測量元件內置式群樁模型及其製作方法
2023-12-09 05:14:36 2
專利名稱：測量元件內置式群樁模型及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量元件內置式群樁模型及其製作方法，更具體的說，尤其涉及一種應變片粘貼於左半體和右半體內表面的測量元件內置式群樁模型及其製作方法，本發明的群樁模型不僅可用於一般的群樁模型試驗，特別適用於實驗條件要求高的離心模型試驗。
背景技術：
樁基現場原型實驗周期長、成本高，難以進行多工況，多條件加載，特別是大型群樁實驗更是難以實現。樁基模型是現場原型實驗的等比例縮小版，通過對樁基模型受力實驗數據的測量，可有效估算出真實工程結構的各項性能指標。樁體作為樁基模型的構件，一般將測試其受力大小的應變片粘貼在樁體的外表面上。但將應變片設置在樁體的外表面存在如下弊端:1、外置的測試元件和信號線，由於尺寸效果對樁基的影響擴大，會改變原樁體模型的受力特性；2、樁體外表面上應變片的信號線設置在外部，且信號線的信號十分微弱，容易受到外界電磁信號的幹擾，進一步影響測量精度；3、在實驗動態加載過程中，樁基發生位移，常常會導致與之相連的信號線發生斷開，影響正常的測量。發明內容
本發明為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種應變片粘貼於左半體和右半體內表面的測量元件內置式群樁模型及其製作方法。
本發明的測量元件內置式群樁模型，包括起固定和支撐作用的承臺以及固定於承臺一側的多個樁體，其特別之處在於:所述樁體由左半體和右半體組成，左半體、右半體的內表面上粘貼有應變片，應變片上連接有信號線；所述承臺的下表面開設有多個用於固定樁體的固定孔，固定孔上開設有便於信號線引出的出線孔。
承臺實現對樁體的固定作用，在實驗過程中可承載不同重量的加載物。將應變片粘貼於左半體和右半體的內表面上，且信號線從樁體的內部空腔中引出，有效地避免了以往應變片設置於樁體外表時，對測量結果造成的影響。
本發明的測量元件內置式群樁模型，所述左半體與右半體通過焊接或自攻螺絲固定在一起；所述樁體的底端設置有封堵。在樁體的底部設置封堵，可防止地基中的物質進入樁體空腔中。
本發明的測量元件內置式群樁模型，所述樁體均勻固定於承臺下方的固定孔上，相鄰兩固定孔之間開設有便於信號線通過的凹槽；承臺的上表面上開設有便於信號線通過的出線槽。信號線通過承臺下方的凹槽和上方的出線槽，可方便地引出來，可避免對信號線的幹擾和破壞。承臺不僅用於連接群樁，還可作為加載平臺。
本發明的測量元件內置式群樁模型，所述樁體為無縫鋼管，承臺的材質為鋁合金。
本發明的測量元件內置式群樁模型的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟:a).選取樁體，將待模擬的實際樁基等比例縮小後，選取直徑尺寸符合要求的無縫鋼管作為樁體，並將所有樁體加工至相同的長度；b).雷射切割，沿樁體的長度方向利用雷射對其進行切割，將樁體等分為左半體和右半體；C).打磨測量部位，利用砂輪或砂紙對左半體和右半體上粘貼應變片的部位進行打磨，以使測量部位平整光滑；d).標記測量部位，在待粘貼應變片的部位畫上十字交叉線，以標記測量部位；e).清潔測量部位，用浸有丙酮的藥棉清洗十字交叉線標記的測量部位，以保持表面清潔乾淨；f).粘貼應變片，在應變片的背面塗敷一層厚度均勻、適中的膠水，對準左半體和右半體內表面上十字交叉線部位，進行應變片的粘貼；g).連接信號線，應變片粘貼完畢後，將應變片的引線端子與信號線相連接，以實現應變信號的輸出；h).固定左半體和右半體，通過焊接或自攻螺絲連接的形式，將左半體和右半體固定在一起，以形成結構穩定的樁體；i).製作承臺，在承臺的下表面加工出與樁體直徑相等的固定孔，並開設凹槽、出線孔和出線槽；j).固定樁體，通過固定孔將樁體固定於承臺上，並將信號線通過凹槽、出線孔和出線槽引出，形成群樁模型；k).模擬受力實驗，將引出的信號線與應變檢測設備相連接，將群樁模型置於實驗設備上進行模型受力實驗即可。
