CN108225261B - 用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置及方法，包括底座、模拟桩、连杆、两个位移传感器；模拟桩的底部刚性连接一个底座，模拟桩的顶部套装一个空心加载板，且模拟桩与一个套筒相连，在套筒的顶部设有一个实心加载板；且在套筒的侧壁上开设有中空槽；两个位移传感器中一个用于测量空心加载板的位移；另一个位移传感器测量移动板件的位移，所述的移动板件水平设置，且其一端穿过套筒上的中空槽悬空，另一端位于套筒内与一个竖直设置的连杆刚性相连，连杆底部与所述底座相连；通过一个传感器将桩顶沉降等效为加载板的竖向位移；将桩端沉降等效转化到底座上，桩端沉降就等于移动板件竖向位移。

Description

用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种模型试验观测装置，特别涉及一种用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置及方法。

背景技术

模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法，通过在比例缩小或等比模型上进行相应的试验，获取相关数据及检查设计缺陷，已成为工程领域最为主要的研究手段之一。桩基础是我国现阶段广泛使用的主要基础形式之一，合理使用桩基础既能有效地控制建(构)筑物沉降变形，又能提高建(构)筑物的抗震性能，从而确保建(构)筑物的长期安全使用。

桩基承载力与沉降是桩基设计中最主要的内容，而其中桩基沉降包括桩顶沉降和桩端沉降，所以在桩基模型试验中观测桩基沉降具有不可替代的研究作用。但是桩端一般都深入土样中，目前常规的观测方法不易整体控制且容易引起边界条件的变化，从而影响模型试验结果的准确性和效果，所以很难观测桩端沉降，更难同时观测桩顶和桩端沉降。为保证顺利精确观测桩基沉降，急需发明一种用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置。

发明内容

本发明为克服上述技术的不足，提供一种结构简单、操作简便、价格低廉、精度较高、可有效用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，其特征在于：一将桩顶沉降转化到加载板上，二通过细金属杆将桩端沉降等效转化为薄钢条竖向位移，最后分别用位移传感器同时观测桩顶桩端沉降。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，包括底座、模拟桩、连杆、空心加载板、套筒、移动板件、实心加载板和两个位移传感器；

所述的模拟桩的底部刚性连接一个底座，模拟桩的顶部套装一个空心加载板，且模拟桩与一个套筒相连，在套筒的顶部设有一个实心加载板；且在所述的套筒的侧壁上开设有中空槽；两个所述的位移传感器中一个用于测量空心加载板的位移，进而得到桩基桩顶的位移；另一个位移传感器测量移动板件的位移，所述的移动板件水平设置，且其一端穿过套筒上的中空槽悬空，另一端位于套筒内与一个竖直设置的连杆刚性相连，所述的连杆底部与所述底座相连；

本申请通过一个传感器将桩顶沉降等效为加载板的竖向位移，然后利用位移传感器将其竖向位移观测出来；将桩端沉降等效转化到底座上，底座与连杆固定，连杆与移动板件固定，因为其不受加压荷载影响，所以桩端沉降就等于移动板件竖向位移，然后利用位移传感器将其竖向位移观测出来。

进一步的，所述模拟桩充当桩基模型试验所用桩(桩基模型试验所用桩的材料、桩径、桩长可以根据试验要求自行定制)，模拟桩与底座内外径大小保持一致，保证桩端能正好套入底座内，实现与底座的刚性连接；且所述连杆能在模拟桩内自由移动。

进一步的，所述底座中心设有螺纹孔，所述螺纹孔的孔径与连杆一端螺纹外径一致，保证能与连杆一端扭紧固定。

进一步的，所述连杆直径较小，保证能在模拟桩与套筒内自由移动。模拟桩具有一定刚度，保证自由竖直放置几乎没有弯曲。连杆长度略大于模拟桩长度，保证其上端能伸出到套筒的开孔中心处。

连杆的两端有螺丝纹，保证一端与底座固定，另一端与板件一端牢牢固定。

进一步的，所述套筒的中空槽保证能让移动板件在试验过程中自由移动。套筒一端与模拟桩水平稳定对接，另一端与加载板水平稳定对接；套筒的管径大于连杆直径，保证连杆能上下自由移动。

