CN102535531A

CN102535531A - 一种桩基础斜向动荷载加载试验装置

Info

Publication number: CN102535531A
Application number: CN2012100126585A
Authority: CN
Inventors: 董天文; 梁力; 郭昕南
Original assignee: Liaoning Provincial College of Communications
Current assignee: Liaoning Provincial College of Communications
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: CN102535531B

Abstract

一种桩基础斜向动荷载加载试验装置，属于土木工程技术领域。本发明包括斜向支撑板，斜向支撑板的底端与L型挡板相连接，在L型挡板的两侧分别设置有第一、第二定滑轮；日式架的连板的两端分别设置有圆形通孔，螺杆通过连板的圆形通孔，并通过螺帽固定；日式架的第一螺杆搭放在第一定滑轮上，第二螺杆搭放在第二定滑轮上，在斜向支撑板的斜面的上部中线上设置有第三定滑轮，在第三定滑轮正上方的斜向支撑板上设置有通孔；第一连板与连接线的一端相连接，连接线的另一端经第三定滑轮，通过斜向支撑板上的通孔与激振器相连，第三连板通过连接线与受载体相连；日式架的第二连板经千斤顶与压力传感器的顶端相连，压力传感器的底端设置在L型挡板上。

Description

一种桩基础斜向动荷载加载试验装置

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，特别是涉及一种桩基础斜向动荷载加载试验装置。该试验装置可适用于桩基础工程的斜向静载、斜向动载的试验研究。

背景技术

当前土木工程趋向于大体量，承担复杂荷载以及极端自然条件。实际工程中桩基础并不是承担简单的竖向荷载、水平荷载，而是承担着斜向下压力、斜向上拔力这种矢量荷载。对于研究动力、矢量荷载作用的桩基础承载机理而言，没有一种荷载施加装置可以同时满足矢量加载和动力作用条件。

目前，现有的桩基础斜向动荷载加载试验装置在桩基础试验中，很难满足对桩顶斜向力的稳定施加；而动力的施加过程更为复杂，稳定的动力全矢量施加更是难以实现。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可以同时满足矢量加载和动力作用条件的桩基础斜向动荷载加载试验装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种桩基础斜向动荷载加载试验装置，包括斜向支撑板、日式架、千斤顶、激振器、L型挡板及压力传感器，所述斜向支撑板的底端与L型挡板相连接，在所述L型挡板的两侧分别设置有第一定滑轮和第二定滑轮；所述日式架由第一连板、第二连板、第三连板、第一螺杆和第二螺杆组成，所述第一连板、第二连板和第三连板的两端分别设置有圆形通孔，所述第一螺杆通过第一连板、第二连板和第三连板一侧的圆形通孔，并通过螺帽固定，所述第二螺杆通过第一连板、第二连板和第三连板另一侧的圆形通孔，并通过螺帽固定；所述日式架的第一螺杆搭放在第一定滑轮上，第二螺杆搭放在第二定滑轮上，在所述斜向支撑板的斜面的上部中线上设置有第三定滑轮，在所述第三定滑轮正上方的斜向支撑板上设置有通孔；所述日式架的第一连板与连接线的一端相连接，连接线的另一端经第三定滑轮，通过斜向支撑板上的通孔与激振器相连接，所述日式架的第三连板通过连接线与受载体相连接；所述日式架的第二连板经千斤顶与压力传感器的顶端相连接，所述压力传感器的底端设置在L型挡板上。

为了保证激振器在施加作用过程中预加荷载的稳定，在所述日式架的第二连板的中心处设置有圆槽，所述圆槽与千斤顶的顶端相对应。

为了确保矢量静动荷载在加载过程稳定施加，在所述圆槽内设置有弹簧。

所述斜向支撑板与L型挡板通过螺栓连接在一起。

本发明的有益效果：

1、本发明的桩基础斜向动荷载加载试验装置实现了斜向动力荷载和斜向静荷载的矢量施加；

2、本发明的桩基础斜向动荷载加载试验装置可调整性强，通过调节螺帽可调整连板的位置，使本发明的试验装置与受载体的连接过程更加灵活；

3、本发明的桩基础斜向动荷载加载试验装置可以同时满足矢量加载和动力作用条件。

本发明为辽宁省自然科学基金资助(项目编号：20102103)。

附图说明

图1为本发明的桩基础斜向动荷载加载试验装置的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明的斜向支撑板的结构示意图；

