CN103758159A - 一种模型桩基所受载荷模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种模型桩基所受载荷模拟实验装置，包括模型桩基、用于向模型桩基加载竖向载荷的螺旋千斤顶、用于向模型桩基加载横向载荷的电动机、以及一体结构的加载框架、反力梁和电动机台座，电动机设置在电动机台座上，所述螺旋千斤顶的上方设置有自动找正箱，自动找正箱通过其上的两个纵向轴承悬挂在反力梁上且可沿反力梁纵向移动，自动找正箱的上部设有四个用于限制其横向侧移的横向轴承；所述用于向模型桩基加载横向载荷的电动机输出的动力通过偏心轮和传力杆传递给模型桩基。本发明考虑到了竖向荷载作用下对桩基础水平荷载力影响，进行研究时可充分考虑桩基承台和上部结构物产生的竖向力，可为桩基础的研究提供良好的基础。
Description
一种模型粧基所受载荷模拟实验装置技术领域
[0001] 本发明属于土木工程领域用的模拟实验装置，具体的说是一种模型桩基所受载荷模拟实验装置。
背景技术
[0002]目前对于基桩的荷载传递机理、破坏性状、承载能力以及内力和位移的分析研究大都局限于竖向或水平荷载单独作用下，在实际工程中基桩单纯承受竖向或横向荷载作用的情况很少，往往在承受轴向荷载的同时，还承受有水平荷载的作用。例如吊车、火车、汽车等的制动力产生的水平力和弯矩；风、波浪、潮水产生的水平力和弯矩；地震产生的瞬时水平力和弯矩等，这些恒载或活载在高层建筑、桥梁、重型工业厂房、海上石油平台的桩基设计计算中，均不容忽视。当水平荷载和竖向荷载共同作用于基桩时，水平荷载将使桩身产生较大的弯矩并发生挠曲变形。目前对考虑竖向荷载作用下桩基的水平动承载力研究很为鲜少，对桩基的水平动承载力的试验研究，采用现场试验的方法通常不易实现，且操作程序复杂，代价较大，多采用室内试验的研究方法。通常的研究是通过在设有大型振动台的实验室完成，这种方式一般原理比较复杂，需要专人操作，建造费用昂贵。
发明内容
[0003]为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种模型桩基所受载荷模拟实验装置，可以考虑到竖向荷载 作用下模型桩基水平动力加载，能为桩基的研究提供更全面的研究基础。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为:一种模型桩基所受载荷模拟实验装置，包括模型桩基、用于向模型桩基加载竖向载荷的螺旋千斤顶、用于向模型桩基加载横向载荷的电动机、以及一体结构的加载框架、反力梁和电动机台座，电动机设置在电动机台座上，所述模型桩基埋设在土箱的土体内，所述螺旋千斤顶的上方设置有自动找正箱，自动找正箱通过其上的两个纵向轴承悬挂在反力梁上且可沿反力梁纵向移动，自动找正箱的上部设有四个用于限制其横向侧移的横向轴承；所述用于向模型桩基加载横向载荷的电动机输出的动力通过偏心轮、套设在偏心轮轮缘的轴承和传力杆依次传递给模型桩基。
[0005] 所述螺旋千斤顶的加载杆下端设置有用于测量向模型桩基所施加竖向载荷大小的压力传感器。
[0006] 所述传力杆的一端抵在套设在偏心轮轮缘的轴承表面,另一端通过一弹簧抵在模型桩基上，弹簧由卡环固定在传力杆上。
[0007] 所述传力杆的中部位置设置有定向支座用于限制传力杆的径向位移。
[0008] 所述电动机的转速由数字式变频控制仪控制。
[0009] 所述自动找正箱的滚杠在沿反力梁移动过程中与反力梁呈线形接触。
[0010] 本发明中，在竖直方向上，加载过程中当模型桩基产生水平位移时，自动找正箱会紧随模型桩基沿反力梁移动产生同样方向的水平位移，同时保证施加的竖向力不间断。通过调节螺旋千斤顶螺纹的长度实现不同的竖向力，螺旋千斤顶下端连接压力传感器用来读取所施加压力的大小；
在水平方向上，启动电动机，电机轴带动偏心轮转动，传力杆末端与轴承接触，弹簧套置在传力杆前部，末端与卡环接触，前端与模型桩基接触以传递荷载。可通过更换不同大小偏心轮的方法实现不同偏心距从而改变输入荷载的大小，也通过改变弹簧刚度系数的方法改变输入荷载的大小，通过数字式变频控制仪控制电动机的转速，可实现不同的加载。
[0011] 所述加载框架、反力梁、滑动箱为钢制材料，所述电动机台座由钢板焊接组成，所述的定向支座为钢制，其上设有供传力杆通过的轴孔，轴孔内有环向凹槽，可注入润滑油。
[0012] 有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下优点:
1)本发明考虑到了竖向荷载作用下对桩基础水平荷载力影响，进行研究时可充分考虑粧基承台和上部结构物广生的竖向力，可为粧基础的研究提供良好的基础；
