向和橫向承載特性的試驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於粧基承載特性的試驗【技術領域】，具體涉及一種基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置。
【背景技術】
[0002]粧基礎離心模型試驗有高轉速、高應力場的特點，在高轉速條件下對粧基礎施加豎向和橫向荷載具有一定的困難。目前已有的可用於離心模型試驗的粧基試驗裝置都僅僅考慮了單獨進行粧基豎向荷載的施加和單獨進行粧基橫向荷載的施加方式及相關加載裝置，並沒有可同時施加豎向和橫向荷載的施加方式及相關加載裝置。
[0003]現有的荷載加載方式採用千斤頂施加，千斤頂固定在反力架上。千斤頂自重大，在離心試驗中的強大加速度場中需要十分穩固的固定方式，且對粧基施加分級荷載時需暫停離心機，操作人員進入離心室進行人工操作，十分不便；且由於千斤頂固定在反力架上，反力架作為千斤頂的反力支撐裝置，試驗中對粧基施加的荷載越大，反力架的固定要求越高，因此，千斤頂對粧基施加的荷載大小有限。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於克服上述現有技術中的不足，提供一種基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置。該試驗裝置可以對試驗粧施加豎向和橫向荷載，並且可根據需要對試驗粧同時施加豎向和橫向荷載；該試驗系統各部件安裝靈活性高，可滿足試驗粧在不同埋設位置上試驗系統的準確安裝，使試驗快捷準確的進行，並且能夠充分利用離心機產生的可動態控制大小的加速度場，實現不停機分級加載的目的。
[0005]為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是:基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:包括安裝在土工離心機吊籃內的模型箱、安裝在所述模型箱上方的支架，以及粧基豎向承載力加載系統和粧基橫向承載力加載系統，所述模型箱內盛裝有地基土，試驗粧插入所述地基土內；所述粧基豎向承載力加載系統包括設置在所述試驗粧上端的豎向荷載加載平臺和安裝在所述豎向荷載加載平臺上的豎向荷載加載板，所述支架上設置有用於測量所述試驗粧豎向位移量的豎向位移計，所述豎向位移計的探頭與豎向荷載加載平臺相連接；所述粧基橫向承載力加載系統包括設置在所述模型箱外側的橫向荷載加載平臺、安裝在所述橫向荷載加載平臺上的橫向荷載加載板和位於所述模型箱內且用於測量所述試驗粧的水平位移的橫向位移計，所述橫向位移計水平放置且其探頭與試驗粧連接，所述橫向荷載加載平臺連接有先向上延伸然後再延伸至模型箱內且固定在豎向荷載加載平臺上以傳遞橫向荷載的鋼絲繩。
[0006]上述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述支架伸出模型箱的部分連接有平臺防護板，所述平臺防護板上安裝有位於橫向荷載加載平臺外側的平臺防護網。
[0007]上述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述支架包括兩個平行布設的支撐杆以及平行布設的第一反力梁和第二反力梁，所述支撐杆安裝在模型箱的上方，所述第一反力梁和第二反力梁均設置在支撐杆的上方，所述第一反力梁和第二反力梁均與所述支撐杆相垂直，所述第一反力梁上連接有用於安裝所述豎向位移計的豎向位移計固定板，所述支撐杆伸出模型箱，且所述平臺防護板安裝在支撐杆伸出模型箱的部位。
[0008]上述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述支撐杆上開設有用於引導所述第一反力梁移動的第一滑槽，所述第一反力梁上安裝有伸入所述第一滑槽的第一定位螺栓。
[0009]上述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述第一反力梁上開設有沿其長度方向延伸的第二滑槽，所述豎向位移計固定板通過伸入所述第二滑槽的第二定位螺栓連接。
