CN108914993A - 一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统 - Google Patents

Abstract

一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，固定钢梁底部与地面之间支设有多个支架，且通过螺杆与地面之间固接；加载钢梁底部的一端与地面之间支设有支架，且通过螺杆与地面之间固接，其底部的另一端与地面之间支设有千斤顶，且开设有纵向通孔，穿设于纵向通孔中的压力螺杆的下端固定于地面上，压力螺杆的上部套装有锁紧螺母；结构模型的下端的四个支座两两的分别与固定钢梁和加载钢梁固定连接；结构模型的上部通过钢丝绳连接加载平台，加载平台上放置有若干个加载砝码；伺服作动器的底座端与反力墙固定连接、伸缩端与结构模型左侧的顶部固定连接。该试验系统为结构物在地基不均匀沉降以及水平荷载作用下的安全性能研究提供理论依据。

Description

一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统

技术领域

本发明涉及一种试验系统，具体是一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统。

背景技术

随着经济的快速发展，土地资源日趋紧张，许多结构物不得不建在地质软弱、多年冻土、地铁开挖或矿山开采地区。这些地区地质条件恶劣，多会造成地基开裂、不均匀沉降等，同时，结构物也要承受风荷载，即水平荷载作用，这些外部条件对结构物的安全存在严重影响。

目前，由于设计理论的局限性和缺陷，使得现有结构物的防灾控制措施不尽合理，为确保结构物在地基不均匀沉降和水平荷载作用下的结构安全性，急需设计一种构造简单，安装方便，通用性强的结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，以开展结构物地基不均匀沉降与水平荷载作用的试验研究。

发明内容

本发明提供一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，该试验系统能模拟水平荷载和地面不均匀沉降作用，其构造简单、安装方便，造价低，通用性好，能用于进行结构物或建筑物在水平荷载和地面不均匀沉降作用下的破坏机理和抗风极限承载力的研究，能为结构物在地基不均匀沉降以及水平荷载作用下的安全性能研究提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明提供一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，包括反力墙、结构模型、固定钢梁和加载钢梁；

反力墙、固定钢梁和加载钢梁由左到右依次相平行地设置；

固定钢梁底部与地面之间支设有沿其长度方向均匀分布的多个支架，固定钢梁通过沿其长度方向均匀分布的固定螺杆A与地面之间固定连接；加载钢梁底部的一端与地面之间支设有支架，且通过固定螺杆A与地面之间固定连接，其底部的另一端与地面之间支设有千斤顶，且开设有纵向通孔；穿设于所述纵向通孔中的压力螺杆的下端固定于地面上，压力螺杆在位于加载钢梁以上的部分套装有锁紧螺母；

所述结构模型的下端具有四个支座，位于左侧的两个支座分别与固定钢梁的前部和后部固定连接；位于右侧的两个支座分别与加载钢梁的前部和后部固定连接；结构模型的上部通过钢丝绳连接有悬设于结构模型内部的加载平台，所述加载平台上放置有均匀排布的若干个加载砝码；

在反力墙和结构模型之间水平地设置有伺服作动器，伺服作动器的底座与反力墙固定连接，伺服作动器的伸缩端与结构模型左侧的顶部固定连接。

进一步地，所述伺服作动器的数量为两个，两个伺服作动器分别设置在结构模型左侧的前部和后部。

进一步地，在千斤顶的顶端与加载钢梁之间设置有压力传感器，所述伺服作动器和压力传感器均与计算机连接。

进一步地，所述结构模型的支座与固定钢梁及加载钢梁之间均通过连接螺栓连接。

进一步地，在反力墙的左侧设置有钢垫板，伺服作动器通过依次贯穿钢垫板、反力墙和伺服作动器底座的固定螺杆B及套装在固定螺杆B上的螺母固定在反力墙上。

进一步地，所述千斤顶在完全收缩时的高度低于支架的高度，在完全伸出时的高度高于支架的高度。

进一步地，所述固定钢梁和加载钢梁均为工字钢。

进一步地，所述的伺服作动器为液压作动器，液压作动器通过液压管路经控制阀组与液压泵站连接，所述计算机分别控制阀组和计算机连接。

与现有技术相比，本发明通过千斤顶和压力螺杆作用加载钢梁，以使其发生竖向移动，进而能带动结构(建筑)物模型发生竖向上的变形，同时通过作用于结构(建筑)物模型顶部一侧的伺服作动器，带动结构(建筑)物模型发生整体弯曲，有效的模拟了结构(建筑)物模型水平荷载与地基不均匀沉降的耦合作用，可便捷地实现对结构(建筑)物在风荷载和地基不均匀沉降作用下的破坏机理以及地基不均匀沉降变形对结构(建筑)物抗风极限承载力的影响规律进行研究，本发明结构简单，可靠性高；试验装置各部件安装、拆卸方便，并可以随时更换和维护，试验效率高，具有经济性和通用性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1去掉反力墙和伺服作动器后的右视图；

