CN104099954A - 桩基模型试验用横竖向加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桩基模型试验用横竖向加载装置，包括模型箱，所述的模型箱内装有与桩基施工现场土质相同的砂土，所述的模型箱的顶端设置有定位装置，定位装置调整模型桩在模型箱内的压桩位置，竖向加载装置对模型桩施加竖向载荷，所述的横向加载装置对模型桩施加横向载荷。本发明包括横向加载装置及竖向加载装置，能够同时对模型桩进行横向加载试验和竖向加载试验，尽可能的模拟桩基的真实受力情况，同时采用电动缸对模型桩施加载荷，保证加载精度，可精确控制加载速度和加载荷载的大小，满足不同的试验要求。

Description

桩基模型试验用横竖向加载装置

 技术领域：

本发明属于建筑桩基试验用设备技术领域，具体涉及一种桩基模型试验用横竖向加载装置。

背景技术：

随着我国城市化进程的不断推进，城市面积不断扩大，这就导致大量的土层较松软的土地也被用作建设用地，而随着城市建筑在不断的增高，松软土层已经不能作为建筑地基来使用，为此，建筑行业出现桩基础，即将预应力混凝土桩打入土层深处作为建筑地基来使用，这种桩基础，能够满足建筑地基所需的承载力及变形要求，解决在土层松软土地上建设高层建筑的问题。

但是，建筑桩基所承受的荷载不仅仅是静载，还承受地震荷载、风暴荷载、机械荷载、风荷载等水平荷载作用。因此，在对一些重大建筑物的桩基进行承载力设计时，必须考虑有关静力荷载要求和水平荷载要求。通过桩基试验，研究桩打入土层后的桩——土共同作用机理，能够有效的反应桩基的受力情况，在保证桩基质量的情况下，尽可能的减少桩的用量，能够有效的降低建筑成本。因此，桩基试验对建筑桩基设计起着至关重要的作用。

  由于桩基的现场原位试验需要耗费大量人力、物力、财力，另外试验场地条件等复杂因素对试验的影响很大，常常导致试验结果可靠性太低。故现阶段，桩基模型试验作为科研人员研究桩基作用机理的一个有效方法越来越受到专家学者的重视。而桩基模型试验用的加载装置是实现桩基研究目的的一个重要前提。现有的桩基模型试验用的加载装置存在的不足之处在于：（1）现有加载装置只有竖向加载装置，缺少横向加载装置，不能充分对模型桩的受力进行研究；（2）现有的加载装置是通过砝码或电机等给桩基施加载荷，加载不均，精度较低，稳定性不足。

发明内容：

综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本发明提供了一种桩基模型试验用横竖向加载装置，它包括横向加载装置及竖向加载装置，能够同时对模型桩进行横向加载试验和竖向加载试验，尽可能的模拟桩基的真实受力情况，同时采用电动缸对模型桩施加载荷，保证加载精度，可精确控制加载速度和加载荷载的大小，满足不同的试验要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种桩基模型试验用横竖向加载装置，其中：包括模型箱、横向加载装置、定位装置、竖向加载装置及模型桩，所述的模型箱内装有与桩基施工现场土质相同的砂土，所述的模型箱的顶端设置有定位装置，所述的定位装置调整模型桩在模型箱内的压桩位置，所述的竖向加载装置对模型桩施加竖向载荷，所述的横向加载装置对模型桩施加横向载荷。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的定位装置包括底托、竖向导轨、上纵向导轨、上水平导轨、上竖向滑块、上水平滑块及上纵向滑块，底托设置在模型箱顶端四角，竖向导轨的下端固定在底托上，上竖向滑块为可锁紧滑块，上竖向滑块沿竖向导轨上下移动，且能够与竖向导轨锁紧，上纵向导轨的两端与上竖向滑块连接，上纵向滑块沿上纵向导轨移动，且能够与上纵向导轨锁紧，上水平导轨的两端与上纵向滑块连接，上水平滑块沿上水平导轨移动。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的竖向加载装置包括竖向电动缸，竖向电动缸与调平板连接，调平板设置在上水平滑块上，竖向电动缸的活塞杆与加载平台板通过球铰铰接，加载平台板设置在下纵向滑块的底端，下纵向滑块沿下纵向导轨移动，下纵向导轨的两端与下水平滑块连接，下水平滑块沿下水平导轨移动，下水平导轨的两端与下竖向滑块连接，下竖向滑块沿竖向导轨移动，所述的加载平台板下端与模型桩的上端通过半球铰铰接。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的加载平台板的下端固定有竖向力传感器。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的调平板上设置有调整顶丝。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的加载平台板上设置有锁紧顶丝。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的横向加载装置包括加载小车，加载小车沿加载轨道移动，加载轨道固定在实验室墙体上，横向电动缸设置在加载小车上，横向电动缸的活塞杆的端部通过钢绞线与模型桩连接。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的横向电动缸的伸缩杆上设置有横向力传感器。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的加载轨道包括垂直轨道、水平轨道及加载滑块，所述的垂直轨道固定在实验室墙体上，加载滑块沿垂直轨道移动，垂直轨道固定在加载滑块上，加载小车沿垂直轨道移动。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的加载滑块上设置有固定装置。