[0010]上述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述支架上設置有用於將從橫向荷載加載平臺向上延伸的鋼絲繩引導成水平延伸的第一滑輪、用於將從第一滑輪引出且水平延伸的鋼絲繩引導成豎直向下的第二滑輪和用於將從第二滑輪引出且豎直向下的鋼絲繩水平引導至豎向荷載加載平臺的第三滑輪。
[0011]上述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:一個所述支撐杆一側面連接有用於固定所述橫向位移計的橫向位移計固定板，所述支撐杆的另一側面連接有用於安裝所述第三滑輪的滑輪固定板。
[0012]上述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述支撐杆的一側面上開設有沿其長度方向延伸的第三滑槽，所述橫向位移計固定板通過伸入所述第三滑槽的第三定位螺栓連接；所述支撐杆的另一側面上開設有沿其長度方向延伸的第四滑槽，所述滑輪固定板通過伸入所述第四滑槽的第四定位螺栓連接。
[0013]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0014]1、本實用新型的結構簡單，設計新穎合理。
[0015]2、本實用新型有效的利用了土工離心機轉動起來的加速度場，配合可更換的豎向荷載加載板和橫向荷載加載板，實現了對試驗粧豎向分級加載的目的和對試驗粧橫向分級加載的目的。
[0016]3、本實用新型粧基豎向承載力加載系統和粧基橫向承載力加載系統可分別單獨安裝，亦可同時安裝，這樣的設計可分別進行粧基橫向荷載加載試驗、粧基豎向荷載加載試驗或粧基橫豎向同時加載的試驗，其適用範圍大大增加。
[0017]4、本實用新型支撐杆與第一反力梁相接部位開有第一滑槽，使第一反力梁可沿著支撐杆軸線方向移動；第一反力梁與豎向位移計固定板相接的部位開有第二滑槽，使豎向位移計固定板可沿著第一反力梁長度方向移動；支撐杆與滑輪固定板相連部位開有第四滑槽，支撐杆與橫向位移計固定板相連部位開有第三滑槽，使滑輪固定板和橫向位移計固定板可沿著支撐杆軸線移動。這樣的設計增加了布設試驗系統時的靈活性，在該試驗系統布設在不同位置上時，橫向位移計和豎向位移計均可準確安裝在與試驗粧相相應的位置。
[0018]5、本實用新型的實現成本低，使用效果好，便於推廣使用。
[0019]綜上所述，本實用新型結構簡單，設計新穎合理，工作可靠性高，使用壽命長，安裝簡便，分級加載效果好，使用效果好，便於推廣使用。
[0020]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的俯視圖。
[0022]圖2為圖1中的A-A剖視圖。
[0023]圖3為圖1中的B-B剖視圖。
[0024]圖4為本實用新型橫向荷載加載板安裝在橫向荷載加載平臺上的位置關係示意圖。
[0025]圖5為利用本實用新型模擬粧基豎向和橫向承載特性時試驗粧的受力示意圖。
[0026]圖6為利用本實用新型模擬粧基橫向承載特性時試驗粧的受力示意圖。
[0027]圖7為本實用新型與土工離心機配合使用的結構示意圖。
[0028]附圖標記說明:
[0029]I一模型箱；2—支架；2-1 —支撐杆；
[0030]2-2—第一反力梁； 2-3—第二反力梁； 2-4—第一滑槽；
[0031]2-5—第二滑槽；2-6—第四滑槽；3—豎向荷載加載平臺；
[0032]4一豎向荷載加載板； 5—試驗粧；6—橫向位移計；
[0033]7一橫向位移計固定板；8—第二滑輪；9一滑輪固定板；
[0034]10一第二滑輪；11一豎向位移計固定板；12—豎向位移計；
[0035]13一橫向荷載加載板；14一固定柱；15—地基土 ；
[0036]16—平臺防護網；17—平臺防護板；18—鋼絲繩；
[0037]19—第一滑輪；20—橫向荷載加載平臺；21—土工離心機；
[0038]21-1一吊籃；21-2—尚心機轉軸；21-3—尚心機轉臂；
[0039]21-4一吊籃轉軸；21_5—吊籃底板。
