CN105821913A - 地基基础模型试验用反力荷载施加装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种地基基础模型试验用反力荷载施加装置及试验方法，有效的解决了地基基础模型试验荷载施加过程中操作复杂、不灵活且没有办法有效准确的连续记录数据等问题；地基基础模型试验用反力荷载施加装置，包括承荷平台，其特征在于，承荷平台四周安装有架腿，架腿下方连接脚垫，承荷平台上方放置有配重块，承荷平台连接反力荷载传递装置，反力荷载传递装置包括托盘，托盘上方设有测平仪，托盘下方连接传力柱，传力柱上设置有电动千斤顶，电动千斤顶下方设有荷载盘，架腿上伸出有指针，指针连接数显百分表；本发明结构合理规范，使用方便，适用于各种规模的地基基础模型试验的荷载施加，施加方式便于控制，精度较高。

Description

地基基础模型试验用反力荷载施加装置及试验方法

技术领域

本发明涉及土木工程试验领域，特别是涉及一种地基基础模型试验用反力荷载施加装置及试验方法。

背景技术

在岩土工程中，地基和基础的受力情况往往较为复杂，很难通过简单的理论计算来确定某种形式的地基和基础的性能。人们为了研究地基基础的工程性能，通常需要进行不同尺寸的模型试验。施加荷载是进行模型试验的关键的一步，一般来讲人们施加荷载时通常需要根据施加荷载的不同不断调整配重，过程繁琐，且不能对荷载进行精确的控制。

同时，地基或者基础在既定荷载作用下的沉降，往往需要另外的手段来测量，这样既增大了操作的难度，降低了准确性，也没有办法获得其准确值。而且，荷载施加装置的支撑脚如果处理不当，往往会产生不均匀沉降，严重的干扰了试验的准确度。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种地基基础模型试验用反力荷载施加装置及试验方法，有效的解决了地基基础模型试验荷载施加过程中操作复杂、不灵活且没有办法有效准确的连续记录数据等问题。

其解决的技术方案是，地基基础模型试验用反力荷载施加装置，包括承荷平台，其特征在于，承荷平台四周安装有多个可伸缩的架腿，架腿下方连接脚垫，承荷平台上方放置有多个装配式配重块，承荷平台中心位置连接反力荷载传递装置，反力荷载传递装置包括托盘，托盘上方设有测平仪，托盘下方连接传力柱，传力柱上设置有电动千斤顶，电动千斤顶下方设有荷载盘，构成电动千斤顶控制荷载盘上下移动的结构，架腿上伸出有压在荷载盘上表面的指针，指针连接数显百分表，构成数显百分表可以显示荷载盘沉降的结构。

本发明还包括地基基础模型试验用反力荷载施加装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：安装试验装置

第1.1步，根据地基/基础试验模型尺寸，将各个可伸缩的承荷梁调整到要求的尺寸，使用“T”型管和正三通管将承荷梁连接成承荷平台，并穿过托盘上方的十字型钢管，将承荷平台与反力荷载传递装置连接到一起；

第1.2步，根据地基/基础试验模型尺寸，调节架腿的长度，拉动手柄使六棱块脱出凹槽，转动手柄，通过齿轮带动齿条运动，从而调节上架腿在下架腿内的长度，使得架腿总长度得以改变，根据上架腿上的刻度，将架腿长度设置好后，推动手柄使六棱块进入凹槽内，使得上架腿和下架腿的位置固定；

第1.3步，将架腿插入承荷平台四周的正三通管内，连接架腿与承荷平台，并将装置放置在实验地点；

第1.4步，将一定数量的配重块在承荷平台上方沿中心对称放置，如果承荷平台面积较小，可将配重块堆叠为多层；

第1.5步，观察测平仪，并根据测平仪调整脚垫的高度，使得承荷平台保持水平；

第二步：安装测量设备

第2.1步，将数显百分表的磁力座固定在架腿上，通过机械臂控制数显百分表，使数显百分表的指针垂直方向与荷载盘接触并产生压力，并将实现百分表归零操作，精度要求高时可设置多个数显百分表；