本发明的有益效果为：  

1、本发明包括横向加载装置及竖向加载装置，能够同时对模型桩进行横向加载试验和竖向加载试验，尽可能的模拟桩基的真实受力情况，同时采用电动缸对模型桩施加载荷，保证加载精度，可精确控制加载速度和加载荷载的大小，满足不同的试验要求。

2、本发明设置有定位装置，定位装置能够调整模型桩在模型箱内的压入位置，可实现在模型箱中不同位置对模型桩进行加载试验，具有很好的灵活性。

3、本发明的竖向电动缸设置在调平板上，调平板与上水平滑块通过螺栓连接，且调平板上设置调整顶丝，通过调整顶丝可调整调平板的水平度，从而调整竖向电动缸及其活塞杆的垂直度，达到向模型桩施加竖向不同角度的力，能够调整模型桩的压入角度。

4、本发明的加载平台板的下端固定有竖向力传感器，横向电动缸的伸缩杆上设置有横向力传感器，从而能够精确控制向模型桩加载的竖向力及横向力的大小，提高加载精度。

5、本发明通过竖向电动缸及横向电动缸向模型桩施加竖向力及横向力，电动缸易于控制，能够精确控制加载速度，加载稳定，能够有效的保证加载精度及加载力的大小，保证模型桩加载的稳定性。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的图1的左视示意图；

图3为本发明的调平板的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1、2、3所示，一种桩基模型试验用横竖向加载装置，包括模型箱1、横向加载装置、定位装置、竖向加载装置及模型桩2，所述的模型箱1内装有与桩基施工现场土质相同的砂土3，所述的模型箱1的顶端设置有定位装置，所述的定位装置调整模型桩2在模型箱1内的压桩位置，所述的定位装置包括底托4、竖向导轨5、上纵向导轨6、上水平导轨7、上竖向滑块8、上水平滑块9及上纵向滑块10，底托4设置在模型箱1顶端四角，竖向导轨5的下端固定在底托4上，上竖向滑块8为可锁紧滑块，上竖向滑块8沿竖向导轨5上下移动，且能够与竖向导轨5锁紧，上纵向导轨6的两端与上竖向滑块8连接，上纵向滑块10沿上纵向导轨6移动，且能够与上纵向导轨6锁紧，上水平导轨7的两端与上纵向滑块10连接，上水平滑块9沿上水平导轨7移动。

所述的竖向加载位置对模型桩2施加竖向载荷，所述的竖向加载装置包括竖向电动缸11，竖向电动缸11与调平板12连接，调平板12设置在上水平滑块9上，调平板12上设置有调整顶丝22，竖向电动缸11的活塞杆与加载平台板13通过球铰14铰接，加载平台板13上设置有锁紧顶丝23，加载平台板13设置在下纵向滑块15的底端，加载平台板13的下端固定有竖向力传感器21，下纵向滑块15沿下纵向导轨16移动，下纵向导轨16的两端与下水平滑块17连接，下水平滑块17沿下水平导轨18移动，下水平导轨18的两端与下竖向滑块19连接，下竖向滑块19沿竖向导轨5移动，所述的加载平台板13下端与模型桩2的上端通过半球铰20铰接。

所述的横向加载装置对模型桩2施加横向载荷，横向加载装置包括加载小车24，加载小车24沿加载轨道移动，所述的加载轨道包括垂直轨道29、水平轨道30及加载滑块31，所述的垂直轨道29固定在实验室墙体25上，加载滑块31沿垂直轨道29移动，垂直轨道29固定在加载滑块31上，加载小车24沿垂直轨道29移动，横向电动缸26设置在加载小车24上，横向电动缸26的活塞杆的端部通过钢绞线27与模型桩2连接，横向电动缸26的伸缩杆上设置有横向力传感器28，所述的加载滑块31上设置有固定装置32。

使用时，通过调整上水平滑块9的位置及上纵向滑块10的位置，来达到调整模型桩2在模型箱1内的压桩位置，调整好压桩位置后，锁紧上水平滑块9及上纵向滑块10，然后根据模型桩2的长度，调整上竖向滑块8的位置，调整完毕后锁紧上竖向滑块8，将模型桩2通过半球铰20与加载平台的下端连接，启动竖向电动缸11，竖向电动缸11将模型桩2恒速压入模型箱1内，压入设定深度后保持该位置，实现恒定竖向荷载的静载试验。