2)本发明的自动找正箱在沿反力梁移动过程中滚杠与反力梁呈线形接触，滚杠两端固定在轴承上，极大的减小了系统的摩擦，设置在上部配套轴承严格的限制了自动找正箱的纵向侧移，能保证对模型桩施加的竖向荷载在桩顶的作用位置不变，且处于稳定状态；
3)本发明在进行荷载输入时，竖向作用力作用位置不变，大小可以调节，并可以读取；水平作用力的加速度、频率可以调节并读取，大小可调节并能够可靠的测量出来；
4)本发明可用于研究桩基在不同土体环境中考虑竖向荷载作用下桩基的水平方向振动特性研究，可为桩基适用的工程地质条件研究提供基础；
5)本发明采用的定向支座，严格限制了传力杆的径向位移，能很好的稳定模型桩水平动荷载的传递状态；
6)本发明设置在偏心轮上的轴承，起到了减小系统摩擦的作用，能保证在振动过程轴承与传力杆稳定的接触并传递荷载；
7)本发明结构原理简单，运输方便，在室内外都可以操作，各部件容易制造，性价比高，经济实用，适合推广使用。
附图说明
[0013] 图1为本发明的结构示意图；
图2为自动找正箱的结构示意图；
图3为自动找正箱与反力梁的配合图；
图4为水平动力荷载传递结构原理图；
附图标记:1、模型桩基，2、螺旋千斤顶，3、电动机，4、加载框架，5、反力梁，6、电动机台座，7、土箱，8、自动找正箱，9、纵向轴承，10、横向轴承，11、偏心轮，12、传力杆，13、轴承，14、弹簧，15、卡环，16、定向支座，17、数字式变频控制仪，18、滚杠。
具体实施方式
[0014] 如图所示，一种模型桩基所受载荷模拟实验装置，包括模型桩基1、用于向模型桩基I加载竖向载荷的螺旋千斤顶2、用于向模型桩基I加载横向载荷的电动机3、以及一体结构的加载框架4、反力梁5和电动机台座6，电动机3设置在电动机台座6上，所述模型桩基I埋设在土箱7的土体内，所述螺旋千斤顶2的上方设置有自动找正箱8，自动找正箱8通过其上的两个纵向轴承9悬挂在反力梁5上且可沿反力梁5纵向移动，自动找正箱8的上部设有四个用于限制其横向侧移的横向轴承10 ;所述用于向模型桩基I加载横向载荷的电动机3输出的动力通过偏心轮11、套设在偏心轮11轮缘的轴承13和传力杆12依次传递给模型桩基I。
[0015] 所述螺旋千斤顶2的加载杆下端设置有用于测量向模型桩基I所施加竖向载荷大小的压力传感器。
[0016] 所述传力杆12的一端抵在套设在偏心轮11轮缘的轴承13表面，另一端通过一弹簧14抵在模型桩基I上,弹簧14由卡环15固定在传力杆12上。
[0017] 所述传力杆12的中部位置设置有定向支座16用于限制传力杆12的径向位移。
[0018] 所述电动机3的转速由数字式变频控制仪17控制。
[0019] 所述自动找正箱8的滚杠18在沿反力梁5移动过程中与反力梁5呈线形接触。
Claims (6)
1.一种模型桩基所受载荷模拟实验装置，包括模型桩基(I)、用于向模型桩基(I)加载竖向载荷的螺旋千斤顶(2)、用于向模型桩基(I)加载横向载荷的电动机(3)、以及一体结构的加载框架(4 )、反力梁(5 )和电动机台座(6 )，电动机(3 )设置在电动机台座(6 )上，所述模型桩基(I)埋设在土箱(7)的土体内，其特征在于:所述螺旋千斤顶(2)的上方设置有自动找正箱(8)，自动找正箱(8)通过其上的两个纵向轴承(9)悬挂在反力梁(5)上且可沿反力梁(5)纵向移动，自动找正箱(8)的上部设有四个用于限制其横向侧移的横向轴承(10);所述用于向模型桩基(I)加载横向载荷的电动机(3 )输出的动力通过偏心轮(11)、套设在偏心轮(11)轮缘的轴承(13 )和传力杆(12 )依次传递给模型桩基(I)。
2.根据权利要求1所述的一种模型桩基所受载荷模拟实验装置，其特征在于:所述螺旋千斤顶(2)的加载杆下端设置有用于测量向模型桩基(I)所施加竖向载荷大小的压力传感器。
3.根据权利要求1所述的一种模型桩基所受载荷模拟实验装置，其特征在于:所述传力杆(12)的一端抵在套设在偏心轮(11)轮缘的轴承(13)表面，另一端通过一弹簧(14)抵在模型桩基(I)上，弹簧(14)由卡环(15)固定在传力杆(12)上。
4.根据权利要求1或3所述的一种模型桩基所受载荷模拟实验装置，其特征在于:所述传力杆(12)的中部位置设置有定向支座(16)用于限制传力杆(12)的径向位移。
5.根据权利要求1所述的一种模型桩基所受载荷模拟实验装置，其特征在于:所述电动机(3 )的转速由数字式变频控制仪(17 )控制。
6.根据权利要求1所述的一种模型桩基所受载荷模拟实验装置，其特征在于:所述自动找正箱(8)的滚杠(18)在沿反力梁(5)移动过程中与反力梁(5)呈线形接触。
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