第2.2步，将电动千斤顶和数显百分表的接线连接到控制箱的电脑上；

第三步：试验方法与数据记录

第3.1步，安装好试验设备后，静置24小时，消除本身重量对地面沉降等造成的影响，提高试验的准确度；

第3.2步，将电动千斤顶和数显百分表归零，在电脑上设定施加荷载的方式和时间；

第3.3步，荷载施加

a.恒载时，在对应的程序上设定荷载和时间即可；

b.连续/逐级荷载时，在对应的程序上设定每级荷载和每级荷载所需的时间，每级荷载所需时间最小时间为10min；

第3.4步，将记录的数据保存为.Csv文件，以便用excel打开；

第四步：分析数据

将得到的试验数据进行汇总，根据数显百分表反馈的数据分析荷载盘的沉降情况，并根据数据运用算法消除荷载盘产生的不均匀沉降导致的试验误差。

本发明结构简单，合理规范，便于组装并可以根据需要来调节其高度和尺寸，使用方便，使用于各种规模的地基基础模型试验的荷载施加，施加方式便于控制，精度较高，而且可以同时记录连续试验的荷载和沉降。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明反力荷载传递装置的立体图；

图3是本发明脚垫的示意图；

图4是本发明架腿的示意图；

图5是图4的左视图；

图6是本发明承荷梁的示意图；

图7是本发明紧固装置的示意图；

图8是本发明施加恒载时的数据记录表；

图9是本发明施加逐级荷载时的数据记录表。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图9给出，地基基础模型试验用反力荷载施加装置，包括承荷平台3，其特征在于，承荷平台3四周安装有多个可伸缩的架腿2，架腿2下方连接脚垫1，承荷平台3上方放置有多个装配式配重块4，承荷平台3中心位置连接反力荷载传递装置5，反力荷载传递装置5包括托盘501，托盘501上方设有测平仪502，托盘501下方连接传力柱503，传力柱503上设置有电动千斤顶504，电动千斤顶504下方设有荷载盘505，构成电动千斤顶504控制荷载盘505上下移动的结构，架腿2上伸出有压在荷载盘505上表面的指针601，指针601连接数显百分表6，构成数显百分表6可以显示荷载盘505沉降的结构。

所述的脚垫1包括垫板101，垫板101为不同直径的刚性圆盘，垫板101上连接外管103，外管103周围设有刻度盘104，刻度盘104对应有置于101上的102，外管103与垫板101经螺纹105连接，构成外管101旋转后调节脚垫1高度的结构，外管103上方连接有支杆106，支杆106与外管103连接处设有钢珠107，构成外管103在支杆106外侧自由转动的结构，支杆106连接架腿2下端。

所述的架腿2包括上架腿201和下架腿202，上架腿201伸入下架腿202内部，上架腿201上设有可以读出架腿2长度的刻度212，上架腿201一侧设有齿条203，下架腿202上与齿条203对应边上设有可与齿条203啮合的齿轮204，构成齿轮204控制上架腿201在下架腿202内侧位置从而改变架腿2长度的结构，下架腿202上开设有宽度为齿轮204两倍的长条孔205，构成齿轮202可在长条孔205内移动的结构，长条孔205两侧设有支架206，支架206上连接转轴207，转轴207上设有位于支架206外侧的六棱块208，支架206外侧设有与六棱块208对应的六边形凹槽209，构成六棱块208进入凹槽209内将转轴207锁死不再转动的结构，转轴207一端设有位于六棱块208外侧的圆形手柄210，转轴207另一端设有堵头211，构成堵头211阻止转轴207从支架206上脱出的结构。

