水平荷載試驗樁頂約束裝置及方法

2023-05-28 16:39:01

專利名稱：水平荷載試驗樁頂約束裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種水平荷載試驗樁頂約束裝置。本發明還涉及一種水平荷載試驗樁頂約束方法。
背景技術：
樁基靜載試驗，就是在樁頂逐級施加豎向壓力、豎向上拔力或水平推力，觀測樁頂隨時間產生的沉降、上拔位移或水平位移，以確定相應的單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力或單樁水平承載力的試驗方法。樁基靜載試驗，包括單樁豎向抗壓荷載試驗、單樁豎向抗拔荷載試驗、單樁水平荷載試驗。單樁水平荷載試驗採用接近於水平受荷樁實際工作條件的試驗方法，確定單樁水平臨界荷載和極限荷載，推定抗力參數，或對工程樁的水平承載力進行檢驗和評價。當樁基埋設有應變測量傳感器時，可測量相應水平荷載作用下的樁基應力，並由此計算得出樁基彎矩分布情況，可為檢驗樁基強度、推求不同深度彈性地基係數提供依據。在水平荷載作用下，樁基產生變形並擠壓樁周土，促使樁周土發生相應的變形而產生水平抗力。水平荷載較小時，樁周土的變形是彈性的，水平抗力主要由靠近地面的表層土提供；隨著水平荷載的增大，樁的變形加大，表層土逐漸產生塑性屈服，水平荷載將向更深的土層傳遞；當樁周土失去穩定、樁基發生破壞或樁基的變形超過結構的允許值時，水平荷載也就達到極限。樁基水平加載試驗目前只能採用常規的加載方法，樁頂可以自由變形。目前的加載方法無法對樁頂進行有效約束，這與實際工程中樁頂的受力和變形情況是不相符的。

發明內容
鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種水平荷載試驗樁頂約束裝置及方法，用於解決現有技術的水平加載試驗中，無法對樁頂進行有效約束，試驗條件與實際工程中樁頂的受力和變形情況不相符的問題。為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種水平荷載試驗樁頂約束裝置，它包括位於樁基周圍的反力架，反力架與實驗室地基固定，反力架與軌道架總成固定連接，軌道架總成內設有分離式固定箱，分離式固定箱套在樁頂上，分離式固定箱的側邊設有水平加載裝置；分離式固定箱包括多個分離箱體和將多個分離箱體鎖緊的緊固結構，分離箱體在軌道架總成內水平移動，多個分離箱體通過緊固結構與樁頂固定。優選的，分離箱體的數量為兩個，以樁頂的軸對稱面為對稱平面相互對稱。進一步的優選，分離箱體相對於樁頂的內周面與樁頂的外周面相配合。另一種進一步的優選，緊固結構包括貫穿兩個分離箱體的多根螺杆，螺杆的兩端裝有螺帽。上述方案的進一步優選，軌道架總成包括位於分離式固定箱上方的上軌道架和位於分離式固定箱下方的下軌道架，分離箱體的上方和下方設有行車輪，上軌道架、下軌道架上均設有與行車輪對應的水平導軌，行車輪帶動分離箱體在導軌上滾動。更進一步的優選，軌道架總成還包括兩個分別位於上軌道架、下軌道架左右兩側的支撐架，左右兩個支撐架與上軌道架、下軌道架固定連接，圍成一個放置分離式固定箱的內部空間。上述方案的進一步優選，樁頂從軌道架總成中伸出。更進一步的優選，樁頂從軌道架總成中伸出的長度為10cm。為實現上述目的及其他相關目的，本發明還提供一種水平荷載試驗樁頂約束方法，包括以下步驟I)將軌道架總成和分離式固定箱套在樁頂上，軌道架總成與反力架固定連接；2)在樁頂沿樁基的軸線向下加載豎向荷載；3)將分離式固定箱的分離箱體，通過緊固結構與樁頂固定；4)在分離式固定箱的側邊，通過水平加載裝置加載水平荷載。優選的，將軌道架總成和分離式固定箱套在樁頂上，包括以下步驟①將下軌道架套在樁頂上，下軌道架上的導軌水平放置，下軌道架與反力架固定連接；②將分離式固定箱放置在下軌道架上，分離箱體下方的行車輪放置在下軌道架的導軌上；③將上軌道架套在樁頂上，並放置在分離式固定箱上方，分離箱體上方的行車輪與上軌道架上的導軌配合，上軌道架與反力架固定連接。更進一步的優選，將軌道架總成和分離式固定箱套在樁頂上，還包括第④步驟將兩個支撐架放置在上軌道架和下軌道架的左右兩側，並將兩個支撐架與上軌道架、下軌道架固定連接，圍成一個放置分離式固定箱的內部空間。如上所述，本發明水平荷載試驗樁頂約束裝置及方法，具有以下有益效果該水平荷載試驗樁頂約束裝置及方法，對樁頂進行約束，使在加載水平荷載時，樁頂只能發生水平位移，而不發生轉角或其他方向的位移，最大程度地模擬實際工程中的樁基受力和變形。