本發明的測量元件內置式群樁模型的製作方法，步驟h)中所述的左半體和右半體的焊接方法，包括以下步驟:h-l).焊接，將左半體和右半體以多點焊接的形式焊接在一起，形成牢固的樁體；焊點的位置處於相鄰兩應變片之間，應避開應變片所在位置，以防止溫度過高損壞應變片；h-2).磨平處理，採用砂輪或砂紙將樁體上的焊點磨平，以避免焊點對樁體的受力造成影響； 步驟h)中所述的左半體和右半體的自攻螺絲連接方法，包括以下步驟:h-a).開螺絲孔，在左半體和右半體相對應的位置開設多個螺絲孔，並保證螺絲孔的直徑要小於自動螺絲的直徑，且螺絲孔的位置應避開應變片所在的位置；h-b).連接左半體和右半體，將自攻螺絲擰入螺絲孔中，以實現左半體與右半體的連接，形成牢固的樁體；h-c).磨平處理，採用砂輪或砂紙將自攻螺絲的兩端磨平，以避免露出的自攻螺絲對樁體的受力造成影響。
本發明的有益效果是 :本發明的群樁模型，通過將應變片設置於樁體的內表面來實現樁體的受力檢測，改變了以往應變片外置的形式，避免了應變片和信號線對樁體模型受力特性的影響；由於應變片和信號線都設置於樁體的內部，有效地避免了外界電磁信號對應變片信號的影響，保證了測量精度。本發明的群樁模型的製作方法，採用雷射將無縫鋼管切割為左半體和右半體，基本沒有損耗，對鋼管的特性不產生影響；經打磨、標記和清潔之後粘貼應變片，然後通過焊接或自攻螺絲即實現左半體和右半體的牢固連接，即可形成穩定的樁體。本發明的群樁模型，結構新穎，測量精度高，可實現對現場樁基的逼真模擬測試，特別適用於實驗條件要求很的離心模型試驗。
圖1為本發明中左半體和右半體的結構示意圖； 圖2為本發明中樁體的機構示意圖； 圖3為本發明中承臺的俯視圖； 圖4為本發明中承臺的仰視圖； 圖5為本發明的群樁模型的立體結構示意圖。
圖中:1樁體，2左半體，3右半體，4應變片，5信號線，6承臺，7固定孔，8出線孔，9出線槽，10凹槽，11封堵，12螺絲孔，13自攻螺絲。
具體實施方式
下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
如圖5所示，給出了本發明的群樁模型的立體結構示意圖，其由承臺6和固定於承臺6底部的多個樁體I組成，樁體I為現場樁基的等比例縮小，承臺6實現對樁體I的固定和支撐作用。在實驗的過程中，可將加載重物放置於承臺6的上表面上。
如圖1和圖2所示，分別給出了左半體2和右半體3以及其形成的樁體I的結構示意圖，樁體I採用左半體2和右半體3來構成，以便將應變片4粘貼於樁體I的內表面上。樁體I可採用無縫鋼管，採用雷射將其切割為左半體2和右半體3。每個應變片4的輸出端均連接有信號線5，以實現應變片4輸出信號的測量。粘貼好應變片4、連接好信號線5的左半體2和右半體3可通過焊接或自攻螺絲固定連接在一起，以形成結構穩定的樁體I。
如圖3和圖4所示，分別給出了承臺6的俯視圖和仰視圖，所示承臺6的下表面上設置有開設有固定孔7，固定孔7的直徑與樁體I的直徑相同，以實行對樁體I的固定。固定孔7的數目為9個，均勻分布為3行3列，同一行中的相鄰固定孔7通過凹槽10相連通，以便信號線5的布線。每一行的固定孔7至少有一個設置有出線孔8，以便信號線5的穿出。承臺6上還設置有出線槽9，以便信號線5順利引出，而不會影響重物的加載。