所述的托盘501上焊接有十字型钢管506。

所述的承荷平台3包括多个承荷梁303，承荷梁303插入到十字型钢管506内，构成承荷平台3与反力荷载传递装置5连接在一起的结构，承荷梁303端部经“T”型管310和正三通管311连接，构成承荷平台3稳定的结构。

所述的承荷梁303为内梁301和外梁302内外套接且可伸缩的结构，外梁302上在外梁302与内梁301接口处设有固定带304，固定带304上穿设有紧固装置305，紧固装置305包括圆形的压紧头306，压紧头306非圆心位置连接有可转动长杆307，长杆307端部连接有可转动短杆308，压紧头306上固接有压柄309。

所述的架腿2的上架腿201插入到正三通管311内。

所述的架腿2上固定数显百分表6的磁力座602，磁力座602上伸出有机械臂603，机械臂603连接数显百分表6，构成数显百分表6位置和角度可调的结构。

所述的电动千斤顶504和数显百分表6连接控制箱7，控制箱7内设有操作电脑8，构成操作电脑8控制电动千斤顶504的伸长和数显百分表6将数据反馈到电脑上8的结构。

本发明还包括地基基础模型试验用反力荷载施加装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：安装试验装置

第1.1步，根据地基/基础试验模型尺寸，将各个可伸缩的承荷梁303调整到要求的尺寸，使用“T”型管310和正三通管311将承荷梁303连接成承荷平台3，并穿过托盘501上方的十字型钢管506，将承荷平台3与反力荷载传递装置5连接到一起；

第1.2步，根据地基/基础试验模型尺寸，调节架腿2的长度，拉动手柄210使六棱块208脱出凹槽209，转动手柄210，通过齿轮204带动齿条203运动，从而调节上架腿201在下架腿202内的长度，使得架腿2总长度得以改变，根据上架腿201上的刻度212，将架腿2长度设置好后，推动手柄210使六棱块208进入凹槽209内，使得上架腿201和下架腿202的位置固定；

第1.3步，将架腿2插入承荷平台3四周的正三通管311内，连接架腿2与承荷平台3，并将装置放置在实验地点；

第1.4步，将一定数量的配重块4在承荷平台3上方沿中心对称放置，如果承荷平台3面积较小，可将配重块4堆叠为多层；

第1.5步，观察测平仪502，并根据测平仪502调整脚垫1的高度，使得承荷平台3保持水平；

第二步：安装测量设备

第2.1步，将数显百分表6的磁力座602固定在架腿2上，通过机械臂603控制数显百分表6，使数显百分表6的指针601垂直方向与荷载盘505接触并产生压力，并将数显百分表6归零操作，精度要求高时可设置多个数显百分表6；

第2.2步，将电动千斤顶504和数显百分表6的接线连接到控制箱7的电脑8上；

第三步：试验方法与数据记录

第3.1步，安装好试验设备后，静置24小时，消除本身重量对地面沉降等造成的影响，提高试验的准确度；

第3.2步，将电动千斤顶504和数显百分表6归零，在电脑8上设定施加荷载的方式和时间；

第3.3步，荷载施加

a.恒载时，在对应的程序上设定荷载和时间即可；

b.连续/逐级荷载时，在对应的程序上设定每级荷载和每级荷载所需的时间，每级荷载所需时间最小时间为10min；

第3.4步，将记录的数据保存为.Csv文件，以便用excel打开；

第四步：分析数据

将得到的试验数据进行汇总，根据数显百分表6反馈的数据分析荷载盘505的沉降情况，并根据数据运用算法消除荷载盘505产生的不均匀沉降导致的试验误差。

本发明相对于传统的试验装置，可以随时拆除与安装，便于携带，到试验地点再进行快速组装，节省时间与步骤，承荷平台所用承荷梁可以伸缩，可以根据试验场地的大小随时调整承荷平台的大小，架腿可以伸缩的结构可以适应试验场地的高低不平，且脚垫可以进行微调，保证承荷平台的受力平衡，多个数显百分表可以精确测量荷载盘的沉降，且能够消除不均匀沉降带来的试验误差，精度高，结果准确。