【具體實施方式】
[0040]如圖1-圖7所示的一種基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，包括安裝在土工離心機21吊籃21-1內的模型箱1、安裝在所述模型箱I上方的支架2，以及粧基豎向承載力加載系統和粧基橫向承載力加載系統，所述模型箱I內盛裝有地基土15，試驗粧5插入所述地基土 15內；所述粧基豎向承載力加載系統包括設置在所述試驗粧5上端的豎向荷載加載平臺3和安裝在所述豎向荷載加載平臺3上的豎向荷載加載板4，所述豎向荷載加載平臺3設置有用於定位豎向荷載加載板4的固定柱14，所述支架2上設置有用於測量所述試驗粧5豎向位移量的豎向位移計12，所述豎向位移計12的探頭與豎向荷載加載平臺3相連接；所述粧基橫向承載力加載系統包括設置在所述模型箱I外側的橫向荷載加載平臺20、安裝在所述橫向荷載加載平臺20上的橫向荷載加載板13和位於所述模型箱I內且用於測量所述試驗粧5的水平位移的橫向位移計6，所述橫向位移計6水平放置且其探頭與試驗粧5連接，所述橫向荷載加載平臺20連接有先向上延伸然後再延伸至模型箱I內且固定在豎向荷載加載平臺3上以傳遞橫向荷載的鋼絲繩18。
[0041]如圖3所示，所述支架2伸出模型箱I的部分連接有平臺防護板17，所述平臺防護板17上安裝有位於橫向荷載加載平臺20外側的平臺防護網16。
[0042]如圖1、圖2和圖3所示，所述支架2包括兩個平行布設的支撐杆2-1以及平行布設的第一反力梁2-2和第二反力梁2-3，所述支撐杆2-1安裝在模型箱I的上方，所述第一反力梁2-2和第二反力梁2-3均設置在支撐杆2-1的上方，所述第一反力梁2-2和第二反力梁2-3均與所述支撐杆2-1相垂直，所述第一反力梁2-2上連接有用於安裝所述豎向位移計12的豎向位移計固定板11，所述支撐杆2-1伸出模型箱1，且所述平臺防護板17安裝在支撐杆2-1伸出模型箱I的部位。所述支架2結構簡單，組裝方便快捷。
[0043]如圖1所示，所述支撐杆2-1上開設有用於引導所述第一反力梁2-2移動的第一滑槽2-4，所述第一反力梁2-2上安裝有伸入所述第一滑槽2-4的第一定位螺栓。
[0044]如圖2所示，所述第一反力梁2-2上開設有沿其長度方向延伸的第二滑槽2-5，所述豎向位移計固定板11通過伸入所述第二滑槽2-5的第二定位螺栓連接。
[0045]如圖2和圖3所示，所述支架2上設置有用於將從橫向荷載加載平臺20向上延伸的鋼絲繩18引導成水平延伸的第一滑輪19、用於將從第一滑輪19引出的且水平延伸的鋼絲繩18引導成豎直向下的第二滑輪8和用於將從第二滑輪8引出且豎直向下的鋼絲繩18水平引導至豎向荷載加載平臺3的第三滑輪10。
[0046]如圖2和圖3所示，兩個支撐杆2-1中的一個支撐杆2-1 —側面連接有用於固定所述橫向位移計6的橫向位移計固定板7，所述支撐杆2-1的另一側面連接有用於安裝所述第三滑輪10的滑輪固定板9。
[0047]結合圖2和圖3，所述支撐杆2-1的一側面上開設有沿其長度方向延伸的第三滑槽，所述橫向位移計固定板7通過伸入所述第三滑槽的第三定位螺栓連接；所述支撐杆2-1的另一側面上開設有沿其長度方向延伸的第四滑槽2-6，所述滑輪固定板9通過伸入所述第四滑槽2-6的第四定位螺栓連接。本實施例中，所述第三滑槽和第四滑槽2-6相貫通。
[0048]如圖5所示，當進行單根粧的豎向承載特性試驗系統的安裝時，首先將豎向位移計12用螺栓固定在豎向位移計固定板11上；然後將帶有豎向位移計12的豎向位移計固定板11用螺栓固定在第一反力梁2-2的一側面上，其中豎向位移計12的探頭向下；根據豎向位移計12的探頭與試驗粧5上的豎向荷載加載平臺3之間的相對位置，使第一反力梁2-2沿著支撐杆2-1上的第一滑槽2-4作相應移動調整，直到豎向位移計12的探頭到達豎向荷載加載平臺3上合適的位置，用螺栓將豎向位移計12的探頭卡在豎向荷載加載平臺3上；最後將第一滑槽2-4上的第一定位螺栓擰緊，固定，粧基豎向荷載試驗系統安裝完成。