模型桩2压入到指定位置后，根据其在模型箱1中位置调整好横向加载装置的加载小车24的位置，然后通过钢绞线27将横向电动缸26的伸缩杆与模型桩2连接，启动横向电动缸26，横向电动缸26的伸缩杆拉动模型桩2，对模型桩2进行横向加载试验。

本发明的纵向电动缸固定在调平板12上，调平板12与上水平滑块9通过螺栓连接，且调平板12上设置调整顶丝22，通过调整顶丝22可调整调平板12的水平度，调整顶丝22与球铰14相互配合，从而调整竖向电动缸11及其活塞杆的垂直度，达到向模型桩2施加竖向不同角度的加载力，能够调整模型桩2的压入角度，调整顶丝22调整完毕后，通过锁紧顶丝23锁紧加载平台板13，从而锁定施加竖向力的施加角度。

要说明的是，上述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种桩基模型试验用横竖向加载装置，其特征在于：包括模型箱（1）、横向加载装置、定位装置、竖向加载装置及模型桩（2），所述的模型箱（1）内装有与桩基施工现场土质相同的砂土（3），所述的模型箱（1）的顶端设置有定位装置，所述的定位装置调整模型桩（2）在模型箱（1）内的压桩位置，所述的竖向加载装置对模型桩（2）施加竖向载荷，所述的横向加载装置对模型桩（2）施加横向载荷。

2.根据权利要求1所述的桩基模型试验用横竖向加载装置，其特征在于：所述的定位装置包括底托（4）、竖向导轨（5）、上纵向导轨（6）、上水平导轨（7）、上竖向滑块（8）、上水平滑块（9）及上纵向滑块（10），底托（4）设置在模型箱（1）顶端四角，竖向导轨（5）的下端固定在底托（4）上，上竖向滑块（8）为可锁紧滑块，上竖向滑块（8）沿竖向导轨（5）上下移动，且能够与竖向导轨（5）锁紧，上纵向导轨（6）的两端与上竖向滑块（8）连接，上纵向滑块（10）沿上纵向导轨（6）移动，且能够与上纵向导轨（6）锁紧，上水平导轨（7）的两端与上纵向滑块（10）连接，上水平滑块（9）沿上水平导轨（7）移动。

3.根据权利要求1所述的桩基模型试验用横竖向加载装置，其特征在于：所述的竖向加载装置包括竖向电动缸（11），竖向电动缸（11）与调平板（12）连接，调平板（12）设置在上水平滑块（9）上，竖向电动缸（11）的活塞杆与加载平台板（13）通过球铰（14）铰接，加载平台板（13）设置在下纵向滑块（15）的底端，下纵向滑块（15）沿下纵向导轨（16）移动，下纵向导轨（16）的两端与下水平滑块（17）连接，下水平滑块（17）沿下水平导轨（18）移动，下水平导轨（18）的两端与下竖向滑块（19）连接，下竖向滑块（19）沿竖向导轨（5）移动，所述的加载平台板（13）下端与模型桩（2）的上端通过半球铰（20）铰接。

4.根据权利要求3所述的桩基模型试验用横竖向加载装置，其特征在于：所述的加载平台板（13）的下端固定有竖向力传感器（21）。

5.根据权利要求3所述的桩基模型试验用横竖向加载装置，其特征在于：所述的调平板（12）上设置有调整顶丝（22）。

6.根据权利要求3所述的桩基模型试验用横竖向加载装置，其特征在于：所述的加载平台板（13）上设置有锁紧顶丝（23）。

7.根据权利要求1所述的桩基模型试验用横竖向加载装置，其特征在于：所述的横向加载装置包括加载小车（24），加载小车（24）沿加载轨道移动，加载轨道固定在实验室墙体（25）上，横向电动缸（26）设置在加载小车（24）上，横向电动缸（26）的活塞杆的端部通过钢绞线（27）与模型桩（2）连接。

8.根据权利要求7所述的桩基模型试验用横竖向加载装置，其特征在于：所述的横向电动缸（26）的伸缩杆上设置有横向力传感器（28）。

9.根据权利要求7所述的桩基模型试验用横竖向加载装置，其特征在于：所述的加载轨道包括垂直轨道（29）、水平轨道（30）及加载滑块（31），所述的垂直轨道（29）固定在实验室墙体（25）上，加载滑块（31）沿垂直轨道（29）移动，垂直轨道（29）固定在加载滑块（31）上，加载小车（24）沿垂直轨道（29）移动。

10.根据权利要求9所述的桩基模型试验用横竖向加载装置，其特征在于：所述的加载滑块（31）上设置有固定装置（32）。