帶有水平動力加載裝置的模型樁基的製作方法
2023-06-01 21:45:21 1
帶有水平動力加載裝置的模型樁基的製作方法
【專利摘要】本發明涉及樁基模擬裝置【技術領域】，特別一種帶有水平動力加載裝置的模型樁基。該帶有水平動力加載裝置的模型樁基，包括用於向模型樁施加水平加載力的水平加載機構，水平加載機構具有沿加載方向延伸的軸線，水平加載機構有至少兩個，相鄰兩水平加載機構的軸線不平行也不共線。該模型樁基可以輸入至少兩個水平方向的振動載荷，進而可以近似模擬樁基在實際工作中的荷載環境，為樁基在水平振動荷載作用下的動力特性研究提供相應的基礎。與現有技術相比，本發明提高了模型樁基模擬樁基實際工況的相似度。
【專利說明】帶有水平動力加載裝置的模型粧基
【技術領域】
[0001]本發明涉及樁基模擬裝置【技術領域】，特別一種帶有水平動力加載裝置的模型樁基。
【背景技術】
[0002]從樁基動力特性的研究現狀來講，大都側重於豎向承載力，而對其水平振動荷載作用下的承載力的研究甚少，且都是水平單向振動研究。然而實際工程中樁基是經常承受著雙向水平振動荷載的作用，比如:地震荷載和水流荷載的組合，地震荷載和風浪荷載的組合，水流荷載和車輛荷載的組合，施工中兩個機械設備同時操作產生的雙向振動載荷等。因此，單向水平振動研究與樁基的實際工況相差較遠。
[0003]對樁基的動承載力的試驗研究，採用現場試驗的方法通常不易實現，且操作程序複雜，代價較大，多採用室內試驗的研究方法。目前對樁基動力特性的研究通常是通過在設有大型振動臺的實驗室完成，且大都是單個方向振動載荷的輸入方式，這種方式一般原理都比較複雜，操作不便，建造費用昂貴。
[0004]中國期刊文件《巖土力學》第33卷第2期中《凍融條件下模型樁基水平動力試驗研究》一文中，公布了一種樁動力試驗裝置，該動力試驗裝置包括加載框架和土箱，土箱內裝有土體，土箱內插裝有豎直設置的模型樁，加載框架上裝配有一個用於向模型樁施加水平加載力的水平加載機構，水平加載機構的軸線沿加載方向延伸，且與模型樁的軸線垂直相交，水平加載機構包括加載軸，加載軸用於直接向模型樁傳遞水平振動載荷，但是，該裝置只能對模型樁進行水平單向振動研究，與實際工況相差較遠。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種帶有水平動力加載裝置的I旲型粧基，以提聞I旲型粧基模擬樁基實際工況的相似度。
[0006]為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:帶有水平動力加載裝置的模型樁基，包括用於向模型樁施加水平加載力的水平加載機構，水平加載機構具有沿加載方向延伸的軸線，水平加載機構有至少兩個，相鄰兩水平加載機構的軸線不平行也不共線。
[0007]所述水平加載機構包括加載彈簧，加載彈簧的軸線與其所屬水平加載機構的軸線共線。
[0008]水平加載機構還包括加載軸和與加載軸傳動連接的往復驅動機構，加載彈簧設在加載軸與往復驅動機構之間或用於設置在加載軸與模型樁之間。
[0009]所述加載彈簧上靠近往復驅動機構的一側的端部設有卡環。
[0010]往復驅動機構包括旋轉軸和止旋裝配在旋轉軸上的輸出輪，輸出輪具有用於頂壓驅動相應加載軸的外周面。
[0011]輸出輪包括輪芯和套在輪芯上的減摩軸承，輸出輪的外周面由減摩軸承的外周面構成。[0012]所述加載軸上套設有用於限制加載軸徑向位置的軸向支座。
[0013]所述軸向支座的軸孔內設有儲油結構。