本發明的群樁模型，改變了以往應變片外置的形式，避免了應變片和信號線對樁體模型受力特性的影響，保證了測量精度。
本發明的測量元件內置式群樁模型的製作方法，包括以下步驟: a).選取樁體，將待模擬的實際樁基等比例縮小後，選取直徑尺寸符合要求的無縫鋼管作為樁體1，並將所有樁體I加工至相同的長度； b).雷射切割，沿樁體I的長度方向利用雷射對其進行切割，將樁體I等分為左半體2和右半體3 ； 採用雷射切割對無縫鋼管基本沒有損耗，不會對其性能產生影響； c).打磨測量部位，利用砂輪或砂紙對左半體2和右半體3上粘貼應變片4的部位進行打磨，以使測量部位平整光滑； d).標記測量部位，在待粘貼應變片4的部位畫上十字交叉線，以標記測量部位； e).清潔測量部位，用浸有丙酮的藥棉清洗十字交叉線標記的測量部位，以保持表面清潔乾淨; f).粘貼應變片，在應變·片4的背面塗敷一層厚度均勻、適中的膠水，對準左半體和右半體內表面上十字交叉線部位，進行應變片4的粘貼； g).連接信號線，應變片粘貼完畢後，將應變片的引線端子與信號線5相連接，以實現應變信號的輸出； h).固定左半體和右半體，通過焊接或自攻螺絲連接的形式，將左半體2和右半體3固定在一起，以形成結構穩定的樁體； 該步驟中，左半體和右半體的焊接方法，可採用以下步驟: h-Ι).焊接，將左半體2和右半體3以多點焊接的形式焊接在一起，形成牢固的樁體I ;焊點的位置處於相鄰兩應變片4之間，應避開應變片4所在位置，以防止溫度過高損壞應變片4 ； h-2).磨平處理，採用砂輪或砂紙將樁體上的焊點磨平，以避免焊點對樁體的受力造成影響； 該步驟中，左半體和右半體的自攻螺絲連接方法，可採用以下步驟:h-a).開螺絲孔，在左半體2和右半體3相對應的位置開設多個螺絲孔12，並保證螺絲孔12的直徑要小於自動螺絲13的直徑，且螺絲孔12的位置應避開應變片4所在的位置；h-b).連接左半體和右半體，將自攻螺絲13擰入螺絲孔12中，以實現左半體2與右半體3的連接，形成牢固的樁體I ; h-c).磨平處理，採用砂輪或砂紙將自攻螺絲13的兩端磨平，以避免露出的自攻螺絲13對樁體I的受力造成影響； i).製作承臺，在承臺6的下表面加工出與樁體I直徑相等的固定孔7，並開設凹槽10、出線孔8和出線槽9 ; j).固定樁體，通過固定孔7將樁體I固定於承臺6上，並將信號線5通過凹槽10、出線孔8和出線槽9引出，形成群樁模型； k).模擬受力實驗，將引出的信號線5與應變檢測設備相連接，將群樁模型置於實驗設備上進行模型受力實驗即可。
本發明的群樁模型的製作方法，採用雷射將無縫鋼管切割為左半體和右半體，基本沒有損耗， 通過焊接或自攻螺絲即實現左半體和右半體的牢固連接，即可形成穩定的樁體。對於離心模型試驗來說，對樁體的要求很高，如果將應變片粘貼於樁體的外表面，根本無法進行試驗或者很難獲得準確的試驗數據，因此本發明的群樁模型特別適用於實驗條件要求高的離心模型試驗。
權利要求
1.一種測量元件內置式群樁模型，包括起固定和支撐作用的承臺(6)以及固定於承臺一側的多個樁體(1)，其特徵在於:所述樁體由左半體(2)和右半體(3)組成，左半體、右半體的內表面上粘貼有應變片(4)，應變片上連接有信號線(5);所述承臺的下表面開設有多個用於固定樁體的固定孔(7)，固定孔上開設有便於信號線引出的出線孔(8)。
2.根據權利要求1所述的測量元件內置式群樁模型，其特徵在於:所述左半體(2)與右半體(3)通過焊接或自攻螺絲(13)固定在一起；所述樁體(I)的底端設置有封堵(11)。
3.根據權利要求1或2所述的測量元件內置式群樁模型，其特徵在於:所述樁體(I)均勻固定於承臺(6)下方的固定孔(7)上，相鄰兩固定孔之間開設有便於信號線(5)通過的凹槽(10);承臺的上表面上開設有便於信號線通過的出線槽(9)。
