專利名稱：模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模型試驗(yàn)加載裝置，尤其是涉及一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長，越來越多交通工程陸續(xù)興建，包括高速公路、 高速鐵路以及跨江、跨海大橋等。在這些工程中，上部結(jié)構(gòu)在運(yùn)行期內(nèi)要承擔(dān)風(fēng)、海浪、交通等具有周期性的循環(huán)荷載，因此，樁基除了要承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的恒載之外，還要長期承擔(dān)一定幅值的循環(huán)荷載。針對(duì)高速交通橋梁樁基來說，面臨兩個(gè)問題需要解決一是樁基在高速荷載作用下的動(dòng)力特性問題，如在軟土中樁的動(dòng)承載力、樁頂豎向累積位移、樁頂振動(dòng)位移幅值以及動(dòng)剛度等，這不僅是橋梁樁基抗震承載力評(píng)價(jià)的需要，同時(shí)也是評(píng)價(jià)車輛過橋舒適性問題的需要；二是橋梁樁基的沉降問題，尤其是通車后的沉降，包括車輛動(dòng)力荷載引起的沉降和恒載長期作用下引起的沉降，為保證車輛運(yùn)行的長期平順性，對(duì)橋梁樁基的沉降研究是必要的。這兩個(gè)問題的實(shí)質(zhì)是樁基在軸向循環(huán)荷載下的承載和變形特性問題。橋梁樁基除受交通荷載產(chǎn)生的軸向循環(huán)荷載外，還受到由于波浪、風(fēng)力等環(huán)境荷載的水平循環(huán)作用。水平循環(huán)荷載作用下樁土之間的關(guān)系更加錯(cuò)綜復(fù)雜，使樁產(chǎn)生與短期靜載明顯不同的作用效應(yīng)①循環(huán)荷載作用下，樁的水平位移會(huì)有較大的增大，在樁的水平位移增大的同時(shí)，土的水平地基系數(shù)減小，水平承載力降低，其減小和降低的程度與土質(zhì)、 循環(huán)次數(shù)等因素有較大關(guān)系。②往復(fù)荷載下的樁土系統(tǒng)發(fā)生軟化現(xiàn)象，即當(dāng)水平位移達(dá)到一定程度后，隨著位移的增大土抗力逐漸減小。③對(duì)于承受波浪等循環(huán)荷載的樁，由于荷載循環(huán)次數(shù)的增加而且積累剩余變形，當(dāng)變形穩(wěn)定時(shí)會(huì)產(chǎn)生樁的震蕩破壞。對(duì)軸向和水平向循環(huán)荷載作用下，樁基承載及變形特性的研究已成為土木工程建設(shè)亟待解決的難點(diǎn)問題，然而目前國內(nèi)外還缺乏實(shí)用有效的分析方法，對(duì)此類問題的分析通常是依靠工程經(jīng)驗(yàn)估算，具有很大的盲目性。為彌補(bǔ)理論分析的局限性，對(duì)于重要工程， 需要結(jié)合室內(nèi)模型試驗(yàn)進(jìn)行分析，其中的關(guān)鍵技術(shù)是如何模擬樁基受軸向和水平向雙向循環(huán)荷載的作用，而目前尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)該問題的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種適用范圍廣、模擬精度高的模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括承載框架；模型槽，該模型槽安裝在承載框架內(nèi)部；模型樁，該模型樁設(shè)在模型槽內(nèi)；
垂向加載框架，該垂向加載框架連接在承載框架上端；垂向加載橫梁，該垂向加載橫梁連接在垂向加載框架上；垂向加載作動(dòng)器，該垂向加載作動(dòng)器一端固定在垂向加載橫梁上，另一端垂直對(duì)準(zhǔn)模型樁；水平向加載作動(dòng)器，該水平向加載作動(dòng)器一端固定在垂向加載框架上，另一端水平對(duì)準(zhǔn)模型樁。所述的模型槽包括槽鋼骨架、有機(jī)玻璃和加固角鋼，所述的槽鋼骨架的前后左右四面通過有機(jī)玻璃密封，所述的加固角鋼設(shè)置在槽鋼骨架的中間部位。所述的承載框架由鋼材焊接而成。所述的承載框架上設(shè)有可拆卸的支撐梁。所述的垂向加載框架兩側(cè)翼緣上各設(shè)有兩排可調(diào)節(jié)垂向加載橫梁高度的螺孔。所述的垂向加載框架一端設(shè)有無級(jí)微調(diào)孔槽。