[0014]水平加載機構有兩個，兩個水平加載機構的軸線互相垂直。
[0015]帶有水平動力加載裝置的模型樁基還包括用於安裝水平加載機構的加載框架，所述加載框架為鋼製材料。
[0016]本發明的有益效果:由於水平加載機構有至少兩個，且相鄰兩水平加載機構的軸線不平行也不共線，因而模型樁基可以輸入至少兩個水平方向的振動載荷，進而可以近似模擬樁基在實際工作中的荷載環境，為樁基在水平振動荷載作用下的動力特性研究提供相應的基礎。因此，與現有技術相比，本發明提高了模型樁基模擬樁基實際工況的相似度。
[0017]進一步的，由於水平加載機構包括加載彈簧，因此通過改變加載彈簧的剛性係數可以實現加載的振動載荷幅值的改變。
[0018]進一步的，卡環對加載彈簧的靠近往復驅動機構的一側的端部具有固定作用，通過卡環可以限制加載彈簧朝嚮往復驅動機構一側移動。
[0019]進一步的，減摩軸承與加載軸之間的摩擦力小，能夠保證在振動過程中減摩軸承與加載軸穩定接觸並傳遞載荷。
[0020]進一步的，軸向支座可以嚴格限制加載軸的徑向位置，能很好的穩定荷載的傳遞狀態。
[0021 ] 進一步的，軸向支座的軸孔內設有儲油結構，通過向儲油結構中注入潤滑油，可減少軸向支座與加載軸之間的摩擦力。
[0022]進一步的，水平加載機構有兩個，兩個水平加載機構的軸線互相垂直，該模型樁基可近似的模擬實際工程中樁基在雙向振動載荷作用下的受力工況，可為樁基的抗震、減震、隔震研究提供幫助，可用於研究樁基在不同土體環境中兩個水平方向的振動特性，可為樁基適用的工程地質條件研究提供基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的帶有水平動力加載裝置的模型樁基的實施例1的俯視圖；
圖2為本發明的帶有水平動力加載裝置的模型樁基的實施例1的主視圖；
圖3為本發明的帶有水平動力加載裝置的模型樁基的實施例1的左視圖；
圖4為本發明的帶有水平動力加載裝置的模型樁基的實施例1的右視圖；
圖5為本發明的帶有水平動力加載裝置的模型樁基的實施例1的後視圖；
圖6為圖1中的水平加載機構的結構示意圖；
圖7為圖2中軸向支座與底座的連接結構示意圖；
圖8為圖2中底座的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本發明的帶有水平動力加載裝置的模型樁基的實施例1，如圖1-8所示:該帶有水平動力加載裝置的模型樁基包括土箱1、加載框架2、模型樁3和水平加載機構4。
[0025]土箱I為正方體結構，土箱I內充裝有土體11。模型樁3上下延伸，模型樁3設有土箱I內，模型樁3位於土箱I的中心位置處，模型樁3的下部埋於土箱I中而被土箱I中的土體固定，模型樁3的上部從土箱I內的土體中伸出。加載框架固設於土箱的外周。加載框架2為鋼製材料。水平加載機構4裝配於加載框架2上。
[0026]水平加載機構4用於向模型樁施加水平加載力，水平加載機構4具有沿加載方向延伸的軸線。水平加載機構4的軸線與模型樁3的軸線呈垂直設置。水平加載機構4共有兩個，兩個水平加載機構4的軸線不平行也不共線，該兩個軸線垂直且相交。在本實施例中，兩個水平加載機構4分別位於土箱I的右側和後側，兩個水平加載機構4分別為右水平加載機構41和後水平加載機構42。除安裝位置關係不同外，兩個水平加載裝置4的具體結構和工作原理相同。