图4为图3的左视图；

图5为本发明的日式架的结构示意图；

图6为本发明的第二连板的结构示意图；

图7为本发明的试验装置在静载试验中的荷载传递图；

图8为本发明的试验装置在动载试验中的荷载传递图；

图中，1-激振器，2-连接线，3-固定端，4-第三定滑轮，5-第一连板，6-第一螺杆，7-第二连板，8-螺栓，9-千斤顶，10-压力传感器，11-L型挡板，12-日式架，13-斜向支撑板，14-受载体，15-第三连板，16-第一定滑轮，17-第二定滑轮，18-通孔，19-第二螺杆，20-螺帽，21-弹簧，22-圆槽，23-圆形通孔，24-固定挡板，25-圆孔。

具体实施方式

如图1～图6所示，一种桩基础斜向动荷载加载试验装置，包括斜向支撑板13、日式架12、千斤顶9、激振器1、L型挡板11及压力传感器10，所述斜向支撑板13的底端与L型挡板11通过螺栓8相连接，在所述L型挡板11的两侧分别设置有第一定滑轮16和第二定滑轮17，所述第一定滑轮16和第二定滑轮17的轴心高度必须保证日式架12施加荷载的角度平行于斜向支撑板13；所述日式架12由第一连板5、第二连板7、第三连板15、第一螺杆6和第二螺杆19组成，所述第一连板5、第二连板7和第三连板15的两端分别设置有圆形通孔23，所述第一螺杆6通过第一连板5、第二连板7和第三连板15一侧的圆形通孔23，并通过螺帽20固定，所述第二螺杆19通过第一连板5、第二连板7和第三连板15另一侧的圆形通孔23，并通过螺帽20固定；所述日式架12的第一螺杆6搭放在第一定滑轮16上，第二螺杆19搭放在第二定滑轮17上，在所述斜向支撑板13的斜面的上部中线上设置有第三定滑轮4，在所述第三定滑轮4正上方的斜向支撑板13上设置有通孔18；所述日式架12的第一连板5与连接线2的一端相连接，连接线2的另一端经第三定滑轮4，通过斜向支撑板13上的通孔18与激振器1相连接，所述日式架12的第三连板15通过连接线2与受载体14相连接；所述日式架12的第二连板7经千斤顶9与压力传感器10的顶端相连接，所述压力传感器10的底端设置在L型挡板11上。

为了保证激振器1在施加作用过程中预加荷载的稳定，在所述日式架12的第二连板7的中心处设置有圆槽22，所述圆槽22与千斤顶9的顶端相对应。

为了确保千斤顶9在加载过程中不晃动，在所述圆槽22内设置有弹簧21；在动载试验中，弹簧21会由于激振器1的振幅变化而伸长或压缩，避免日式架12与千斤顶9脱离，弹簧21伸缩量需要考虑最大振幅以及动荷载作用下的桩顶位移，弹簧21刚度设计值不小于胡克定律计算值的2～3倍。

为了在试验前将本发明的斜向支撑板13固定在固定支架上，保证其安全稳固；在所述斜向支撑板13的固定端3设置有圆孔25，使螺杆通过圆孔25将斜向支撑板13固定在固定支架上。

所述激振器1采用的型号为：JZK-50，所述压力传感器10采用的型号为：DYB-2D电阻应变式压力传感器。

下面结合附图说明本发明的工作过程：

1.静载试验

在静载试验过程中，通过千斤顶9对日式架12作用，经过力的传递，对桩进行斜向拉力的施加。通过压力传感器10的读数，就可以获得所加荷载的数值，其荷载传递如图7所示。

其中，F_P＝F₁，F₁＝2F₂，F₂′＝F₂，F₂′＝F₃′，F₃′＝F₃，F₁′＝2F₃，F₁′＝F_w，即：F₁＝F_p＝F_w。

式中，F₁为千斤顶施加的力，F_p为L型挡板对千斤顶的支座反力，即压力传感器所测得的力，F₁′与F_w为连接第三连板与受载体的连接线上的一对反力，则F_w为受载体所受到的力。