进一步的，所述移动板件一端用螺帽与细金属杆一端固定，保证其近乎水平；另一端接位移传感器。

进一步的，所述空心加载板，其中心打孔保证连杆能上下自由移动，其上接位移传感器；另一个为实心加载板，放到装置最上面保证加载均匀受力。

进一步的，所述两个位移传感器安装在支撑框架上，所述的支撑框架为固定两个位移传感器位置，方便观测数据。

安装应用上述用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，包括以下步骤：

(1)将模拟桩下端镶入底座上，按试验要求一埋入试验土样中，埋入过程中保持模拟桩竖直；

(2)将连杆插进模拟桩与底下的底座螺丝纹孔扭紧固定住，保证整体竖直，把空心加载板和套筒依次正中对齐平稳放在模拟桩正上方，将移动板件伸入套筒侧孔与连杆一端用螺帽固定，将实心加载板正中对齐平稳放在所述套筒上方；

(3)将两位移传感器固定到支撑框架合适位置，一个与露出来的移动板件一端连接，另一个与空心加载板连接，将位移传感器连线接到显示系统上；

(4)检查整套装置是否对齐居中，确保准备就绪；

(5)启动加压装置，记录相关数据。

本发明根据实际应用需要，在分析了早先桩基模型试验观测桩端沉降的缺点与不足的基础上进行改进与研发，可有效观测桩基模型试验桩顶桩端沉降。具有以下优点：

(1)本发明整个装置结构简单，易于组装操作，提高了工作效率；

(2)本发明使模型试验中无需在试验土样内部安装观测元件，在一定程度上保证了试验土样的完整性，提高了试验结果的精确度，减少了给实验带来的误差的可能性。

(3)本发明能同时观测桩基模型试验的桩顶沉降和桩端沉降，为试验数据提供了可靠保证。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是装置主图结构示意图；

图2是上部结构示意图；

图3是下部结构示意图；

图4是上部局部结构示意图；

其中1—铝制底座；2—铝管；3—细金属杆；4—空心加载板；5—钢制套筒；6—薄钢条；7—实心加载板；8—位移传感器；9—支撑框架。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中桩端一般都深入土样中，目前常规的观测方法不易整体控制且容易引起边界条件的变化，从而影响模型试验结果的准确性和效果，所以很难观测桩端沉降，更难同时观测桩顶和桩端沉降。为保证顺利精确观测桩基沉降，急需发明一种用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，包括铝制底座1、铝管2、细金属杆3、空心加载板4、钢制套筒5、薄钢条6、实心加载板7、位移传感器8两个、支撑框架9。将桩顶沉降等效为空心加载板7的竖向位移，然后利用位移传感器8将其竖向位移观测出来；将桩端沉降等效转化到铝制底座1上，铝制底座1与细金属杆3固定，细金属杆3与薄钢条6固定，因为其不受加压荷载影响，所以桩端沉降就等于薄钢条6竖向位移，然后利用位移传感器8将其竖向位移观测出来。

铝管2充当桩基模型试验所用的模拟桩(桩基模型试验所用桩的材料、桩径、桩长可以根据试验要求自行定制)，铝管2与铝制底座1内外径大小保持一致，保证桩端能完美套入铝制底座1内和细金属杆3能在铝管2内自由移动。

利用细金属杆代替连杆；移动板件采用薄钢条6代替；

所述铝制底座1中心开螺丝纹小孔，孔径与细金属杆3一端螺丝纹外径一致，保证能与细金属杆3一端扭紧固定。

所述细金属杆3直径较小，保证能在铝管2与钢制套筒5内自由移动。细金属杆3具有一定刚度，保证自由竖直放置几乎没有弯曲。细金属杆3长度略大于铝管2长度，保证其上端能伸出到钢制套筒5的开孔中心处。细金属杆3两端有螺丝纹，保证一端与铝制底座1固定，另一端用螺帽与薄钢条6一端牢牢固定。

所述钢制套筒5侧面开一矩形小孔，保证能让薄钢条6在试验过程中自由移动。钢制套筒5一端能与空心加载板4水平稳定对接，另一端能与实心加载板7水平稳定对接。筒径大于细金属杆3直径，保证细金属杆3能自由移动。