图3是图1去掉结构模型支座以上部分后的俯视图。

图中：1、固定钢梁，2、加载钢梁，3、支架，4、千斤顶，5、固定螺杆A，6、压力螺杆，7、连接螺栓，8、伺服作动器，9、反力墙，10、结构模型，11、地面，12、加载平台，13、加载砝码,14、固定螺杆B，15、钢垫板，16、钢丝绳，17、支座，18、立柱，19、框架二，20、框架一，21、锁紧螺母。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图3所示，一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，包括反力墙9和结构模型10、相平行设置的固定钢梁1和加载钢梁2；作为一种优选，所述固定钢梁1和加载钢梁2均为工字钢，且截面高度与结构(建筑物)模型支座尺寸配合。

反力墙9、固定钢梁1和加载钢梁2由左到右依次相平行地设置；

固定钢梁1底部与地面11之间支设有沿其长度方向均匀分布的多个支架3，固定钢梁1通过沿其长度方向均匀分布的固定螺杆A5及套装在固定螺杆A5上的螺母与地面11之间固定连接；加载钢梁2底部的一端与地面11之间支设有支架3，且通过固定螺杆A5及套装在固定螺杆A5上的螺母与地面11之间固定连接，其底部的另一端与地面11之间支设有千斤顶4，且开设有纵向通孔；穿设于所述纵向通孔中的压力螺杆6的下端固定于地面11上，压力螺杆6在位于加载钢梁2以上的部分套装有锁紧螺母21；具体的，还可以根据需要调整支架3的高度，这可以通过更换不同的支架3来实现，当需要更换不同的支架3时，可以将固定螺杆A5上的螺母拧掉，抬高加载钢梁2或固定钢梁1，以完成支架3的更换，更换完成后，通过打紧固定螺杆A5上的螺母将加载钢梁2或固定钢梁2固定即可。

所述结构模型10的下端具有四个支座17，位于左侧的两个支座17分别与固定钢梁1的前部和后部固定连接；位于右侧的两个支座17分别与加载钢梁2的前部和后部固定连接；结构模型10的上部通过钢丝绳16连接有悬设于结构模型10内部的加载平台12，所述加载平台12上放置有均匀排布的若干个加载砝码13；

在反力墙9和结构模型10之间水平地设置有伺服作动器8，伺服作动器8的底座与反力墙9固定连接，伺服作动器8的伸缩端与结构模型10左侧的顶部固定连接。

为了更好的模拟受力环境，所述伺服作动器8的数量为两个，两个伺服作动器8分别设置在结构模型10左侧的前部和后部。

在千斤顶4的顶端与加载钢梁2之间设置有压力传感器，所述伺服作动器8和压力传感器均与计算机连接。

所述结构模型10的支座与固定钢梁1及加载钢梁2之间均通过连接螺栓7连接。

在反力墙9的左侧设置有钢垫板15，伺服作动器8通过依次贯穿钢垫板15、反力墙9和伺服作动器8底座的固定螺杆B14及套装在固定螺杆B14上的螺母固定在反力墙9上。

所述千斤顶4在完全收缩时的高度低于支架3的高度，在完全伸出时的高度高于支架3的高度。

所述的伺服作动器8为液压作动器，液压作动器通过液压管路经控制阀组与液压泵站连接，所述计算机分别控制阀组和计算机连接。

为了更接近实际的结构物受力情况，所述结构模型10由四根立柱18、固定连接在四根立柱18中部的框架一20和固定连接在四根立柱18顶端的框架二19组成，其中，四根立柱18的底部形成结构模型10的支座。其中钢丝绳16的上端连接于框架二19上，加载平台12悬挂于四根立柱18之间。

