CN105887946B - 一种模型桩组合式荷载的室内试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模型桩组合式荷载的室内试验装置，模型桩插设在模型槽内，该装置包括位于所述模型桩两侧的L形反力梁、位于模型桩顶部的主梁、通过滑轮和钢索与模型桩或主梁连接的加载装置，L形反力梁固定在模型槽的顶部，滑轮固定在L形反力梁上；当加载装置通过滑轮和钢索与主梁连接时，该加载装置对所述模型桩施加竖向载荷；当加载装置通过滑轮和钢索与模型桩连接时，该加载装置对所述模型桩施加水平载荷和弯矩。与现有技术相比，本发明能够对多层土中大尺寸多类型桩基模型进行组合荷载试验测试，能够控制水平荷载的施加高度以及调整竖向荷载的对于桩体的偏心，以控制桩身不同位置的弯矩，更好地分析桩基在组合荷载下的承载性状。

Description

一种模型桩组合式荷载的室内试验装置

技术领域

本发明涉及模型试验领域，具体涉及一种模型桩组合式荷载的室内试验装置。

背景技术

随着经济建设的快速发展，桩基技术在我国得到广泛应用，几乎已普及于全国所有工程建设领域中，具有广阔的发展前景。国内外很多学者在桩土相互作用机理方面进行了大量的探索并取得了很多成果，但由于土体属于复杂的三相介质，使得桩-土相互作用关系变得十分复杂，现有研究缺乏系统的理论分析与实测数据积累。随着桩基工程广泛使用，越来越多的情况下桩基所受荷载为竖向荷载与水平向荷载一定比率及顺序的组合。由于缺乏相应的研究及规范指导，工程实践中多采用将水平荷载与竖向荷载分别验算的方法，没有考虑荷载之间的相互影响，存在一定安全隐患。为了保证在竖向荷载与水平向荷载的组合作用下桩基承载与减沉的安全性，亟需系统深入开展在组合荷载作用下桩土相互作用机理方面的研究工作。室内模型试验作为一种重要研究手段，可以根据试验目的，通过较为精确设定和控制边界条件、桩土材料特性、组合荷载的施加顺序以及竖向荷载和水平荷载的比率，可以较好反映在组合荷载作用下桩土作用的一些重要特征，为开展在组合荷载作用下的桩土相互作用机理研究提供可靠的研究数据。

发明内容

本发明的目的就是完善现有组合荷载作用下桩土相互作用研究方法而提供一种能用于对室内模型桩施加竖向和水平向组合荷载的模型桩组合式荷载的室内试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种模型桩组合式荷载的室内试验装置，所述模型桩插设在模型槽内，所述室内试验装置包括位于所述模型桩两侧的L形反力梁、位于模型桩顶部的主梁、通过滑轮和钢索与所述模型桩或主梁连接的加载装置，所述L形反力梁固定在模型槽的顶部，所述滑轮固定在L形反力梁上；

当所述加载装置通过滑轮和钢索与所述主梁连接时，该加载装置对所述模型桩施加竖向载荷；

当所述加载装置通过滑轮和钢索与所述模型桩连接时，该加载装置对所述模型桩施加水平载荷和弯矩。

所述的L形反力梁包括两根相同的由两段槽钢焊接而成的L形梁，所述L形梁包括一条竖直边及一条水平边，所述水平边通过螺栓与所述模型槽固定；两根L形梁的竖直边之间设有一号连接杆，两根L形梁的水平边之间设有二号连接杆。其中，一号连接杆与两条竖直边连接的地方，在竖直边槽钢的两个侧板上开有条形槽孔，一号连接杆穿过四个槽孔固定，并且，一号连接杆可沿着槽孔上下移动，以调节施力位置。

所述的滑轮包括固定在一号连接杆上的一号滑轮、固定在二号连接杆上的二号滑轮、分别设置在两条水平边一端的两个三号滑轮以及固定在水平边轨道内且位于模型桩两侧的两个四号滑轮。其中，一号滑轮、二号滑轮及模型桩位于同一个平面内。

与四号滑轮位置相当的水平边槽钢的两个侧板也设有条形槽孔，四号滑轮以及两块侧板通过一个杆子连接起来，且杆子的两端设有调节螺杆，可以调节杆子在槽孔中移动，从而带动四号滑轮移动，使得四号滑轮可以准确地定位在模型桩的两侧。