所述的水平向加載作動(dòng)器沿垂向加載框架上的無級(jí)微調(diào)孔槽調(diào)節(jié)高度，并通過螺栓鎖緊。所述的垂向加載作動(dòng)器沿垂向加載橫梁調(diào)節(jié)到任意位置并通過螺栓鎖緊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)適用范圍廣、模擬精度高，突破了現(xiàn)有試驗(yàn)裝置進(jìn)行垂向和水平向循環(huán)加載的限制，能夠模擬多種荷載的組合加載工況，且作動(dòng)器的位置任意可調(diào)，能夠很好的適應(yīng)模型樁的布置情況。


圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的測試結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例如圖1-3本發(fā)明模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置包括承載框架 1、槽鋼骨架2、有機(jī)玻璃3、垂向加載框架4、螺孔5、螺栓6、無級(jí)微調(diào)孔槽7、垂向加載橫梁 8、水平加載作動(dòng)器9、垂向加載作動(dòng)器10、模型樁11、支撐梁12。模型槽由槽鋼骨架2和有機(jī)玻璃3構(gòu)成，并在模型槽中間部位設(shè)置加固角鋼13，使用有機(jī)玻璃3可方便觀察試驗(yàn)中土體及樁的位移情況；模型槽和承載框架獨(dú)立設(shè)計(jì)加工，模型槽可由一端推入承載框架1 ；垂向加載框架4可通過螺栓6固定在承載框架1的上部槽鋼上，位置可任意調(diào)節(jié)；垂向加載框架4上設(shè)有均布螺孔5，垂向加載橫梁8通過螺栓連接在垂向加載框架4上，通過連接不同的螺孔來調(diào)節(jié)垂向加載橫梁8的高度；垂向加載框架4接近模型槽的一端，設(shè)有一定長度的孔槽7，水平向加載作動(dòng)器9的高度可通過孔槽7進(jìn)行無級(jí)微調(diào)；垂向加載作動(dòng)器10與垂向加載橫梁8通過螺栓6連接，且位置任意可調(diào)。如圖1-3所示，模型槽長為1200mm，高為1200mm，寬為800mm，由槽鋼骨架2和有機(jī)玻璃3構(gòu)成，并在模型槽中間部位設(shè)置加固角鋼13，寬度為75mm，厚度為5mm，有機(jī)玻璃3 厚度為10mm，便于觀測土體內(nèi)部位移，承載框架1長為1800mm，高為2570mm，寬為1300mm， 由槽鋼和工字鋼焊接而成，其上的支撐梁12與承載框架1通過螺栓連接，拆卸簡便，以實(shí)現(xiàn)模型槽從一端推入承載框架1中，垂向加載框架4為兩塊腹板和兩塊翼緣組成的型鋼，翼緣寬度為100mm，厚度為10mm，腹板寬度為100mm，厚度為10mm，高度為1250mm，可通過螺栓6 固定在承載框架1的上部槽鋼上，且位置可沿槽鋼長度方向任意調(diào)節(jié)，垂向加載框架4的翼緣兩側(cè)各等距設(shè)置15個(gè)螺孔5，垂向加載橫梁8為H型鋼，翼緣寬度為100mm，厚度為10mm， 腹板寬度為100mm，腹板厚度為10mm，通過螺栓連接在垂向加載框架4上，連接不同的螺孔 5來調(diào)節(jié)垂向加載橫梁8的高度；垂向加載框架4接近模型槽的一端，設(shè)有無級(jí)微調(diào)孔槽7， 無級(jí)微調(diào)孔槽7長度為150mm，寬為50mm，水平向加載作動(dòng)器9的加載端頭和連系梁可穿過無級(jí)微調(diào)孔槽7，高度可通過無級(jí)微調(diào)孔槽7進(jìn)行無級(jí)微調(diào)，并通過螺栓固定；垂向加載作動(dòng)器10與垂向加載橫梁8通過螺栓6連接，且位置任意可調(diào)。調(diào)整垂向加載框架4、垂向加載橫梁8、水平向加載作動(dòng)器9和垂向加載作動(dòng)器10的位置，使作動(dòng)器加載端與樁帽相連， 通過外部計(jì)算機(jī)控制加載作動(dòng)器行為，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)樁帽的循環(huán)加載模型試驗(yàn)。
