CN109187183A - 一种结构物受地基拉伸作用的试验系统 - Google Patents

一种结构物受地基拉伸作用的试验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种结构物受地基拉伸作用的试验系统，包括试验基体(1)、水平推移系统(2)、模拟土体(3)、结构模型(4)和电控系统(5)；试验基体包括不动基体(11)和可动基体(12)，可动基体(12)通过定位连接机构(13)套接在不动基体(11)上；水平推移系统的作动器(21)的两端分别与反力墙(14)和可动基体(12)的外壁连接；模拟土体(3)设置在试验基体(1)内部；结构模型(4)是同比模拟真实结构物安装而成，设有加载平台(43)；电控系统包括计算机、传感器、水平推移控制回路。本结构物受地基拉伸作用的试验系统可研究地基拉伸作用对结构(建筑)物结构破坏的影响规律。

Description

一种结构物受地基拉伸作用的试验系统
技术领域
本发明涉及一种结构(建筑)物受地基拉伸作用的试验系统，具体是一种模拟地基拉伸作用的试验系统，属于结构(建筑)物保护技术领域。
背景技术
随着经济的快速发展，许多结构(建筑)物不得不建在软弱地基、多年冻胀和永久冻土、地铁开挖和矿山开采地区。这些地区地质灾害严重，会造成地基开裂、下沉、不均匀沉降等变形，对结构(建筑)物的安全造成严重影响。因此，对遭受地质灾害影响的结构(建筑)物，研究地基拉伸作用的影响，具有非常重要的意义。
目前，我国已初步开展结构(建筑)物受地基拉伸作用的试验研究，但现有技术中的试验装置主要是基于对结构(建筑)物本身施加拉伸作用，并未能考虑下部土体作用对结构(建筑)物的影响。急需发明构造简单，安装方便，通用性强的结构(建筑)物受拉伸作用的试验系统，以开展结构(建筑)物地基受拉伸作用的试验研究。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种结构(建筑)物受地基拉伸作用的试验系统，用于研究地基拉伸作用对结构(建筑)物破坏的影响规律，以改进结构(建筑)物的设计，提高其抗变形的性能。
为实现上述目的，本结构物受地基拉伸作用的试验系统包括试验基体、水平推移系统、模拟土体、结构模型和电控系统；
所述的试验基体是顶部开放的结构，包括不动基体和可动基体，不动基体固定安装在混凝土地面上，可动基体通过多个沿其移动方向设置的辊轴架设在混凝土地面上、并通过定位连接机构水平套接在不动基体内部或者外部，且可动基体与不动基体之间间隙配合；
所述的水平推移系统至少设置为两套、对称设置在试验基体外侧的可动基体与反力墙之间的位置，包括作动器，作动器的基体和伸缩端分别与反力墙和可动基体外壁连接；
所述的模拟土体设置在试验基体内部；
所述的结构模型是同比模拟真实结构物安装而成，包括结构自身、支腿和混凝土独立基础，结构自身通过支腿与混凝土独立基础安装固定连接，结构自身上设有加载平台；
所述的电控系统包括计算机、传感器，传感器设置为多件，包括压力传感器和位移传感器，分别安装在结构模型的搭接连接位置、结构模型的支腿与混凝土独立基础的安装位置、作动器的伸缩端与试验基体的连接位置、模拟土体内部、试验基体外部，计算机分别与传感器电连接。
作为本发明的进一步改进方案，所述的作动器是液压作动器，所述的水平推移系统还包括控制阀组和液压泵站，液压作动器通过液压管路和控制阀组与液压泵站连接，所述的电控系统还包括水平推移控制回路，计算机分别与控制阀组和液压泵站电连接。
作为本发明的优选方案，所述的结构模型的安装连接位置、结构模型的支腿与混凝土独立基础的安装位置的压力传感器为应变片压力传感器。
作为本发明的进一步改进方案，所述的加载平台通过连接在结构自身顶部的加载平台进行加载。
作为本发明的进一步改进方案，所述的定位连接机构在试验基体高度方向上设置多件。
作为本发明的优选方案，所述的定位连接机构是拉结螺栓。
作为本发明的进一步改进方案，所述的水平推移系统设置在试验基体外侧与反力墙之间的下部。
作为本发明的进一步改进方案，所述的水平推移系统在试验基体宽度方向上设置多件。