圖1顯示為本發明的水平荷載試驗樁頂約束裝置的結構示意圖。圖2顯示為圖1所示的水平荷載試驗樁頂約束裝置的A-A向分離式固定箱和軌道架總成組合的結構示意圖。圖3顯示為圖1所示的水平荷載試驗樁頂約束裝置的分離式固定箱和樁頂組合的結構示意圖。圖4顯示為圖3所示的水平荷載試驗樁頂約束裝置的分離式固定箱和樁頂組合的俯視圖。圖5顯示為圖1所示的水平荷載試驗樁頂約束裝置的上軌道架、下軌道架和支撐架組合的第一種實施方式的結構示意圖。圖6顯示為圖1所示的水平荷載試驗樁頂約束裝置的上軌道架、下軌道架和支撐架組合的第二種實施方式的結構示意圖。圖7顯示為圖6所示的水平荷載試驗樁頂約束裝置的上軌道架、下軌道架的結構示意圖。
圖8顯示為圖7所示的水平荷載試驗樁頂約束裝置的上軌道架、下軌道架的B-B向剖面示意圖。圖9顯示為圖6所示的水平荷載試驗樁頂約束裝置的支撐架的結構示意圖。圖10顯示為圖9所示的水平荷載試驗樁頂約束裝置的支撐架的C-C向剖面示意圖。元件標號說明I 反力架2 軌道架總成21 上軌道架211 軌道架外框212 軌道架橫向支撐213 軌道架對角支撐214 軌道架螺栓孔215 軌道架預留格22 下軌道架23 導軌24 支撐架241 支撐架外框242 支撐架橫向支撐243 支撐架對角支撐244 支撐架螺栓孔3 分離式固定箱31 分離箱體321 螺杆322 螺帽33 行車輪4 樁頂5 水平加載裝置
具體實施例方式以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。請參閱圖1至圖10。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等的用語，亦僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。
如圖1至圖4所示，本發明提供一種水平荷載試驗樁頂約束裝置，它包括位於樁基周圍的反力架1，反力架I與實驗室地基固定，反力架I與軌道架總成2固定連接，軌道架總成2內設有分離式固定箱3，分離式固定箱3套在樁頂4上，分離式固定箱3的側邊設有水平加載裝置5 ;分離式固定箱3包括多個分離箱體31和將多個分離箱體31鎖緊的緊固結構，分離箱體31在軌道架總成2內水平移動，多個分離箱體31通過緊固結構與樁頂4固定。分離式固定箱3與樁頂4固定，由於分離式固定箱3被軌道架總成2約束，只能在軌道架總成2內水平移動，所以樁頂4隻能發生水平位移，而不發生轉角或其他方向的位移，最大程度地模擬實際工程中的樁基受力和變形。分離箱體31的數量為兩個，以樁頂4的軸對稱面為對稱平面相互對稱，分離箱體31相對於樁頂4的內周面與樁頂4的外周面相配合，緊固結構包括貫穿兩個分離箱體31的多根螺杆321，螺杆321的兩端裝有螺帽322。兩個分離箱體31的四個角落設有四個貫穿的通孔，螺杆321從通孔中穿過，在螺杆321的兩端裝上螺帽322，通過旋轉螺帽322推動兩個分離箱體31合攏，兩個分離箱體31從兩個方向夾緊樁頂4，與樁頂4固定。該分離箱體31內部可中空，中間設有多條肋板，在減少分離箱體31的重量的同時，保證分離箱體31的整體強度，使分離箱體31在使用過程中不變形。該水平加載裝置5可為水平加載千斤頂，或其他加載設施。樁頂4從軌道架總成2中伸出，樁頂4從軌道架總成2中伸出的長度優選為10cm。樁頂4從軌道架總成2中伸出，保證了在加載豎向荷載時，只加載在樁頂4上，軌道架總成2不受力。如圖5至圖10所示，軌道架總成2包括位於分離式固定箱3上方的上軌道架21和位於分離式固定箱3下方的下軌道架22，分離箱體31的上方和下方設有行車輪33，上軌道架21、下軌道架22上均設有與行車輪33對應的水平導軌23，行車輪33帶動分離箱體31在導軌23上滾動。