CN107703051B - 一种循环荷载下土体与基础相互作用的三向加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环荷载下土体与基础相互作用的三向加载装置，包括三向加载装置框架，还包括垂直加载装置、水平加载装置和摆动加载装置，本发明是使用正交垂直运动和圆弧摆动实现三向加载功能。构造简单，造价低，且工作的稳定性高。

Description

一种循环荷载下土体与基础相互作用的三向加载装置

技术领域

本发明属于土体与桩基础相互作用模拟试验的岩土工程领域，具体涉及一种循环荷载下土体与基础相互作用的三向加载装置，可应用于对不同组合荷载作用下基础与土体相互作用的应力分布、变形形状、土压力与孔隙水压力演化规律的有效测量。

技术背景

在桩土相互作用试验模拟上，由于加载方式包括动态、静态、水平荷载、垂直荷载和扭转荷载，普通仪器很难全部实现，通常荷载可以施加水平荷载和垂直荷载，而桩基的扭矩荷载不易实现，同时加载装置的现实比较复杂，装置的可靠性比较差。

为了克服先前上述主要缺点和不足，有必要设计一种能有效实现多种荷载的三向加载装置，为模拟桩土相互提供必要的加载模块。

发明内容

本发明的目的是在针对现有技术存在的上述问题，提供一种循环荷载下土体与基础相互作用的三向加载装置，实现桩基的动态、静态、水平、垂直和扭转多种荷载。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种循环荷载下土体与基础相互作用的三向加载装置，包括三向加载装置框架，还包括垂直加载装置、水平加载装置和摆动加载装置，

垂直加载装置包括垂向加载支撑、垂向作动器、垂向位移传感器、垂向负载传感器安装支座和垂向加载支撑导轨。

垂向位移传感器连接垂向作动器，垂向作动器的固定端固定于垂向加载支撑上，垂向作动器的伸缩端连接垂向负载传感器，垂向负载传感器固定于垂向负载传感器安装支座上，垂向负载传感器安装支座固定在水平加载装置的水平加载支撑上，垂向加载支撑固定于三向加载装置框架，垂向加载支撑导轨固定在垂向加载支撑上，水平加载支撑上设置有与垂向加载支撑导轨适配连接的垂向滑块，

水平加载装置包括水平作动器、水平位移传感器、水平加载支撑、水平负载传感器、水平负载传感器安装支座和水平加载支撑导轨，

水平位移传感器连接水平作动器，水平作动器的固定段固定于水平加载支撑上，水平作动器的伸缩端连接水平负载传感器，水平负载传感器固定在水平负载传感器安装支座上，水平负载传感器安装支座固定于摆动加载装置的摆动加载支撑上，水平加载支撑上设置有水平加载支撑导轨，摆动加载支撑上设置有与水平加载支撑导轨适配的水平向滑块，

摆动加载装置包括摆动位移传感器、摆动作动器、摆动加载支撑、摆动负载传感器、摆动加载框、滑块圆轴、扇形结构、扇形结构支座、上导轮与下导轮，

摆动位移传感器连接摆动作动器，摆动作动器的固定端固定于摆动加载支撑上，摆动作动器的伸缩端连接摆动负载传感器，摆动负载传感器固定于摆动加载框的侧部，

摆动加载框内设置有摆动作动器加载滑块，摆动作动器加载滑块套设固定在滑块圆轴上，滑块圆轴活动贯穿扇形结构，扇形结构与扇形结构支座固定，扇形结构支座位于扇形结构所在的圆心，摆动加载支撑上设置有上导轮和下导轮，扇形结构卡设在上导轮与下导轮之间。

如上所述的三向加载装置框架固定在三向加载装置固定框架上，三向加载装置固定框架底部设置有三向加载仪框架移动导轨。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1、该发明可以实现垂直向、水平和扭转的同时拟静态加载；

2、该发明可以实现垂直向、水平和扭转的同时动态加载；

3、该发明既可以单独施加任一载荷，也可以施加垂直向、水平和扭转中任意两个自由度组合加载；

4、该发明可以实现垂直向、水平和扭转中任意两个自由度组合或三个自由度复合的同步或异步加载。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为三向加载装置固定框架的结构示意图；

