CN102518152A - 模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置，包括：承载框架；模型槽，该模型槽安装在承载框架内部；模型桩，该模型桩设在模型槽内；垂向加载框架，该垂向加载框架连接在承载框架上端；垂向加载横梁，该垂向加载横梁连接在垂向加载框架上；垂向加载作动器，该垂向加载作动器一端固定在垂向加载横梁上，另一端垂直对准模型桩；水平向加载作动器，该水平向加载作动器一端固定在垂向加载框架上，另一端水平对准模型桩。与现有技术相比，本发明具有适用范围广、模拟精度高等优点。

Description

模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置
技术领域
本发明涉及一种模型试验加载装置，尤其是涉及一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置。
背景技术
随着我国国民经济的持续快速增长，越来越多交通工程陆续兴建，包括高速公路、高速铁路以及跨江、跨海大桥等。在这些工程中，上部结构在运行期内要承担风、海浪、交通等具有周期性的循环荷载，因此，桩基除了要承担上部结构自重产生的恒载之外，还要长期承担一定幅值的循环荷载。
针对高速交通桥梁桩基来说，面临两个问题需要解决：一是桩基在高速荷载作用下的动力特性问题，如在软土中桩的动承载力、桩顶竖向累积位移、桩顶振动位移幅值以及动刚度等，这不仅是桥梁桩基抗震承载力评价的需要，同时也是评价车辆过桥舒适性问题的需要；二是桥梁桩基的沉降问题，尤其是通车后的沉降，包括车辆动力荷载引起的沉降和恒载长期作用下引起的沉降，为保证车辆运行的长期平顺性，对桥梁桩基的沉降研究是必要的。这两个问题的实质是桩基在轴向循环荷载下的承载和变形特性问题。
桥梁桩基除受交通荷载产生的轴向循环荷载外，还受到由于波浪、风力等环境荷载的水平循环作用。水平循环荷载作用下桩土之间的关系更加错综复杂，使桩产生与短期静载明显不同的作用效应：①循环荷载作用下，桩的水平位移会有较大的增大，在桩的水平位移增大的同时，土的水平地基系数减小，水平承载力降低，其减小和降低的程度与土质、循环次数等因素有较大关系。②往复荷载下的桩土系统发生软化现象，即当水平位移达到一定程度后，随着位移的增大土抗力逐渐减小。③对于承受波浪等循环荷载的桩，由于荷载循环次数的增加而且积累剩余变形，当变形稳定时会产生桩的震荡破坏。
对轴向和水平向循环荷载作用下，桩基承载及变形特性的研究已成为土木工程建设亟待解决的难点问题，然而目前国内外还缺乏实用有效的分析方法，对此类问题的分析通常是依靠工程经验估算，具有很大的盲目性。为弥补理论分析的局限性，对于重要工程，需要结合室内模型试验进行分析，其中的关键技术是如何模拟桩基受轴向和水平向双向循环荷载的作用，而目前尚未发现有关该问题的报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用范围广、模拟精度高的模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置，其特征在于，包括：
承载框架；
模型槽，该模型槽安装在承载框架内部；
模型桩，该模型桩设在模型槽内；
垂向加载框架，该垂向加载框架连接在承载框架上端；
垂向加载横梁，该垂向加载横梁连接在垂向加载框架上；
垂向加载作动器，该垂向加载作动器一端固定在垂向加载横梁上，另一端垂直对准模型桩；
水平向加载作动器，该水平向加载作动器一端固定在垂向加载框架上，另一端水平对准模型桩。
所述的模型槽包括槽钢骨架、有机玻璃和加固角钢，所述的槽钢骨架的前后左右四面通过有机玻璃密封，所述的加固角钢设置在槽钢骨架的中间部位。
所述的承载框架由钢材焊接而成。
所述的承载框架上设有可拆卸的支撑梁。
所述的垂向加载框架两侧翼缘上各设有两排可调节垂向加载横梁高度的螺孔。
所述的垂向加载框架一端设有无级微调孔槽。
所述的水平向加载作动器沿垂向加载框架上的无级微调孔槽调节高度，并通过螺栓锁紧。
所述的垂向加载作动器沿垂向加载横梁调节到任意位置并通过螺栓锁紧。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
适用范围广、模拟精度高，突破了现有试验装置进行垂向和水平向循环加载的限制，能够模拟多种荷载的组合加载工况，且作动器的位置任意可调，能够很好的适应模型桩的布置情况。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图；
图2为本发明的测试结构示意图；
图3为本发明的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1-3本发明模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置包括承载框架1、槽钢骨架2、有机玻璃3、垂向加载框架4、螺孔5、螺栓6、无级微调孔槽7、垂向加载横梁8、水平加载作动器9、垂向加载作动器10、模型桩11、支撑梁12。模型槽由槽钢骨架2和有机玻璃3构成，并在模型槽中间部位设置加固角钢13，使用有机玻璃3可方便观察试验中土体及桩的位移情况；模型槽和承载框架独立设计加工，模型槽可由一端推入承载框架1；垂向加载框架4可通过螺栓6固定在承载框架1的上部槽钢上，位置可任意调节；垂向加载框架4上设有均布螺孔5，垂向加载横梁8通过螺栓连接在垂向加载框架4上，通过连接不同的螺孔来调节垂向加载横梁8的高度；垂向加载框架4接近模型槽的一端，设有一定长度的孔槽7，水平向加载作动器9的高度可通过孔槽7进行无级微调；垂向加载作动器10与垂向加载横梁8通过螺栓6连接，且位置任意可调。
如图1-3所示，模型槽长为1200mm，高为1200mm，宽为800mm，由槽钢骨架2和有机玻璃3构成，并在模型槽中间部位设置加固角钢13，宽度为75mm，厚度为5mm，有机玻璃3厚度为10mm，便于观测土体内部位移，承载框架1长为1800mm，高为2570mm，宽为1300mm，由槽钢和工字钢焊接而成，其上的支撑梁12与承载框架1通过螺栓连接，拆卸简便，以实现模型槽从一端推入承载框架1中，垂向加载框架4为两块腹板和两块翼缘组成的型钢，翼缘宽度为100mm，厚度为10mm，腹板宽度为100mm，厚度为10mm，高度为1250mm，可通过螺栓6固定在承载框架1的上部槽钢上，且位置可沿槽钢长度方向任意调节，垂向加载框架4的翼缘两侧各等距设置15个螺孔5，垂向加载横梁8为H型钢，翼缘宽度为100mm，厚度为10mm，腹板宽度为100mm，腹板厚度为10mm，通过螺栓连接在垂向加载框架4上，连接不同的螺孔5来调节垂向加载横梁8的高度；垂向加载框架4接近模型槽的一端，设有无级微调孔槽7，无级微调孔槽7长度为150mm，宽为50mm，水平向加载作动器9的加载端头和连系梁可穿过无级微调孔槽7，高度可通过无级微调孔槽7进行无级微调，并通过螺栓固定；垂向加载作动器10与垂向加载横梁8通过螺栓6连接，且位置任意可调。调整垂向加载框架4、垂向加载横梁8、水平向加载作动器9和垂向加载作动器10的位置，使作动器加载端与桩帽相连，通过外部计算机控制加载作动器行为，即可实现对桩帽的循环加载模型试验。
本装置的工作过程：在模型槽中装填试验用土体，土体中埋置试验模型桩，可以进行单桩、群桩的半模或全模试验，调整垂向加载框架4的位置，使其与桩帽中心共面，并固定在承载框架1上，调整垂向加载横梁8的高度，将其固定在垂向加载框架4上，调整垂向加载作动器10的位置，使其下端对准桩帽中心，上端固定在垂向加载横梁8上；水平向加载作动器9与固定在垂向加载框架4上，通过无级微调孔槽7微调其高度，使其满足加载位置满足要求；通过外部计算机控制，即可对桩实现双向循环加载等多种荷载组合工况，并可即时记录加载情况，包括荷载频率、大小、波形等；通过测量装置可收集数据，分析模型桩的承载及变形特性，以及桩周土体发生的位移情况。