所述薄钢条6一端用螺帽与细金属杆3一端固定，保证其近乎水平。另一端接位移传感器8。

所述空心加载板4和实心加载板7钢制。一个中心打孔保证细金属杆3能自由移动，其上接位移传感器8。另一个为实心圆板，放到装置最上面保证加载均匀受力。

所述支撑框架9作用为固定位移传感器8位置，方便观测数据。

安装应用上述用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，包括以下步骤：

(1)将铝管2下端镶入铝制底座1上，按试验要求一埋入试验土样中，埋入过程中保持管件竖直；

(2)将细金属杆3插进铝管2与底下铝制底座1螺丝纹孔扭紧固定住，保证整体竖直，把空心加载板4和钢制套筒5依次正中对齐平稳放在铝管2正上方，将薄钢条6伸入钢制套筒5侧孔与细金属杆3一端用螺帽固定，将实心加载板7正中对齐平稳放在钢制套筒5上方；

(3)将两位移传感器8固定到支撑框架9合适位置，一个与露出来的薄钢条6一端连接，另一个与空心加载板4连接，将位移传感器8连线接到显示系统上；

(4)检查整套装置是否对齐居中，确保准备就绪；

(5)启动加压装置，记录相关数据。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，其特征在于，包括底座、模拟桩、连杆、空心加载板、套筒、移动板件、实心加载板和两个位移传感器；

所述的模拟桩的底部刚性连接一个底座，模拟桩的顶部套装一个空心加载板，且模拟桩与一个套筒相连，在套筒的顶部设有一个实心加载板；且在所述的套筒的侧壁上开设有中空槽；两个所述的位移传感器中一个用于测量空心加载板的位移，进而得到桩基桩顶的位移；另一个位移传感器测量移动板件的位移，所述的移动板件水平设置，且其一端穿过套筒上的中空槽悬空，另一端位于套筒内与一个竖直设置的连杆刚性相连，所述的连杆底部与所述底座相连；

通过一个传感器将桩顶沉降等效为空心加载板的竖向位移，然后利用位移传感器将其竖向位移观测出来；将桩端沉降等效转化到底座上，底座与连杆固定，连杆与移动板件固定，因为底座其不受加压荷载影响，所以桩端沉降就等于移动板件竖向位移，然后利用位移传感器将其竖向位移观测出来。

2.如权利要求1所述的用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，其特征在于，所述模拟桩的直径与底座内外径大小保持一致，保证桩端能正好套入底座内，实现与底座的刚性连接；且所述连杆能在模拟桩内上下自由移动。

3.如权利要求1所述的用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，其特征在于，所述底座中心设有螺纹孔，所述螺纹孔的孔径与连杆一端螺纹外径一致，保证能与连杆一端扭紧固定。

4.如权利要求1所述的用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，其特征在于，所述模拟桩具有一定刚度。

5.如权利要求1所述的用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，其特征在于，所述连杆长度略大于模拟桩长度，保证其上端能伸出到套筒的中空槽处；连杆的两端有螺丝纹，一端与底座固定，另一端与移动板件固定。

6.如权利要求1所述的用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，其特征在于，所述套筒的中空槽保证能让移动板件在试验过程中自由移动。

7.如权利要求1所述的用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，其特征在于，套筒的管径大于连杆直径，保证连杆能上下自由移动。

8.如权利要求1所述的用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，其特征在于，所述空心加载板，其中心打孔保证连杆能上下自由移动，其上接位移传感器；所述的实心加载板，放到装置最上面保证加载均匀受力。

9.如权利要求1所述的用于桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置，其特征在于，所述两个位移传感器安装在支撑框架上，所述的支撑框架为固定两个位移传感器位置。

10.利用权利要求1-9任一所述的桩基模型试验的桩顶和桩端沉降同时观测装置进行试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1将模拟桩下端镶入底座上，按试验要求一埋入试验土样中，埋入过程中保持模拟桩竖直；

步骤2将连杆插进模拟桩与底下的底座螺丝纹孔扭紧固定住，保证整体竖直，把空心加载板和套筒依次正中对齐平稳放在模拟桩正上方，将移动板件伸入套筒侧孔与连杆一端用螺帽固定，将实心加载板正中对齐平稳放在所述套筒上方；

步骤3将两位移传感器固定到支撑框架合适位置，一个与露出来的移动板件一端连接，另一个与空心加载板连接，将位移传感器连线接到显示系统上；

步骤4检查整套装置是否对齐居中，确保准备就绪；

步骤5启动加压装置，记录相关数据。

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