上軌道架21、下軌道架22的結構相同，統稱為軌道架。軌道架均設有長方形的軌道架外框211，軌道架外框211內設有軌道架橫向支撐212，使軌道架內形成多個方形空格，在安裝過程中，樁頂4從方形空格中穿過。軌道架橫向支撐212增強了軌道架的強度。除了供樁頂4穿過的方形空格設為中空的軌道架預留格215以外，其餘方形空格的對角還可通過軌道架對角支撐213固定連接，軌道架對角支撐213進一步增強了軌道架的強度。軌道架總成2還包括兩個分別位於上軌道架21、下軌道架22左右兩側的支撐架24，左右兩個支撐架24與上軌道架21、下軌道架22固定連接，圍成一個放置分離式固定箱3的內部空間。左右兩個支撐架24在上軌道架21、下軌道架22的側面起到支撐作用，進一步增加了軌道架的縱向剛度，使軌道架在荷載下也不發生形變，從而使樁頂4隻能發生水平位移，而不發生轉角或其他方向的位移，最大程度地模擬實際工程中的樁基受力和變形。支撐架24設有長方形的支撐架外框241，支撐架外框241內固定有支撐架橫向支撐242，使支撐架24形成方形空格，方形空格的對角還可通過支撐架對角支撐243固定連接，支撐架橫向支撐242、支撐架對角支撐243進一步增強了支撐架24的強度。如圖5所示，上軌道架21、下軌道架22僅設有軌道架橫向支撐212，支撐架24僅設有支撐架橫向支撐242。如圖6所示，上軌道架21、下軌道架22不但設有軌道架橫向支撐212，還設有軌道架對角支撐213 ;支撐架24不但設有支撐架橫向支撐242，還設有支撐架對角支撐243。上軌道架21、下軌道架22的軌道架外框211設有軌道架螺栓孔214，支撐架24的支撐架外框241設有支撐架螺栓孔244，軌道架螺栓孔214和支撐架螺栓孔244 —一對應，上軌道架21、下軌道架22和支撐架24通過穿過軌道架螺栓孔214、支撐架螺栓孔244的螺栓固定連接。本發明的反力架1、軌道架總成2、分離式固定箱3等部件可採用鋼材料，也可採用其它強度更高或者韌性更好的材料。本發明還提供一種水平荷載試驗樁頂約束方法，包括以下步驟I)將軌道架總成2和分離式固定箱3套在樁頂4上，軌道架總成2與反力架I固定連接；2)在樁頂4沿樁基的軸線向下加載豎向荷載；3)將分離式固定箱3的分離箱體31，通過緊固結構與樁頂4固定；4)在所述分離式固定箱3的側邊，通過水平加載裝置5加載水平荷載。其中，將軌道架總成2和分離式固定箱3套在樁頂4上，包括以下步驟①將下軌道架22套在樁頂4上，下軌道架22上的導軌23水平放置，下軌道架22與反力架I固定連接；②將分離式固定箱3放置在下軌道架22上，分離箱體31下方的行車輪33放置在下軌道架22的導軌23上；③將上軌道架21套在樁頂4上，並放置在分離式固定箱3上方，分離箱體31上方的行車輪33與上軌道架21上的導軌23配合，上軌道架21與反力架I固定連接。④將兩個支撐架24放置在上軌道架21和下軌道架22的左右兩側，並將兩個支撐架24與上軌道架21、下軌道架22通過穿過軌道架螺栓孔214、支撐架螺栓孔244的螺栓固定連接，圍成一個放置分離式固定箱3的內部空間。其中，步驟3)中的緊固結構可為多根螺杆321和裝在螺杆321兩端的螺帽322，通過旋轉螺帽322，使分離箱體31不斷地向樁頂4靠近，最終與樁頂4固定。綜上所述，本發明水平荷載試驗樁頂約束裝置及方法，使在加載水平荷載時，樁頂只能發生水平位移，而不發生轉角或其他方向的位移，最大程度地模擬實際工程中的樁基受力和變形。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種水平荷載試驗樁頂約束裝置，其特徵在於它包括位於樁基周圍的反力架(1)，所述反力架(I)與實驗室地基固定，所述反力架(I)與軌道架總成(2)固定連接，所述軌道架總成(2)內設有分離式固定箱(3)，所述分離式固定箱(3)套在樁頂(4)上，所述分離式固定箱(3)的側邊設有水平加載裝置(5);所述分離式固定箱(3)包括多個分離箱體(31)和將所述多個分離箱體(31)鎖緊的緊固結構，所述分離箱體(31)在所述軌道架總成(2)內水平移動，所述多個分離箱體(31)通過所述緊固結構與樁頂(4)固定。