[0027]各水平加載機構4均包括加載彈簧5、加載軸6和往復驅動機構。加載彈簧5的軸線與其所屬水平加載機構的軸線共線。往復驅動機構與加載軸6傳動連接，加載彈簧5設在加載軸6與模型樁3之間。加載彈簧5上靠近往復驅動機構的一側的端部設有卡環7。卡環7固設於加載軸6上，加載彈簧5的一端為固定端、另一端為自由端，加載彈簧的固定端通過卡環7固定裝配在加載軸6上,加載彈簧5的自由端朝向模型樁3。通過卡環7可以限制加載彈簧5的固定端朝嚮往復驅動機構一側移動。將加載彈簧朝向模型樁一側的運動定義為正向移動，將加載彈簧遠離模型樁一側的運動定義為反向移動。在本實施例中，通過卡環7可以限制加載彈簧5的方向移動。
[0028]往復驅動機構包括旋轉軸81和止旋裝配在旋轉軸81上的輸出輪82，輸出輪81具有用於頂壓驅動相應加載軸6的外周面。在本實施例中，輸出輪82包括輪芯821和套在輪芯821上的減摩軸承822，輸出輪82的外周面由減摩軸承822的外周面構成。該輪芯821為偏心輪，在使用時，通過更換不同大小的偏心輪的方法，可實現不同的偏心距，從而可改變輸入荷載的大小。在其它實施例中，輸出輪還可以不包括減摩軸承，輸出輪的外周面由輪芯的外周面構成。
[0029]在本實施例中，旋轉軸81為電機軸，旋轉軸81上連接有用於驅動旋轉軸81轉動的電機91，電機91固設於電機臺座92上，電機臺座92與加載框架2固定連接，電機91通過電機臺座92固定裝配在加載框架2上，電機臺座92由鋼板焊接而成。電機91上連接有數字式變頻控制儀93，通過數字式變頻控制儀93可控制電機91的轉速，進而可實現不同的加載頻率和加速度。在其它實施例中，旋轉軸還可以採用其它的動力源，如油缸。
[0030]在本實施例中，加載軸6上套設有用於限制加載軸6徑向位置的軸向支座61。每個加載軸6上設有兩個沿加載軸的軸線間隔設置的軸向支座61。軸向支座61具有用於穿裝加載軸的軸孔611，該軸孔611內設有儲油結構。儲油結構可注入潤滑油，能起到減少加載軸與軸向支座之間的摩擦力。該儲油結構為儲油槽，該儲油槽為環形凹槽。在其它實施例中，儲油槽還可以弧形凹槽；或儲油結構還可以為儲油孔；或者還可以省去該儲油結構。電機臺座92上固設有底座62，軸向支座61固定裝配在底座62上。底座62設於軸向支座61的下部，兩者之間通過螺栓固連在一起。軸向支座61通過底座62固定裝配於電機臺座92上。底座62包括支撐平臺621和設於支撐平臺621下部的支撐杆622，該支撐杆622為空心結構。
[0031]上述實施例1的使用過程:進行加載試驗前，先將模型樁3埋置在土箱I內的土體11中，將電機91接通電源。
[0032]啟動電機91，旋轉軸81帶動輪芯821轉動，套設在輪芯821上的減摩軸承822與加載軸6的端部接觸並傳遞荷載，從而加載軸6可帶動加載彈簧5沿加載軸6的軸線移動，使加載彈簧5與模型樁3接觸並傳遞振動荷載。
[0033]兩個水平加載機構的兩臺電機傳遞的荷載方向相垂直，即兩個水平加載機構中的加載軸的水平運動方向相垂直，進而可實現模型樁的水平雙向振動荷載的輸入。
[0034]系統輸入的振動荷載幅值的改變可通過兩種方法實現:一是通過更換不同大小的偏心輪或通過調整偏心輪上的OA線與豎直方向OB線之間的夾角α的大小來實現，當α=0°時,偏心距最大,加載軸的行程最大,荷載幅值最大；當α=180°時,偏心距最小,力口載軸的行程最小，荷載幅值最小；二是通過改變加載彈簧的剛度係數來實現。
[0035]系統輸入的荷載頻率和加速度可通過數字式變頻控制儀調節，從而可實現無級變速及加速度的大小改變。
