CN105569097A - 可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置及方法，由刻度盘、导轨、可伸缩滑道、可伸缩支架及量测设备组成。刻度盘焊接在导轨上，其后通过加固杆件与加固板焊接。可伸缩滑道下部连接有可伸缩支架。量测设备包括激光位移传感器和力传感器。试验装置结构简单，传力和加载路径明确，能够对桶形基础模型进行任意角度的直接拉拔，克服了传统不同角度拉拔试验需要通过力的合成与分解进行的弊端。同时，拉拔过程中试验装置可以对桶形基础模型位移和力进行实时采集。

Description

可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种试验装置，尤其涉及一种可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置及方法，属于海洋岩土工程领域。

背景技术

桶形基础90年代首次应用于挪威北海平台，而后得到了广泛的应用和研究。为了探究桶形基础与土的相互作用机理及其极限承载力，需要对桶形基础进行模型加载试验并采集相关数据。桶形基础在实际情况下，受力比较复杂，合力方向一般与水平面成一定角度，这就要求在模型试验中可以对基础施加任意角度的拉拔荷载。现有的试验装置只能施加水平荷载和竖向荷载，对于倾斜拉拔荷载的施加一般是利用力的平行四边形法则，通过水平与竖直方向力的合成来进行，这样对于不同角度的拉拔加载既难以控制也不方便进行，况且现有试验装置无实时数据采集设备，因此研究能够直接对桶形基础模型进行任意角度拉拔和实时数据采集的试验装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有试验装置只能水平或竖直方向施加荷载的缺陷，提供一种结构形式简单，传力明确，精确度高的可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置。通过该装置可以对桶形基础模型进行任意角度的直接快速准确的拉拔，同时可以实现对桶形基础模型位移和力的实时采集。

本发明采用的技术方案如下：

一种可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置，包括一个滑道、刻度盘和加载钢丝绳，所述的滑道安装在支架I上；在滑道的顶面设有导轨，在所述的导轨上设有刻度盘，所述的刻度盘通过导轨沿着滑道来回滑动；所述的加载钢丝绳的一端为自由端，另一端依次穿过刻度盘的圆心、刻度盘刻度线的末端与一个加载砝码相连。

刻度盘的圆心处装有用于定位加载钢丝绳初始位置的定位卡I，在刻度盘每条刻度线的末端均安装有用于定位加载钢丝绳终端方向的定位卡II。

所述的刻度盘其背面通过加固杆件与加固板焊接。

所述试验装置还包括支架II、滑轮，所述支架II的顶端杆件成折形，杆件的端部安装一个滑轮，加载钢丝绳绕过滑轮连接一个加载砝码。

所述的顶端杆件与水平方向成一定角度，且顶端杆件绕其下的支撑杆360度旋转。

所述的试验装置还包括量测设备，所述的量测设备包括力传感器和激光位移传感器；所述的力传感器连接在加载钢丝绳上，用于实时监测拉拔荷载的大小；所述的激光位移传感器与加载砝码竖直对正，用于量测桶型基础模型的位移。

所述的量测设备均通过导线与数据采集仪相连。

所述的滑道为可左右拉伸调节的伸缩滑道，所述的支架I、支架II为上下高度可调的伸缩支架；

所述的伸缩支架I、II的底部均设有支架底座，底座下设有滚轮，底座的制动通过制动卡来实现。

上述装置的试验方法如下：

步骤1.将桶形基础模型贯入或埋入到装有试验土模型箱的设计深度，通过移动支架I将试验装置置于模型箱上的某一位置，调节伸缩滑道的长度和与其相连的支架I的高度，同时调整刻度盘的位置，使试验装置适应模型箱的大小，使刻度盘与桶形基础模型的加载点在同一平面；

步骤2确定拉拔角度，将加载钢丝绳的自由端固定在桶形基础模型的加载点上，另一端穿过刻度盘圆心处的定位卡I的定位圈，用于定位加载钢丝绳的初始位置，接着使加载钢丝绳沿确定的角度刻度线穿过固定在刻度盘末端定位孔上的另一定位卡II的定位圈，用于定位加载钢丝绳的终了位置，继续调整试验装置的高度及刻度盘的位置，使加载钢丝绳作用的桶形基础模型的加载点，圆心处的角度起始点，角度刻度线末端的角度终点刚好在一条直线上；