为保证螺母与地面连接的稳固性，本发明中的地面11采用混凝土地面。

试验过程：当需要模拟地基上升变形时，将压力螺杆6上的锁紧螺母21拧松并向上调节，启动千斤顶4使其杆端上升，作用于加载钢梁2，通过压力传感器能实时检测加载压力，直至加载至符合试验要求，停止千斤顶工作，加载钢梁2在向上运动时即能带动结构模型10发生上升变形。当需要模拟地基下沉变形时，使千斤顶4杆端缩回至支架3以下高度，同时向下拧紧锁紧螺母21，使加载钢梁2的一端受力下压，在此过程中，加载钢梁2的一端向下运动，带动结构模型10发生下沉变形；当需要模拟水平荷载作用时，通过连接在反力墙9上的伺服作动器8横向作用于结构模型1左侧的顶部，即可以使结构模型10发生弯曲变形。当需要模拟水平荷载和地基上升变形的复合作用时，在拧松锁紧螺母21的基础上，同时控制伺服作动器8和千斤顶4的伸出的操作即可。当需要模拟水平荷载和地基下沉变形的复合作用时，回缩千斤顶4并向下拧紧锁紧螺母21，同时，控制伺服作动器8伸出即可。该试验系统有效模拟了结构物受地基不均匀沉降以及水平荷载作用的耦合作用，可对结构物在地基不均匀沉降和风荷载作用下的破坏机理以及地基不均匀沉降变形对结构物抗风极限承载力的影响规律进行研究，其结构简单，可靠性高，试验装置各部件安装、拆卸方便，并可以随时更换和维护，试验效率高，具有经济性和通用性。

Claims (8)

1.一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，包括反力墙(9)和结构模型(10)，其特征在于，还包括固定钢梁(1)和加载钢梁(2)；

反力墙(9)、固定钢梁(1)和加载钢梁(2)由左到右依次相平行地设置；

固定钢梁(1)底部与地面(11)之间支设有沿其长度方向均匀分布的多个支架(3)，固定钢梁(1)通过沿其长度方向均匀分布的固定螺杆A(5)与地面(11)之间固定连接；加载钢梁(2)底部的一端与地面(11)之间支设有支架(3)，且通过固定螺杆A(5)与地面(11)之间固定连接，其底部的另一端与地面(11)之间支设有千斤顶(4)，且开设有纵向通孔；穿设于所述纵向通孔中的压力螺杆(6)的下端固定于地面(11)上，压力螺杆(6)在位于加载钢梁(2)以上的部分套装有锁紧螺母(21)；

所述结构模型(10)的下端具有四个支座(17)，位于左侧的两个支座(17)分别与固定钢梁(1)的前部和后部固定连接；位于右侧的两个支座(17)分别与加载钢梁(2)的前部和后部固定连接；结构模型(10)的上部通过钢丝绳(16)连接有悬设于结构模型(10)内部的加载平台(12)，所述加载平台(12)上放置有均匀排布的若干个加载砝码(13)；

在反力墙(9)和结构模型(10)之间水平地设置有伺服作动器(8)，伺服作动器(8)的底座与反力墙(9)固定连接，伺服作动器(8)的伸缩端与结构模型(10)左侧的顶部固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，其特征在于，所述伺服作动器(8)的数量为两个，两个伺服作动器(8)分别设置在结构模型(10)左侧的前部和后部。

3.根据权利要求1或2所述的一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，其特征在于，在千斤顶(4)的顶端与加载钢梁(2)之间设置有压力传感器，所述伺服作动器(8)和压力传感器均与计算机连接。

4.根据权利要求3所述的一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，其特征在于，所述结构模型(10)的支座(17)与固定钢梁(1)及加载钢梁(2)之间均通过连接螺栓(7)连接。

5.根据权利要求4所述的一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，其特征在于，在反力墙(9)的左侧设置有钢垫板(15)，伺服作动器(8)通过依次贯穿钢垫板(15)、反力墙(9)和伺服作动器(8)底座的固定螺杆B(14)及套装在固定螺杆B(14)上的螺母固定在反力墙(9)上。

6.根据权利要求5所述的一种结构物受地基不均匀沉降及水平荷载作用的试验系统，其特征在于，所述千斤顶(4)在完全收缩时的高度低于支架(3)的高度，在完全伸出时的高度高于支架(3)的高度。

7.根据权利要求6所述的一种结构物受地基不均匀沉降以及水平荷载作用的试验系统，其特征在于，所述固定钢梁(1)和加载钢梁(2)均为工字钢。

8.根据权利要求7所述的一种结构物受地基不均匀沉降以及水平荷载作用的试验系统，其特征在于，所述的伺服作动器(8)为液压作动器，液压作动器通过液压管路经控制阀组与液压泵站连接，所述计算机分别控制阀组和计算机连接。