加载装置包括一号加载装置、二号加载装置和两个三号加载装置，所述一号加载装置通过一号滑轮和钢索与所述模型桩连接，所述二号加载装置通过二号滑轮和钢索与所述模型桩连接，所述的三号加载装置依次通过设置在同一水平边上的三号滑轮、四号滑轮以及钢索与所述的主梁连接。

当一号加载装置通过一号滑轮和钢索与模型桩连接，或二号加载装置通过二号滑轮和钢索与模型桩连接时，所述模型桩的外侧套设扣具，所述扣具通过钢索和滑轮与所述加载装置连接。

所述扣具由钢板弯曲成圈状制成，所述圈状钢板的连接处穿孔并通过钢索固定连接。

所述的主梁与模型桩之间设有垫板，保证竖向荷载通过主梁能够均匀的施加在预制桩桩顶。

所述的加载装置可以选用砝码、千斤顶等任何可以施加相应拉力的装置。

所述的模型槽采用钢筋混凝土浇筑而成且埋置在地基中。

该装置在使用时，通过图示/说明内容与模型桩连接，利用自身的竖向加载及水平加载装置，实现对模型桩的竖向荷载、水平荷载及弯矩荷载的加载，通过辅助位移计等，实现对加载过程中位移及变形的量测。

在土木工程领域，对模型桩性能测试主要针对力学性能测试，所以所施加的外力包括水平载荷、竖向载荷以及弯矩，有了这三个基本荷载，其余的力学性能试验均可由这三个荷载组合，相应测试内容包括在上述一种或者几种荷载组合作用下的水平位移，竖向位移以及转角位移。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：突破了原有该类试验装置无法控制分别施加竖向荷载和水平荷载的限制，能够对多层土中大尺寸多类型桩基模型进行组合荷载试验测试，能够控制水平荷载的施加高度以及调整竖向荷载的对于桩体的偏心，以控制桩身不同位置的弯矩，更好地分析桩基在组合荷载下的承载性状；此外，原有试验装置对试桩埋设位置有较大限制，一般都是加载反力梁固定，试桩要求埋设于反力梁轴线下方位置，而本发明试验装置能够实现对布置在模型槽内大部分区域的试桩的加卸荷载。

附图说明

图1为本发明的侧视结构示意图；

图2为图1中区域A的局部放大示意图；

图3为图1中B区域的局部放大示意图；

图4为图3的正视图；

图5为本发明的正视结构示意图；

图6为扣具的结构示意图。

其中，1为模型槽，2为L形反力梁，3为主梁，4为垫板，5为扣具，61为一号滑轮，62为二号滑轮，63为三号滑轮，64为四号滑轮，7为钢索，81为一号加载装置，82为二号加载装置，83为三号加载装置，9为预埋螺栓，10为一号连接杆，11为螺杆基座，12为调节螺杆，13为模型桩，14为二号连接杆。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种模型桩组合式荷载的室内试验装置，其结构如图1～图5所示，试验时，首先根据试验要求将模型槽1内填满制备好的土体，模型槽1采用钢筋混凝土浇筑而成，且埋置在地基中，本实施例的模型槽1中共填充两层土体，本试验装置可以对预制桩进行预埋、静压设置试验，对灌注桩进行成孔浇筑成桩，适用范围比较广泛。

将模型桩13插设在模型槽1内，并在模型桩13两侧设置L形反力梁2，L形反力梁2包括两根相同的由两段槽钢焊接而成的L形梁，即每一根L形梁均包括一条竖直边及一条水平边，水平边通过预埋螺栓9与模型槽1固定；两根L形梁的竖直边之间设有一号连接杆10，两根L形梁的水平边之间设有二号连接杆14，在一号连接杆10上设有一号滑轮61，二号连接杆14上设有二号滑轮62，一号滑轮61、二号滑轮62和模型桩13位于同一平面内。其中，一号连接杆10与两条竖直边连接的地方，在竖直边槽钢的两个侧板上开有条形槽孔，一号连接杆10穿过四个槽孔固定，并且，一号连接杆可沿着槽孔上下移动，以调节施力位置。

模型桩13通过一号滑轮61和钢索7与一号加载装置81连接，模型桩13通过二号滑轮62和钢索7与二号加载装置82连接。

在模型桩13顶部设置主梁3，并在主梁3和模型桩13之间设有垫板4。主梁3的两侧分别通过钢索7、四号滑轮64和三号滑轮63与三号加载装置83连接，其中，与四号滑轮64位置相当的水平边槽钢的两个侧板也设有条形槽孔，四号滑轮64以及两块侧板通过一个杆子连接起来，且杆子的两端设有调节螺杆11和螺杆基座12，可以调节杆子在槽孔中移动，从而带动四号滑轮64移动，使得四号滑轮64可以准确地定位在模型桩13的两侧，如图3和图4所示。