[0049]結合圖7所示，土工離心機21是一種可以提供人造高重力場的試驗儀器。所述土工離心機21包括吊籃21-1、離心機轉軸21-2、離心機轉臂21-3和吊籃轉軸21_4，使用時，將安裝好的粧基豎向荷載試驗系統設置在吊籃21-1內的吊籃底板21-5上。土工離心機21未開動時，吊籃21-1中的加速度場a即為重力加速度g，方向與吊籃底板21-5垂直。土工離心機21運行時，離心機轉臂21-3帶動著吊籃21-1繞離心機轉軸21-2高速旋轉，而吊籃21-1會在離心力作用下繞吊籃轉軸21-4轉動，從而發生傾斜，此時模型箱I中的加速度場a是地球重力場g(豎直方向)和離心力產生的加速度場(水平方向)的矢量之和，該加速度場a的方向相對於吊籃21-1並未改變，依然垂直於吊籃底板21-5。土工離心機21運行時，吊籃21_1中存在尚心加速度場a，由於吊籃21_1可繞吊籃轉軸21_4進行轉動調節，因此該加速度場a的方向在離心機轉速不同時始終與吊籃底板21-5垂直。在離心加速度場a的作用下，質量為ml的豎向荷載加載板4對試驗粧5粧頂產生豎直向下的力F1，其中F1 =Hi1Xa ;若將土工離心機21運行加速度分別設定為5(^、10(^、15(^、20(^時，即吊籃21-1中的離心加速度場a為50g、100g、150g、200g，當在試驗粧5粧頂加載豎向荷載加載板4的質量為ml時，則對粧頂產生的力FAIUS 50m lg、10mlg, 150mlg,200mlg,從而達到對粧頂不停機分級加載的目的，並通過豎向位移計12對試驗粧5豎向位移進行測量。
[0050]如圖2和圖4所示，當進行單根粧的橫向承載特性試驗系統的安裝時，首先將橫向位移計6用螺栓固定在橫向位移計固定板7下端；其次將裝有橫向位移計6的橫向位移計固定板7用螺栓固定在一個支撐杆2-1內側，將第一滑輪19安裝在第二反力梁2-3的下底面上，將第二滑輪8安裝在第一反力梁2-2的下底面，將滑輪固定板9安裝在所述支撐杆2-1的外側；然後將鋼絲繩18 —端分別穿過第一滑輪19、第二滑輪8和第三滑輪10，經過橫向位移計固定板7上的開槽到達豎向荷載加載平臺3並可拆卸的固定於其上，鋼絲繩18另一端固定在橫向荷載加載平臺20上；最後將裝有平臺防護網16的平臺防護板17安裝在支撐杆2-1伸出模型箱I部分的外側，從而防止試驗過程中橫向荷載加載平臺20的搖擺，至此，粧基橫向荷載加載試驗安裝完成。
[0051]如圖6所示，與粧基豎向荷載加載試驗相同，利用土工離心機21帶動吊籃21-1轉動，質量為m2的橫向荷載加載板13對鋼絲繩18產生豎直向下的拉力F2，其中F2= m2Xa。由於鋼絲繩18另一端固定在試驗粧5粧頂的豎向荷載加載平臺3，方向水平，通過鋼絲繩18對拉力F2的傳遞，最終使得拉力F2水平向的作用在了試驗粧5頂部。橫向荷載加載板13對試驗粧5施加水平荷載的原理與上述粧基豎向荷載加載試驗類似:當土工離心機21運行加速度分別設定為50g、100g、150g、200g，質量為m2的橫向荷載加載板13通過鋼絲繩18對粧頂產生了水平方向的力F2，大小分別為50m2g、100m2g、150m2g、200m2g，從而達到不停機分級加載的目的，並通過橫向位移計6對試驗粧5橫向位移進行測量。
[0052]當進行單根粧的橫向和豎向組合荷載下的承載特性試驗時，分別按上述進行單根粧的豎向承載特性試驗系統的安裝方法和進行單根粧的橫向承載特性試驗系統的安裝方法進行試驗系統的安裝固定，從而將粧基豎向荷載加載系統和粧基橫向荷載加載系統同時安裝，對試驗粧5進行橫向和豎向組合荷載的加載試驗。依據上述方式，還可以同時對兩根試驗粧5進行承載特性試驗。
[0053]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變換，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
【權利要求】