本裝置的工作過程在模型槽中裝填試驗(yàn)用土體，土體中埋置試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆叮梢赃M(jìn)行單樁、群樁的半模或全模試驗(yàn)，調(diào)整垂向加載框架4的位置，使其與樁帽中心共面，并固定在承載框架1上，調(diào)整垂向加載橫梁8的高度，將其固定在垂向加載框架4上，調(diào)整垂向加載作動(dòng)器10的位置，使其下端對(duì)準(zhǔn)樁帽中心，上端固定在垂向加載橫梁8上；水平向加載作動(dòng)器9與固定在垂向加載框架4上，通過無級(jí)微調(diào)孔槽7微調(diào)其高度，使其滿足加載位置滿足要求；通過外部計(jì)算機(jī)控制，即可對(duì)樁實(shí)現(xiàn)雙向循環(huán)加載等多種荷載組合工況，并可即時(shí)記錄加載情況，包括荷載頻率、大小、波形等；通過測量裝置可收集數(shù)據(jù)，分析模型樁的承載及變形特性，以及樁周土體發(fā)生的位移情況。
權(quán)利要求
1.一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括承載框架；模型槽，該模型槽安裝在承載框架內(nèi)部；模型樁，該模型樁設(shè)在模型槽內(nèi)；垂向加載框架，該垂向加載框架連接在承載框架上端；垂向加載橫梁，該垂向加載橫梁連接在垂向加載框架上；垂向加載作動(dòng)器，該垂向加載作動(dòng)器一端固定在垂向加載橫梁上，另一端垂直對(duì)準(zhǔn)模型樁；水平向加載作動(dòng)器，該水平向加載作動(dòng)器一端固定在垂向加載框架上，另一端水平對(duì)準(zhǔn)模型樁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的模型槽包括槽鋼骨架、有機(jī)玻璃和加固角鋼，所述的槽鋼骨架的前后左右四面通過有機(jī)玻璃密封，所述的加固角鋼設(shè)置在槽鋼骨架的中間部位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的承載框架由鋼材焊接而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的承載框架上設(shè)有可拆卸的支撐梁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的垂向加載框架兩側(cè)翼緣上各設(shè)有兩排可調(diào)節(jié)垂向加載橫梁高度的螺孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的垂向加載框架一端設(shè)有無級(jí)微調(diào)孔槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的水平向加載作動(dòng)器沿垂向加載框架上的無級(jí)微調(diào)孔槽調(diào)節(jié)高度，并通過螺栓鎖緊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的垂向加載作動(dòng)器沿垂向加載橫梁調(diào)節(jié)到任意位置并通過螺栓鎖緊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬橋梁樁基礎(chǔ)受雙向循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，包括承載框架；模型槽，該模型槽安裝在承載框架內(nèi)部；模型樁，該模型樁設(shè)在模型槽內(nèi)；垂向加載框架，該垂向加載框架連接在承載框架上端；垂向加載橫梁，該垂向加載橫梁連接在垂向加載框架上；垂向加載作動(dòng)器，該垂向加載作動(dòng)器一端固定在垂向加載橫梁上，另一端垂直對(duì)準(zhǔn)模型樁；水平向加載作動(dòng)器，該水平向加載作動(dòng)器一端固定在垂向加載框架上，另一端水平對(duì)準(zhǔn)模型樁。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有適用范圍廣、模擬精度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E02D33/00GK102518152SQ201110366769
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者木林隆, 李彥初, 梁發(fā)云, 黃茂松 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)