2.动载试验

在动载试验过程中，一般需要施加不同的预加荷载，本发明采用手动螺旋式千斤顶9进行预加荷载的施加；通过向下推动L型挡板11，向上推动第二连板7，加桩顶预施加斜向荷载。千斤顶9先给受载体14一定的预加力，第二连板7中的弹簧21会被压缩，此时整个系统处于平衡状态。然后通过激振器1对第一连板5施加动力，该动力通过连接线2传递；通过力的传递，动载即会被传递给受载体14，所述受载体14即为桩基础，其荷载传递如图8所示。

其中，先对第二连板7施加静力F₁，力的传递过程与静载试验中的形式相同，此时，读取压力传感器10的读数F_p；之后对第一连板5施加动载F₀，F₀为一周期变化荷载。

其中，F₀＝2F_m，F_m＝F_m′，F_m′＝F_n′，F_n′＝F_n，即：F₀＝2F_n。

由于F₁的作用，使第二连板7上的弹簧21处于压缩状态，当F₀增大时，即F_n增大，F_n拉动第二连板7，使弹簧21从压缩状态开始逐步回复，回复过程中，弹簧21对千斤顶9的作用减小，则F₁会降低；当F₀增大到最大值时，F₁出现最小值，随后F₀会逐渐减小，而弹簧21会再次被压缩，F₁的值会缓慢变大，当F₀减小到0时，F₁恢复到初始数值。

则某一时刻时的F₀＝F_p-F_p′；

式中，F_p为压力传感器的初始值，即未施加动力F₀时的数值，F_p′为施加F₀后某一时刻的压力传感器的读数值。

使用本发明的桩基础斜向动荷载加载试验装置进行螺旋桩基础的动力、静力荷载试验，其部分试验数据见表1～表4。试验中使用的1#螺旋桩叶片距宽比为3.14，2#螺旋桩叶片距宽比为5。

试验中，在有预加荷载的前提下，再对桩施加斜向动力，桩顶水平位移与激振次数之间是有一定规律的，桩顶水平位移会随着激振次数的增加而增加，激振初期位移值变化较大，在激振1000次时，位移变化趋势明显减小，说明桩周土体在激振作用下逐渐被压实，从而提高了土体的抗剪强度，该现象表明本发明的试验装置可以有效的将动力荷载传递给桩体，实现了对桩的斜向动力施加。

动载施加结束后，再对桩顶逐级施加斜向静荷载。通过荷载位移曲线判定桩的极限荷载值，以及分析动力作用对桩基础极限承载能力的影响。

表1 1#螺旋桩 60％预加极限荷载的激振次数与桩顶水平位移

表2 1#螺旋桩 60％预加极限荷载的激振后静荷载试验数据

表3 2#螺旋桩 60％预加极限荷载的激振次数与桩顶水平位移

表4 2#螺旋桩 60％预加极限荷载的激振后静荷载试验数据

Claims

1.一种桩基础斜向动荷载加载试验装置，其特征在于包括斜向支撑板、日式架、千斤顶、激振器、L型挡板及压力传感器，所述斜向支撑板的底端与L型挡板相连接，在所述L型挡板的两侧分别设置有第一定滑轮和第二定滑轮；所述日式架由第一连板、第二连板、第三连板、第一螺杆和第二螺杆组成，所述第一连板、第二连板和第三连板的两端分别设置有圆形通孔，所述第一螺杆通过第一连板、第二连板和第三连板一侧的圆形通孔，并通过螺帽固定，所述第二螺杆通过第一连板、第二连板和第三连板另一侧的圆形通孔，并通过螺帽固定；所述日式架的第一螺杆搭放在第一定滑轮上，第二螺杆搭放在第二定滑轮上，在所述斜向支撑板的斜面的上部中线上设置有第三定滑轮，在所述第三定滑轮正上方的斜向支撑板上设置有通孔；所述日式架的第一连板与连接线的一端相连接，连接线的另一端经第三定滑轮，通过斜向支撑板上的通孔与激振器相连接，所述日式架的第三连板通过连接线与受载体相连接；所述日式架的第二连板经千斤顶与压力传感器的顶端相连接，所述压力传感器的底端设置在L型挡板上。

2.根据权利要求1所述的一种桩基础斜向动荷载加载试验装置，其特征在于在所述日式架的第二连板的中心处设置有圆槽，所述圆槽与千斤顶的顶端相对应。

3.根据权利要求2所述的一种桩基础斜向动荷载加载试验装置，其特征在于在所述圆槽内设置有弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种桩基础斜向动荷载加载试验装置，其特征在于所述斜向支撑板与L型挡板通过螺栓连接在一起。