本发明结构简单，合理规范，便于组装并可以根据需要来调节其高度和尺寸，使用方便，使用于各种规模的地基基础模型试验的荷载施加，施加方式便于控制，精度较高，而且可以同时记录连续试验的荷载和沉降。

Claims (10)

1.一种地基基础模型试验用反力荷载施加装置，包括承荷平台（3），其特征在于，承荷平台（3）四周安装有多个可伸缩的架腿（2），架腿（2）下方连接脚垫（1），承荷平台（3）上方放置有多个装配式配重块（4），承荷平台（3）中心位置连接反力荷载传递装置（5），反力荷载传递装置（5）包括托盘（501），托盘（501）上方设有测平仪（502），托盘（501）下方连接传力柱（503），传力柱（503）上设置有电动千斤顶（504），电动千斤顶（504）下方设有荷载盘（505），构成电动千斤顶（504）控制荷载盘（505）上下移动的结构，架腿（2）上伸出有压在荷载盘（505）上表面的指针（601），指针（601）连接数显百分表（6），构成数显百分表（6）可以显示荷载盘（505）沉降的结构。

2.根据权利要求1所述的地基基础模型试验用反力荷载施加装置，其特征在于，所述的脚垫（1）包括垫板（101），垫板（101）为不同直径的刚性圆盘，垫板（101）上连接外管（103），外管（103）周围设有刻度盘（104），刻度盘（104）对应有置于（101）上的（102），外管（103）与垫板（101）经螺纹（105）连接，构成外管（101）旋转后调节脚垫（1）高度的结构，外管（103）上方连接有支杆（106），支杆（106）与外管（103）连接处设有钢珠（107），构成外管（103）在支杆（106）外侧自由转动的结构，支杆（106）连接架腿（2）下端。

3.根据权利要求1所述的地基基础模型试验用反力荷载施加装置，其特征在于，所述的架腿（2）包括上架腿（201）和下架腿（202），上架腿（201）伸入下架腿（202）内部，上架腿（201）上设有可以读出架腿（2）长度的刻度（212），上架腿（201）一侧设有齿条（203），下架腿（202）上与齿条（203）对应边上设有可与齿条（203）啮合的齿轮（204），构成齿轮（204）控制上架腿（201）在下架腿（202）内侧位置从而改变架腿（2）长度的结构，下架腿（202）上开设有宽度为齿轮（204）两倍的长条孔（205），构成齿轮（202）可在长条孔（205）内移动的结构，长条孔（205）两侧设有支架（206），支架（206）上连接转轴（207），转轴（207）上设有位于支架（206）外侧的六棱块（208），支架（206）外侧设有与六棱块（208）对应的六边形凹槽（209），构成六棱块（208）进入凹槽（209）内将转轴（207）锁死不再转动的结构，转轴（207）一端设有位于六棱块（208）外侧的圆形手柄（210），转轴（207）另一端设有堵头（211），构成堵头（211）阻止转轴（207）从支架（206）上脱出的结构。

4.根据权利要求1所述的地基基础模型试验用反力荷载施加装置，其特征在于，所述的托盘（501）上焊接有十字型钢管（506）。

5.根据权利要求4所述的地基基础模型试验用反力荷载施加装置，其特征在于，所述的承荷平台（3）包括多个承荷梁（303），承荷梁（303）插入到十字型钢管（506）内，构成承荷平台（3）与反力荷载传递装置（5）连接在一起的结构，承荷梁（303）端部经“T”型管（310）和正三通管（311）连接，构成承荷平台（3）稳定的结构。