步骤3调整支架II及其顶端滑轮到合理位置之后，加载钢丝绳绕过支架II顶端的滑轮，另一端放置加载砝码即可实现拉拔。

拉拔过程中，数据采集仪将力传感器和激光位移传感器监测到的荷载信息与桶型基础模型的位移数据实时采集下来。

本发明的有益效果如下：

由上述技术方案可以看出，本发明具有如下优点：(1)试验装置通过可伸缩支架或可伸缩滑道实现高度和宽度的调节，刻度盘沿着滑道能够进行水平滑动，因此试验装置能够适应不同高度和大小的模型箱，应用范围广。(2)试验装置结构形式简单，传力和加载路径非常明确，相比通过水平和竖直力的合成来实现任意角度的拉拔，更加直接、快速和准确。(3)操作简单，使用方便，容易上手，不需要进行力的合成与分解的相关计算，降低了工作量，提高了工作效率。(4)量测设备能够实现对桶形基础模型位移和力的实时采集，方便快速准确。

该装置也可用于类似情况的其他种类模型的加载。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图。

图2是刻度盘详图。

图3是定位卡剖面图。

图4是刻度线末端螺丝孔详图。

图中1-刻度盘；2-导轨；3-可伸缩滑道；4-可伸缩支架；5-加固杆件；6-加固板；7-制动卡；8-管状水准器9-定位卡；10-螺丝孔；11-支架底座；12-滚轮；13-滑轮；14-加载钢丝绳；15-加载砝码；16-桶形基础模型；17-模型箱；18-力传感器；19-激光位移传感器；20-导线；21-数据采集仪。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明是一种可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置，由金属材料制成，主要由刻度盘1、导轨2、可伸缩滑道3、可伸缩支架4、力传感器18、激光位移传感器19和数据采集仪21组成。在滑道的顶面设有导轨，在导轨上设有刻度盘，所述的刻度盘通过导轨沿着滑道来回滑动；所述的加载钢丝绳的一端为自由端，另一端依次穿过刻度盘的圆心、刻度盘刻度线的末端与一个加载砝码相连。刻度盘的圆心处装有用于定位加载钢丝绳初始位置的定位卡，在刻度盘每条刻度线的末端均安装有用于定位加载钢丝绳终端方向的螺丝孔，具体的描述如下：

如图3所示，定位卡9由螺钉，螺帽及定位圈组成，可以灵活拆卸，灵活安装。定位卡9固定在圆心处的螺丝孔上。通过旋转螺钉然后固定螺帽的方式，定位圈能够进行角度方向的定位。

如图1，图2，图3，图4所示，刻度盘1侧面沿圆周标有0°～90°的角度刻度，在每条刻度线的末端均留有螺丝孔10，沿某一角度施加荷载时，先将加载钢丝绳14穿过圆心处定位卡9的定位圈，从而确定加载钢丝绳14的初始位置，然后将另一定位卡9安装在加载方向刻度线末端的螺丝孔10上，将加载钢丝绳14穿过其定位圈进而确定加载钢丝绳14的终端方向。

如图1所示，上述刻度盘1焊接在导轨2上，其背面通过加固杆件5与加固板6焊接。

如图1所示，上述导轨2嵌固在可伸缩滑道3上，刻度盘1可沿可伸缩滑道3左右移动。

如图1所示，上述可伸缩滑道3长度能够左右拉伸调节，与滑道连接的下部支架为可伸缩支架4，支架高度可以调节，支架下设有支架底座11，可以保证试验装置的稳定性，底座下设有滚轮12，可以实现试验装置的任意移动。

如图1所示，上述可伸缩滑道3侧表面装有管状水准器8，管状水准器8与可伸缩滑道3侧表面平齐，用于校准整个试验装置是否水平。

如图1所示，上述可伸缩支架4包括两个，高度均可以调节，一个如前所述与可伸缩滑道3连接，另一个可伸缩支架顶端杆件成折形，与水平方向成一角度，可以绕可伸缩支架4的支撑杆360度旋转，顶端设有滑轮13，加载钢丝绳14通过滑轮13连接有加载砝码15。

如图1所示，上述导轨2侧面，可伸缩滑道3侧面、可伸缩支架4侧面及支架底座11都设有限制其移动的制动卡7。

如图1所示，上述量测设备包括力传感器18和激光位移传感器19。力传感器18连接在加载钢丝绳14上，用于实时监测拉拔荷载的大小；激光位移传感器19与加载砝码15竖直对正，用于量测桶型基础模型16的位移。

所述的量测设备均通过导线20与数据采集仪21相连。为了避免导线20对于力传感器18的干扰，可以将导线20灵活固定在旁边的可伸缩支架4上。

试验装置具体工作过程如下：

试验前期准备工作：首先将桶形基础模型16贯入或埋入到装有试验土模型箱17的设计深度，通过支架底座11的移动将试验装置置于模型箱17上的某一位置，调节可伸缩滑道3的长度和与其相连的可伸缩支架4的高度，同时调整刻度盘1的位置，使试验装置适应模型箱17的大小，使刻度盘1与桶形基础模型16的加载点在同一平面，调节过程中注意保证管状水准器8中的水准气泡位于水准器的中间位置，前期准备工作结束。