4.根據權利要求1或2所述的測量元件內置式群樁模型，其特徵在於:所述樁體(I)為無縫鋼管，承臺(6)的材質為鋁合金。
5.一種用於製作權利要求1所述的測量元件內置式群樁模型的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟: a).選取樁體，將待模擬的實際樁基等比例縮小後，選取直徑尺寸符合要求的無縫鋼管作為樁體(1)，並將所有樁體加工至相同的長度； b).雷射切割，沿樁體的長度方向利用雷射對其進行切割，將樁體等分為左半體(2)和右半體(3)； c).打磨測量部位，利用砂輪或砂紙對左半體和右半體上粘貼應變片(4)的部位進行打磨，以使測量部位平整光滑； d).標記測量部位，在待粘貼應變片的部位畫上十字交叉線，以標記測量部位； e).清潔測量部位，用浸有丙酮的藥棉清洗十字交叉線標記的測量部位，以保持表面清潔乾淨; f).粘貼應變片，在應變片的背面塗敷一層厚度均勻、適中的膠水，對準左半體和右半體內表面上十字交叉線部位，進行應變片的粘貼； g).連接信號線，應變片粘貼完畢後，將應變片的引線端子與信號線(5)相連接，以實現應變信號的輸出； h).固定左半體和右 半體，通過焊接或自攻螺絲連接的形式，將左半體和右半體固定在一起，以形成結構穩定的樁體； i).製作承臺，在承臺(6)的下表面加工出與樁體直徑相等的固定孔(7)，並開設凹槽(10)、出線孔(8)和出線槽(9)； j).固定樁體，通過固定孔將樁體固定於承臺上，並將信號線通過凹槽、出線孔和出線槽引出，形成群樁模型； k).模擬受力實驗，將引出的信號線與應變檢測設備相連接，將群樁模型置於實驗設備上進行模型受力實驗即可。
6.根據權利要求5所述的測量元件內置式群樁模型的方法，其特徵在於，步驟h)中所述的左半體和右半體的焊接方法，包括以下步驟: h-Ι).焊接，將左半體(2)和右半體(3)以多點焊接的形式焊接在一起，形成牢固的樁體(I);焊點的位置處於相鄰兩應變片之間，應避開應變片所在位置，以防止溫度過高損壞應變片；h-2).磨平處理，採用砂輪或砂紙將樁體上的焊點磨平，以避免焊點對樁體的受力造成影響； 步驟h)中所述的左半體和右半體的自攻螺絲連接方法，包括以下步驟:h-a).開螺絲孔，在左半體和右半體相對應的位置開設多個螺絲孔(12)，並保證螺絲孔的直徑要小於自動螺絲(13)的直徑，且螺絲孔的位置應避開應變片所在的位置； h-b).連接左半體和右半體，將自攻螺絲擰入螺絲孔中，以實現左半體與右半體的連接，形成牢固的樁體； h-c).磨平處理，採用砂輪或砂紙將自攻螺絲的兩端磨平，以避免露出的自攻螺絲對樁體的受力造 成影響。
全文摘要
本發明的測量元件內置式群樁模型，包括承臺和多個樁體，特徵在於樁體由左半體和右半體組成，左半體、右半體的內表面上粘貼有應變片，應變片上連接有信號線；承臺的下表面開設有多個固定孔，固定孔上開設有出線孔。群樁模型製作方法包括a).選取樁體；b).雷射切割；c).打磨測量部位；d).標記測量部位；e).清潔測量部位；f).粘貼應變片；g).連接信號線；h).固定左半體和右半體；i).製作承臺；j).固定樁體；k).模擬實驗。本發明的群樁模型和方法，改變了以往應變片外置的形式，避免了應變片和信號線對實驗的影響，避免了外界電磁信號的幹擾，保證了測量精度，特別適用於實驗條件要求高的離心模型試驗。
文檔編號E02D33/00GK103233485SQ20131016542
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月8日 優先權日2013年5月8日
發明者李晉, 張宏光, 謝永利, 唐飛, 張起 申請人:山東交通學院