2.根據權利要求1所述的水平荷載試驗樁頂約束裝置，其特徵在於所述分離箱體(31)的數量為兩個，以樁頂(4)的軸對稱面為對稱平面相互對稱。
3.根據權利要求2所述的水平荷載試驗樁頂約束裝置，其特徵在於所述分離箱體(31)相對於樁頂(4)的內周面與樁頂(4)的外周面相配合。
4.根據權利要求2所述的水平荷載試驗樁頂約束裝置，其特徵在於所述緊固結構包括貫穿所述兩個分離箱體(31)的多根螺杆(321)，所述螺杆(321)的兩端裝有螺帽(322)。
5.根據權利要求1至4任一項所述的水平荷載試驗樁頂約束裝置，其特徵在於所述軌道架總成(2)包括位於所述分離式固定箱(3)上方的上軌道架(21)和位於所述分離式固定箱(3)下方的下軌道架(22)，所述分離箱體(31)的上方和下方設有行車輪(33)，所述上軌道架(21)、下軌道架(22 )上均設有與所述行車輪(33 )對應的水平導軌(23 )，所述行車輪(33)帶動所述分離箱體(31)在所述導軌(23)上滾動。
6.根據權利要求5所述的水平荷載試驗樁頂約束裝置，其特徵在於所述軌道架總成(2)還包括兩個分別位於所述上軌道架(21)、下軌道架(22)左右兩側的支撐架(24)，所述左右兩個支撐架(24)與所述上軌道架(21)、下軌道架(22)固定連接，圍成一個放置所述分離式固定箱(3)的內部空間。
7.根據權利要求1至4任一項所述的水平荷載試驗樁頂約束裝置，其特徵在於所述樁頂(4)從所述軌道架總成(2)中伸出。
8.根據權利要求7所述的水平荷載試驗樁頂約束裝置，其特徵在於所述樁頂(4)從所述軌道架總成(2)中伸出的長度為10cm。
9.一種水平荷載試驗樁頂約束方法，其特徵在於包括以下步驟 1)將軌道架總成(2)和分離式固定箱(3)套在樁頂(4)上，所述軌道架總成(2)與反力架(I)固定連接； 2)在樁頂(4)沿樁基的軸線向下加載豎向荷載； 3)將所述分離式固定箱(3)的分離箱體(31)，通過緊固結構與樁頂(4)固定； 4)在所述分離式固定箱(3)的側邊，通過水平加載裝置(5)加載水平荷載。
10.根據權利要求9所述的水平荷載試驗樁頂約束方法，其特徵在於，將軌道架總成(2)和分離式固定箱(3)套在樁頂(4)上，包括以下步驟 ①將下軌道架(22)套在樁頂(4)上，所述下軌道架(22)上的導軌(23)水平放置，所述下軌道架(22)與反力架(I)固定連接； ②將所述分離式固定箱(3)放置在所述下軌道架(22)上，所述分離箱體(31)下方的行車輪(33)放置在所述下軌道架(22)的導軌(23)上； ③將上軌道架(21)套在樁頂(4)上，並放置在所述分離式固定箱(3)上方，所述分離箱體(31)上方的行車輪(33)與所述上軌道架(21)上的導軌(23)配合，所述上軌道架(21)與所述反力架(I)固定連接。
11.根據權利要求10所述的水平荷載試驗樁頂約束方法，其特徵在於，將軌道架總成(2)和分離式固定箱(3)套在樁頂(4)上，還包括第④步驟將兩個支撐架(24)放置在所述上軌道架(21)和下軌道架(22)的左右兩側，並將兩個支撐架(24)與所述上軌道架(21)、下軌道架(22)固定連接，圍成一個放置所述分離式固定箱(3)的內部空間。
全文摘要
本發明提供一種水平荷載試驗樁頂約束裝置，它包括位於樁基周圍的反力架，反力架與實驗室地基固定，反力架與軌道架總成固定連接，軌道架總成內設有分離式固定箱，分離式固定箱套在樁頂上，分離式固定箱的側邊設有水平加載裝置；分離式固定箱包括多個分離箱體和將多個分離箱體鎖緊的緊固結構，分離箱體在軌道架總成內水平移動，多個分離箱體通過緊固結構與樁頂固定。本發明還提供一種水平荷載試驗樁頂約束方法。該水平荷載試驗樁頂約束裝置及方法，對樁頂進行約束，使在加載水平荷載時，樁頂只能發生水平位移，而不發生轉角或其他方向的位移，最大程度地模擬實際工程中的樁基受力和變形。
文檔編號E02D33/00GK103015464SQ20121049714
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者邱松, 張章, 吳鋒, 周國然, 傅一帆, 卓楊, 李曉舟, 方炫強 申請人:中交上海三航科學研究院有限公司, 中交第三航務工程局有限公司