Claims (8)

1.一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置，其特征在于，包括：
承载框架；
模型槽，该模型槽安装在承载框架内部；
模型桩，该模型桩设在模型槽内；
垂向加载框架，该垂向加载框架连接在承载框架上端；
垂向加载横梁，该垂向加载横梁连接在垂向加载框架上；
垂向加载作动器，该垂向加载作动器一端固定在垂向加载横梁上，另一端垂直对准模型桩；
水平向加载作动器，该水平向加载作动器一端固定在垂向加载框架上，另一端水平对准模型桩。
2.根据权利要求1所述的一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置，其特征在于，所述的模型槽包括槽钢骨架、有机玻璃和加固角钢，所述的槽钢骨架的前后左右四面通过有机玻璃密封，所述的加固角钢设置在槽钢骨架的中间部位。
3.根据权利要求1所述的一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置，其特征在于，所述的承载框架由钢材焊接而成。
4.根据权利要求1所述的一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置，其特征在于，所述的承载框架上设有可拆卸的支撑梁。
5.根据权利要求1所述的一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置，其特征在于，所述的垂向加载框架两侧翼缘上各设有两排可调节垂向加载横梁高度的螺孔。
6.根据权利要求1所述的一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置，其特征在于，所述的垂向加载框架一端设有无级微调孔槽。
7.根据权利要求6所述的一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置，其特征在于，所述的水平向加载作动器沿垂向加载框架上的无级微调孔槽调节高度，并通过螺栓锁紧。
8.根据权利要求1所述的一种模拟桥梁桩基础受双向循环荷载作用的试验装置，其特征在于，所述的垂向加载作动器沿垂向加载横梁调节到任意位置并通过螺栓锁紧。
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