6.根据权利要求5所述的地基基础模型试验用反力荷载施加装置，其特征在于，所述的承荷梁（303）为内梁（301）和外梁（302）内外套接且可伸缩的结构，外梁（302）上在外梁（302）与内梁（301）接口处设有固定带（304），固定带（304）上穿设有紧固装置（305），紧固装置（305）包括圆形的压紧头（306），压紧头（306）非圆心位置连接有可转动长杆（307），长杆（307）端部连接有可转动短杆（308），压紧头（306）上固接有压柄（309）。

7.根据权利要求5所述的地基基础模型试验用反力荷载施加装置，其特征在于，所述的架腿（2）的上架腿（201）插入到正三通管（311）内。

8.根据权利要求1所述的地基基础模型试验用反力荷载施加装置，其特征在于，所述的架腿（2）上固定数显百分表（6）的磁力座（602），磁力座（602）上伸出有机械臂（603），机械臂（603）连接数显百分表（6），构成数显百分表（6）位置和角度可调的结构。

9.根据权利要求1所述的地基基础模型试验用反力荷载施加装置，其特征在于，所述的电动千斤顶（504）和数显百分表（6）连接控制箱（7），控制箱（7）内设有操作电脑（8），构成操作电脑（8）控制电动千斤顶（504）的伸长和数显百分表（6）将数据反馈到电脑上（8）的结构。

10.一种上述地基基础模型试验用反力荷载施加装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：安装试验装置

第1.1步，根据地基/基础试验模型尺寸，将各个可伸缩的承荷梁（303）调整到要求的尺寸，使用“T”型管（310）和正三通管（311）将承荷梁（303）连接成承荷平台（3），并穿过托盘（501）上方的十字型钢管（506），将承荷平台（3）与反力荷载传递装置（5）连接到一起；

第1.2步，根据地基/基础试验模型尺寸，调节架腿（2）的长度，拉动手柄（210）使六棱块（208）脱出凹槽（209），转动手柄（210），通过齿轮（204）带动齿条（203）运动，从而调节上架腿（201）在下架腿（202）内的长度，使得架腿（2）总长度得以改变，根据上架腿（201）上的刻度（212），将架腿（2）长度设置好后，推动手柄（210）使六棱块（208）进入凹槽（209）内，使得上架腿（201）和下架腿（202）的位置固定；

第1.3步，将架腿（2）插入承荷平台（3）四周的正三通管（311）内，连接架腿（2）与承荷平台（3），并将装置放置在实验地点；

第1.4步，将一定数量的配重块（4）在承荷平台（3）上方沿中心对称放置，如果承荷平台（3）面积较小，可将配重块（4）堆叠为多层；

第1.5步，观察测平仪（502），并根据测平仪（502）调整脚垫（1）的高度，使得承荷平台（3）保持水平；

第二步：安装测量设备

第2.1步，将数显百分表（6）的磁力座（602固定在架腿（2）上，通过机械臂（603）控制数显百分表（6），使数显百分表（6）的指针（601）垂直方向与荷载盘（505）接触并产生压力，并将数显百分表（6）归零操作，精度要求高时可设置多个数显百分表（6）；

第2.2步，将电动千斤顶（504）和数显百分表（6）的接线连接到控制箱（7）的电脑（8）上；

第三步：试验方法与数据记录

第3.1步，安装好试验设备后，静置24小时，消除本身重量对地面沉降等造成的影响，提高试验的准确度；

第3.2步，将电动千斤顶（504）和数显百分表（6）归零，在电脑（8）上设定施加荷载的方式和时间；

第3.3步，荷载施加

a.恒载时，在对应的程序上设定荷载和时间即可；

b.连续/逐级荷载时，在对应的程序上设定每级荷载和每级荷载所需的时间，每级荷载所需时间最小时间为10min；

第3.4步，将记录的数据保存为.Csv文件，以便用excel打开；

第四步：分析数据

将得到的试验数据进行汇总，根据数显百分表（6）反馈的数据分析荷载盘（505）的沉降情况，并根据数据运用算法消除荷载盘（505）产生的不均匀沉降导致的试验误差。