试验阶段：确定拉拔角度，将加载钢丝绳14的一端固定在桶形基础模型16的加载点上，另一端穿过刻度盘1圆心处的定位卡9的定位圈，用于定位加载钢丝绳14的初始位置，接着使加载钢丝绳14沿确定的角度刻度线穿过固定在刻度盘1末端螺丝孔10上的另一定位卡9的定位圈，用于定位加载钢丝绳14的终了位置，继续调整试验装置的高度及刻度盘1的位置，使加载钢丝绳14作用的桶形基础模型16的加载点，圆心处的角度起始点，角度刻度线末端的角度终点刚好在一条直线上，调整过程始终要保持管状水准器8中的水准气泡位于水准器的中间位置。调整可伸缩支架4及其顶端滑轮13到合理位置之后，加载钢丝绳14绕过可伸缩支架4顶端的滑轮13，另一端放置加载砝码15即可实现拉拔。拉拔过程中，数据采集仪21可以将力传感器18和激光位移传感器19监测到的荷载信息与桶型基础模型16的位移数据实时采集下来。

如果欲进行其他角度的拉拔和数据采集试验，只需将刚刚加载完毕的安装在刻度盘1末端的定位卡9拧下，将其安装到刻度盘1末端对应角度刻度线位置的螺丝孔10上，然后按前面所述方法即可完成试验过程。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置，其特征在于：包括一个滑道、刻度盘和加载钢丝绳，所述的滑道安装在支架I上；在滑道的顶面设有导轨，在所述的导轨上设有刻度盘，所述的刻度盘通过导轨沿着滑道来回滑动；所述的加载钢丝绳的一端为自由端，另一端依次穿过刻度盘的圆心、刻度盘刻度线的末端与一个加载砝码相连。

2.如权利要求1所述的可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置，其特征在于：刻度盘的圆心处装有用于定位加载钢丝绳初始位置的定位卡I，在刻度盘每条刻度线的末端均安装有用于定位加载钢丝绳终端方向的定位卡II。

3.如权利要求1所述的可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置，其特征在于：所述的刻度盘其背面通过加固杆件与加固板焊接。

4.如权利要求1所述的可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括伸缩支架II、滑轮，所述支架的顶端杆件成折形，杆件的端部安装一个滑轮，加载钢丝绳绕过滑轮连接一个加载砝码。

5.如权利要求4所述的可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置，其特征在于：所述的顶端杆件与水平方向成一定角度，且顶端杆件绕其下的支撑杆360度旋转。

6.如权利要求1所述的可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置，其特征在于：所述的试验装置还包括量测设备，所述的量测设备包括力传感器和激光位移传感器；所述的力传感器连接在加载钢丝绳上，用于实时监测拉拔荷载的大小；所述的激光位移传感器与加载砝码竖直对正，用于量测桶型基础模型的位移。

7.如权利要求6所述的可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置，其特征在于：所述的量测设备均通过导线与数据采集仪相连。

8.如权利要求4所述的可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置，其特征在于：所述的滑道为可左右拉伸调节的伸缩滑道，所述的支架I、支架II为上下高度可调的伸缩支架；所述的支架I、II的底部均设有支架底座，底座下设有滚轮，底座的制动通过制动卡来实现。

9.如权利要求1所述的可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置的试验方法，其特征在于：

步骤1.将桶形基础模型贯入或埋入到装有试验土模型箱的设计深度，通过移动支架I将试验装置置于模型箱上的某一位置，调节伸缩滑道的长度和支架I的高度，同时调整刻度盘的位置，使试验装置适应模型箱的大小，使刻度盘与桶形基础模型的加载点在同一平面；

步骤2确定拉拔角度，将加载钢丝绳的自由端固定在桶形基础模型的加载点上，另一端穿过刻度盘圆心处的定位卡I的定位圈，接着使加载钢丝绳沿确定的角度刻度线穿过固定在刻度盘末端定位孔上的另一定位卡II的定位圈，继续调整试验装置的高度及刻度盘的位置，使加载钢丝绳作用的桶形基础模型的加载点，圆心处的角度起始点，角度刻度线末端的角度终点在一条直线上；

步骤3调整支架II及其顶端滑轮到合理位置之后，加载钢丝绳绕过支架II顶端的滑轮，另一端放置加载砝码即可实现拉拔。

10.如权利要求1所述的可任意角度拉拔的桶形基础模型试验装置的试验方法，其特征在于：拉拔过程中，数据采集仪将力传感器和激光位移传感器监测到的荷载信息与桶型基础模型的位移数据实时采集下来。