图3为垂直加载装置的外部整体结构示意图；

图4为垂直加载装置与水平加载装置连接整体结构示意图；

图5为水平加载装置的外部整体结构示意图；

图6为垂向加载支撑与水平加载支撑连接结构示意图；

图7为摆动加载装置的结构示意图；

图8为摆动加载框与扇形结构连接结构示意图；

图9为摆动加载框的连接结构示意图；

图10为扇形结构的结构示意图。

其中：1—三向加载装置框架、2—三向加载装置固定框架、3—垂直加载装置、4—水平加载装置、5—摆动加载装置、7—三向加载仪框架移动导轨、31—垂向位移传感器、32—垂向作动器、33—垂向负载传感器安装支座、34—垂向加载支撑导轨、35—垂向加载支撑、36—垂直负载传感器、37—垂向滑块、41—水平加载支撑、42—水平作动器、43—水平位移传感器、44—水平负载传感器安装支座、45—水平加载支撑、46—水平负载传感器、47—水平加载支撑导轨、48—水平向滑块、51—摆动作动器、52—摆动位移传感器、53—摆动负载传感器、54—摆动加载支撑、61—下导轮、62—扇形结构、63—摆动作动器加载滑块、64—扇形结构支座、65—上导轮、66—摆动加载框、67—滑块圆轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种循环荷载下土体与基础相互作用的三向加载装置，包括三向加载装置框架1、垂直加载装置3、水平加载装置4、摆动加载装置5和三向加载仪框架移动导轨7。

三向加载装置框架1固定在三向加载装置固定框架2上。

如图2所示，三向加载装置固定框架2由钢制材料组成，保证固定的强度。

如图3、4、5、6所示，垂直加载装置3包括垂向加载支撑35、垂向作动器32、垂向位移传感器31、垂向负载传感器安装支座33和垂向加载支撑导轨34。

垂向位移传感器31连接垂向作动器32，垂向作动器32的固定端固定于垂向加载支撑35上，垂向作动器32的伸缩端连接垂向负载传感器36，垂向负载传感器36固定于垂向负载传感器安装支座33上，垂向负载传感器安装支座33固定在水平加载装置4的水平加载支撑45上，垂向加载支撑35固定于三向加载装置框架1，垂向加载支撑导轨34固定在垂向加载支撑35上，水平加载支撑45上设置有与垂向加载支撑导轨34适配连接的垂向滑块37。

垂向位移传感器31用于测量垂向作动器32的伸缩端的伸缩位移，垂向负载传感器36用于测量垂向加载的压力，垂向作动器32的伸缩端通过推动水平加载支撑45，将垂向加载力传递到水平加载装置4，垂向加载支撑导轨34和垂向滑块37使垂向加载装置3和水平加载装置4互不影响和降低摩擦。

如图3、4、5、6、7所示，水平加载装置4包括水平作动器42、水平位移传感器43、水平加载支撑45、水平负载传感器46、水平负载传感器安装支座44和水平加载支撑导轨47。

水平位移传感器43连接水平作动器42，水平作动器42的固定段固定于水平加载支撑45上，水平作动器42的伸缩端连接水平负载传感器46，水平负载传感器46固定在水平负载传感器安装支座44上，水平负载传感器安装支座44固定于摆动加载装置5的摆动加载支撑54上，水平加载支撑45上设置有水平加载支撑导轨47，摆动加载支撑54上设置有与水平加载支撑导轨47适配的水平向滑块48。

水平位移传感器43用于测量水平作动器42的伸缩端的伸缩位移，水平负载传感器46用于测量水平加载的压力，水平作动器42的伸缩端通过推动摆动加载支撑54，将水平加载力传递到摆动加载装置5，水平加载支撑导轨47和水平向滑块48使摆动加载装置5和水平加载装置4之间自由水平运动。

如图3、4、7、8所示，摆动加载装置5包括摆动位移传感器52、摆动作动器51、摆动加载支撑54、摆动负载传感器53、摆动加载框66、滑块圆轴67、扇形结构62、扇形结构支座64、上导轮65与下导轮61。

摆动位移传感器52连接摆动作动器51，摆动作动器51的固定端固定于摆动加载支撑54上，摆动作动器51的伸缩端连接摆动负载传感器53，摆动负载传感器53固定于摆动加载框66的侧部。