1.基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:包括安裝在土工離心機(21)吊籃(21-1)內的模型箱(I)、安裝在所述模型箱(I)上方的支架(2)，以及粧基豎向承載力加載系統和粧基橫向承載力加載系統，所述模型箱(I)內盛裝有地基土(15)，試驗粧(5)插入所述地基土(15)內；所述粧基豎向承載力加載系統包括設置在所述試驗粧(5)上端的豎向荷載加載平臺(3)和安裝在所述豎向荷載加載平臺(3)上的豎向荷載加載板(4)，所述支架(2)上設置有用於測量所述試驗粧(5)豎向位移量的豎向位移計(12)，所述豎向位移計(12)的探頭與豎向荷載加載平臺(3)相連接；所述粧基橫向承載力加載系統包括設置在所述模型箱(I)外側的橫向荷載加載平臺(20)、安裝在所述橫向荷載加載平臺(20)上的橫向荷載加載板(13)和位於所述模型箱(I)內且用於測量所述試驗粧(5)的水平位移的橫向位移計￠)，所述橫向位移計(6)水平放置且其探頭與試驗粧(5)連接，所述橫向荷載加載平臺(20)連接有先向上延伸然後再延伸至模型箱(I)內且固定在豎向荷載加載平臺⑶上以傳遞橫向荷載的鋼絲繩(18)。2.根據權利要求1所述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述支架(2)伸出模型箱(I)的部分連接有平臺防護板(17)，所述平臺防護板(17)上安裝有位於橫向荷載加載平臺(20)外側的平臺防護網(16)。3.根據權利要求2所述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述支架(2)包括兩個平行布設的支撐杆(2-1)以及平行布設的第一反力梁(2-2)和第二反力梁(2-3)，所述支撐杆(2-1)安裝在模型箱(I)的上方，所述第一反力梁(2-2)和第二反力梁(2-3)均設置在支撐杆(2-1)的上方，所述第一反力梁(2-2)和第二反力梁(2-3)均與所述支撐杆(2-1)相垂直，所述第一反力梁(2-2)上連接有用於安裝所述豎向位移計(12)的豎向位移計固定板(11)，所述支撐杆(2-1)伸出模型箱(1)，且所述平臺防護板(17)安裝在支撐杆(2-1)伸出模型箱(I)的部位。4.根據權利要求3所述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述支撐杆(2-1)上開設有用於引導所述第一反力梁(2-2)移動的第一滑槽(2-4)，所述第一反力梁(2-2)上安裝有伸入所述第一滑槽(2-4)的第一定位螺栓。5.根據權利要求3所述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述第一反力梁(2-2)上開設有沿其長度方向延伸的第二滑槽(2-5)，所述豎向位移計固定板(11)通過伸入所述第二滑槽(2-5)的第二定位螺栓連接。6.根據權利要求3所述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述支架(2)上設置有用於將從橫向荷載加載平臺(20)向上延伸的鋼絲繩(18)引導成水平延伸的第一滑輪(19)、用於將從第一滑輪(19)引出且水平延伸的鋼絲繩(18)引導成豎直向下的第二滑輪(8)和用於將從第二滑輪(8)引出且豎直向下的鋼絲繩(18)水平引導至豎向荷載加載平臺(3)的第三滑輪(10)。7.根據權利要求6所述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:一個所述支撐杆(2-1)的一側面連接有用於固定所述橫向位移計(6)的橫向位移計固定板(7)，所述支撐杆(2-1)的另一側面連接有用於安裝所述第三滑輪(10)的滑輪固定板(9)。8.根據權利要求7所述的基於土工離心機模擬粧基豎向和橫向承載特性的試驗裝置，其特徵在於:所述支撐杆(2-1)的一側面上開設有沿其長度方向延伸的第三滑槽，所述橫向位移計固定板(7)通過伸入所述第三滑槽的第三定位螺栓連接；所述支撐杆(2-1)的另一側面上開設有沿其長度方向延伸的第四滑槽(2-6)，所述滑輪固定板(9)通過伸入所述第四滑槽(2-6)的第四定位螺栓連接。
【文檔編號】E02D33-00GK204298864SQ201420774029
【發明者】馮忠居, 張其浪, 王增賢, 陳景星, 邵景幹, 葉巖邦, 甄東曉, 田江磊, 靳子良, 蘇航州, 席稱心, 韓秋石, 王富春, 李炎, 建鑫龍 [申請人]長安大學