一号加载装置81通过一号滑轮61和钢索7与模型桩13连接，或二号加载装置82通过二号滑轮62和钢索7与模型桩13连接时，模型桩13的外侧套设扣具5，该扣具5是由钢板弯曲成圈状制成，圈状钢板的连接处穿孔并通过钢索7固定连接。扣具的结构如图6所示。

当所述加载装置通过滑轮和钢索与所述主梁连接时，该加载装置对所述模型桩施加竖向载荷；

当所述加载装置通过滑轮和钢索与所述模型桩连接时，该加载装置对所述模型桩施加水平载荷和弯矩。

在进行试桩试验时，要根据试验要求将槽内填满制备好的土体，可以将土体按试验需要分层布置，静置一段时间后，将静压桩或灌注桩按照施工工艺在模型槽内埋设好，将L形反力梁用螺栓左右对称固定在试桩两侧。在桩身设计水平荷载加载位置套上扣具，在桩顶放上垫块和主梁，通过滑轮组连接好钢索和加载装置。通过调整一号滑轮使连接扣具的钢索水平，通过调整二号滑轮使连接主梁的钢索竖直。这样，即可施加纯水平荷载、纯竖向荷载、纯弯矩以及两种或者三种荷载的组合，进行试桩加载试验。试验过程中，在加载装置上放上砝码即为加载，取下砝码即为卸载。在水平荷载作用下，试桩顶端会发生位移，要调整二号滑轮使连接主梁的钢索保持竖直。本装置可加设位移监测装置，同时进行桩体位移监测，和载荷数据一起可以分析在组合荷载作用下桩身的承载特性变化，进而可以对桩土相互作用规律进行分析。

Claims (7)

1.一种模型桩组合式荷载的室内试验装置，所述模型桩插设在模型槽内，其特征在于，所述室内试验装置包括位于所述模型桩两侧的L形反力梁、位于模型桩顶部的主梁、通过滑轮和钢索与所述模型桩或主梁连接的加载装置，所述L形反力梁固定在模型槽的顶部，所述滑轮固定在L形反力梁上；

当所述加载装置通过滑轮和钢索与所述主梁连接时，该加载装置对所述模型桩施加竖向载荷；

当所述加载装置通过滑轮和钢索与所述模型桩连接时，该加载装置对所述模型桩施加水平载荷和弯矩。

2.根据权利要求1所述的一种模型桩组合式荷载的室内试验装置，其特征在于，所述的L形反力梁包括两根相同的由两段槽钢焊接而成的L形梁，所述L形梁包括一条竖直边及一条水平边，所述水平边通过螺栓与所述模型槽固定；两根L形梁的竖直边之间设有一号连接杆，两根L形梁的水平边之间设有二号连接杆。

3.根据权利要求2所述的一种模型桩组合式荷载的室内试验装置，其特征在于，所述的滑轮包括固定在一号连接杆上的一号滑轮、固定在二号连接杆上的二号滑轮、分别设置在两条水平边一端的两个三号滑轮以及固定在水平边轨道内且位于模型桩两侧的两个四号滑轮。

4.根据权利要求3所述的一种模型桩组合式荷载的室内试验装置，其特征在于，加载装置包括一号加载装置、二号加载装置和两个三号加载装置，所述一号加载装置通过一号滑轮和钢索与所述模型桩连接，所述二号加载装置通过二号滑轮和钢索与所述模型桩连接，所述的三号加载装置依次通过设置在同一水平边上的三号滑轮、四号滑轮以及钢索与所述的主梁连接。

5.根据权利要求4所述的一种模型桩组合式荷载的室内试验装置，其特征在于，当一号加载装置通过一号滑轮和钢索与模型桩连接，或二号加载装置通过二号滑轮和钢索与模型桩连接时，所述模型桩的外侧套设扣具，所述扣具通过钢索和滑轮与所述加载装置连接。

6.根据权利要求5所述的一种模型桩组合式荷载的室内试验装置，其特征在于，所述扣具由钢板弯曲成圈状制成，所述圈状钢板的连接处穿孔并通过钢索固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种模型桩组合式荷载的室内试验装置，其特征在于，所述的主梁与模型桩之间设有垫板。