如图7、8、9、10所示，摆动加载框66内设置有摆动作动器加载滑块63，摆动作动器加载滑块63套设固定在滑块圆轴67上，滑块圆轴67活动贯穿扇形结构62，扇形结构62与扇形结构支座64固定，扇形结构支座64位于扇形结构62所在的圆心，摆动加载支撑54上设置有上导轮65和下导轮61，扇形结构62卡设在上导轮65与下导轮61之间。并在上导轮65与下导轮61的限位下沿圆弧轨迹转动。

垂向作动器32、水平作动器42和摆动作动器51最后作用点都在于扇形结构支座64，水平运动是建立在垂直运动基础上，摆动运动是建立在垂直+水平运动之上。

如图8所示，摆动作动器51作伸缩运动，带动摆动加载框66做伸缩运动，进而带动扇形结构62沿圆弧轨迹转动，由于扇形结构62沿圆弧轨迹转动转动时，滑块圆轴67与扇形结构62的连接点位置会向下或向上偏移，摆动作动器加载滑块63会在摆动加载框66上下运动，摆动加载框66为摆动作动器加载滑块63提供上下运动冗余空间，以免扇形结构62在沿圆弧轨迹转动时限位卡死，扇形结构62带动扇形结构支座64作摆动为试样施加扭矩荷载。

三向加载装置固定框架2底部设置有三向加载仪框架移动导轨7。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种循环荷载下土体与基础相互作用的三向加载装置，包括三向加载装置框架（1），其特征在于，还包括垂直加载装置（3）、水平加载装置（4）和摆动加载装置（5），

垂直加载装置（3）包括垂向加载支撑（35）、垂向作动器（32）、垂向位移传感器（31）、垂向负载传感器安装支座（33）和垂向加载支撑导轨（34），

垂向位移传感器（31）连接垂向作动器（32），垂向作动器（32）的固定端固定于垂向加载支撑（35）上，垂向作动器（32）的伸缩端连接垂向负载传感器（36），垂向负载传感器（36）固定于垂向负载传感器安装支座（33）上，垂向负载传感器安装支座（33）固定在水平加载装置（4）的水平加载支撑(45)上，垂向加载支撑（35）固定于三向加载装置框架（1），垂向加载支撑导轨（34）固定在垂向加载支撑（35）上，水平加载支撑（45）上设置有与垂向加载支撑导轨（34）适配连接的垂向滑块（37），

水平加载装置（4）包括水平作动器（42）、水平位移传感器（43）、水平加载支撑（45）、水平负载传感器（46）、水平负载传感器安装支座（44）和水平加载支撑导轨（47），

水平位移传感器（43）连接水平作动器（42），水平作动器（42）的固定段固定于水平加载支撑（45）上，水平作动器（42）的伸缩端连接水平负载传感器（46），水平负载传感器（46）固定在水平负载传感器安装支座（44）上，水平负载传感器安装支座（44）固定于摆动加载装置（5）的摆动加载支撑（54）上，水平加载支撑（45）上设置有水平加载支撑导轨（47），摆动加载支撑（54）上设置有与水平加载支撑导轨（47）适配的水平向滑块（48），

摆动加载装置（5）包括摆动位移传感器（52）、摆动作动器（51）、摆动加载支撑（54）、摆动负载传感器（53）、摆动加载框（66）、滑块圆轴（67）、扇形结构（62）、扇形结构支座（64）、上导轮（65）与下导轮（61），

摆动位移传感器（52）连接摆动作动器（51），摆动作动器（51）的固定端固定于摆动加载支撑（54）上，摆动作动器（51）的伸缩端连接摆动负载传感器（53），摆动负载传感器（53）固定于摆动加载框（66）的侧部，

摆动加载框（66）内设置有摆动作动器加载滑块（63），摆动作动器加载滑块（63）套设固定在滑块圆轴（67）上，滑块圆轴（67）活动贯穿扇形结构（62），扇形结构（62）与扇形结构支座（64）固定，扇形结构支座（64）位于扇形结构（62）所在的圆心，摆动加载支撑（54）上设置有上导轮（65）和下导轮（61），扇形结构（62）卡设在上导轮（65）与下导轮（61）之间，扇形结构（62）在上导轮（65）与下导轮（61）的限位下沿圆弧轨迹转动。

2.根据权利要求1所述的一种循环荷载下土体与基础相互作用的三向加载装置，其特征在于，所述的三向加载装置框架（1）固定在三向加载装置固定框架（2）上，三向加载装置固定框架（2）底部设置有三向加载仪框架移动导轨（7）。