[0036]本發明的帶有水平動力加載裝置的模型樁基的結構原理簡單，可移動，在室內外都可以操作，各零部件容易取得，造價較低，比較經濟，適合推廣使用。
[0037]在其它實施例中，兩個水平加載機構的軸線還可以為空間垂直，即兩個軸線垂直但不相交；或者兩個水平加載機構的軸線之間的夾角還可以為除去0-180度之間除90度、180度、O度之外的其它值。
[0038]在其它實施例中，水平加載機構的數量還可以為兩個以上，各個水平加載機構的軸線除了共面垂直交叉外，還可以有空間垂直和交叉的情況；相鄰水平加載機構的軸線之間的夾角還可以為除O度和180度以外的其它數值。
[0039]在其它實施例中，加載彈簧還可以設置在加載軸與模型樁之間，此時，使用時加載軸直接向模型樁施加水平振動載荷；此外，還可以在加載彈簧的兩端均設置卡環，或僅在加載彈簧上靠近往復驅動機構的一側的端部上設置用於限制加載彈簧朝嚮往復驅動機構一側移動的卡環。
[0040]在其它實施例中，還可以省去加載彈簧。
[0041 ] 在其它實施例中，水平加載機構還可以是曲柄滑塊機構或絲槓螺母機構。
[0042]在其它實施例中，加載框架還可以其它金屬製成，如銅、鋁合金等。
[0043]在其它實施例中，還可以省去模型樁、土箱和加載框架中一個或兩個或全部。
【權利要求】
1.帶有水平動力加載裝置的模型樁基，包括用於向模型樁施加水平加載力的水平加載機構，水平加載機構具有沿加載方向延伸的軸線，其特徵在於:水平加載機構有至少兩個，相鄰兩水平加載機構的軸線不平行也不共線。
2.根據權利要求1所述的帶有水平動力加載裝置的模型樁基，其特徵在於:所述水平加載機構包括加載彈簧，加載彈簧的軸線與其所屬水平加載機構的軸線共線。
3.根據權利要求2所述的帶有水平動力加載裝置的模型樁基，其特徵在於:水平加載機構還包括加載軸和與加載軸傳動連接的往復驅動機構，加載彈簧設在加載軸與往復驅動機構之間或用於設置在加載軸與模型樁之間。
4.根據權利要求3所述的帶有水平動力加載裝置的模型樁基，其特徵在於:所述加載彈簧上靠近往復驅動機構的一側的端部設有卡環。
5.根據權利要求3所述的帶有水平動力加載裝置的模型樁基，其特徵在於:往復驅動機構包括旋轉軸和止旋裝配在旋轉軸上的輸出輪，輸出輪具有用於頂壓驅動相應加載軸的外周面。
6.根據權利要求5所述的帶有水平動力加載裝置的模型樁基，其特徵在於:輸出輪包括輪芯和套在輪芯上的減摩軸承，輸出輪的外周面由減摩軸承的外周面構成。
7.根據權利要求3所述的帶有水平動力加載裝置的模型樁基，其特徵在於:所述加載軸上套設有用於限制加載軸徑向位置的軸向支座。
8.根本權利要求7所述的帶有水平動力加載裝置的模型樁基，其特徵在於:所述軸向支座的軸孔內設有儲油結構。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的帶有水平動力加載裝置的模型樁基，其特徵在於:水平加載機構有兩個，兩個水平加載機構的軸線互相垂直。
10.根據權利要求1所述的帶有水平動力加載裝置的模型樁基，其特徵在於:還包括用於安裝水平加載機構的加載框架，所述加載框架為鋼製材料。
【文檔編號】E02D33/00GK103821185SQ201410047563
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月11日 優先權日:2014年2月11日
【發明者】鍾國華, 高笑娟, 呂冰, 李躍輝 申請人:河南科技大學