与现有技术相比，本结构物受地基拉伸作用的试验系统的试验基体由于是顶部开放的结构、设有不动基体和可动基体，且可动基体水平套接在不动基体上，液压作动器的基体和伸缩端分别连接反力墙和可动基体，因此通过控制作动器的收缩可以使设置在试验基体内部的模拟土体模拟地基拉伸作用；由于结构模型是同比模拟真实结构物安装而成，混凝土独立基础在模拟土体内浇筑成型，设有加载平台的结构自身通过支腿与混凝土独立基础安装固定连接，因此通过在加载平台上安放砝码可以模拟结构(建筑)物自身的自重载荷；由于传感器分别安装在结构模型的搭接连接位置、结构模型的支腿与混凝土独立基础的安装位置、作动器的伸缩端与试验基体的连接位置、模拟土体内部等位置，因此通过设定程序计算机可根据各传感器的反馈记录数据并进行三维建模，进而可反映结构模型在混凝土独立基础受到拉伸作用载荷时结构自身和支腿各搭接位置的耦合受力情况，以此数据为基础可对结构模型的搭接结构关键点进行改进，以提高其抗地基变形的性能；本结构物受地基拉伸作用的试验系统结构简单、易于实现，且通用性好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是试验基体剖开后的结构示意图。
图中：1、试验基体，11、不动基体，12、可动基体，13、定位连接机构，2、水平推移系统，21、作动器，3、模拟土体，4、结构模型，41、结构自身，42、混凝土独立基础，43、加载平台，5、电控系统，6、辊轴，7、固定螺栓，8、混凝土地面，9、钢垫板，10、连接螺栓，15、加载砝码。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本结构物受地基拉伸作用的试验系统包括试验基体1、水平推移系统2、模拟土体3、结构模型4、电控系统5、辊轴6、固定螺栓7。
所述的试验基体1是顶部开放的结构，包括不动基体11和可动基体12，不动基体11通过固定螺栓7固定安装在混凝土地面上，可动基体12通过多个沿其移动方向设置的辊轴6架设在混凝土地面上、并通过定位连接机构13水平套接在不动基体11内部或者外部，且可动基体12与不动基体11之间间隙配合，定位连接机构13可以实现可动基体12与不动基体11不同套接深度时的定位连接。
如图2所示，所述的水平推移系统2至少设置为两套、对称设置在试验基体1外侧的可动基体12与反力墙14之间，包括作动器21，作动器21的基体和伸缩端分别与反力墙14和可动基体12的外壁连接。
所述的模拟土体3设置在试验基体1内部。
所述的结构模型4是同比模拟真实结构(建筑)物搭接而成，包括结构自身41、支腿和混凝土独立基础42，结构自身41通过支腿与混凝土独立基础42安装固定连接，结构自身41上设有加载平台43。
所述的电控系统5包括计算机、传感器，传感器设置为多件，包括压力传感器和位移传感器，分别安装在结构模型4的搭接连接位置、结构模型4的支腿与混凝土独立基础42的安装位置、作动器21的伸缩端与试验基体1的连接位置、模拟土体3内部、试验基体1外部，计算机分别与传感器电连接。
本结构物受地基拉伸作用的试验系统在使用前，如图3所示，先将不动基体11通过固定螺栓7固定安装在混凝土地面上，铺设好辊轴6后将可动基体12套接在不动基体11上并通过定位连接机构13将不动基体11和可动基体12定位安装，然后操作作动器21使其伸缩端伸出将可动基体12和不动基体11顶紧；然后向安装好的试验基体1内加注模拟土体3并分层夯实，并根据地基尺寸浇筑混凝土独立基础42，待混凝土凝固稳定后将搭接好的结构模型4的结构自身41通过支腿与混凝土独立基础42安装固定连接，在加载平台43上安放砝码后即可进行模拟试验。
启动计算机后，计算机先根据设定程序根据各传感器的反馈记录初始数据，并根据程序设定对初始数据进行三维建模，然后松开定位连接机构13后操作作动器21使其伸缩端回缩至设定距离，使可动基体12相对于不动基体11水平移动至设定距离，然后计算机根据各传感器的反馈记录数据，以此类推，通过作动器21的多次伸出各载荷传感器的反馈数据的三维建模模型可反映结构模型4在混凝土独立基础42受到拉伸作用载荷时结构自身41和支腿各搭接位置的耦合受力情况，以此数据为基础可对结构模型4的搭接结构关键点进行改进，以提高其抗地基变形的性能。
由于结构模型4、试验基体1和模拟土体3的整体重量较大，因此为了实现自动化操作、保证作动器21的同步伸出，作为本发明的进一步改进方案，所述的作动器21是液压作动器，所述的水平推移系统2还包括控制阀组和液压泵站，液压作动器通过液压管路和控制阀组与液压泵站连接，所述的电控系统5还包括水平推移控制回路，计算机分别与控制阀组和液压泵站电连接，通过计算机水平推移控制回路控制液压泵站和控制阀组的工作，进而实现控制作动器21根据设定程序的同步收缩。
所述的结构模型4的搭接连接位置、结构模型4的支腿与混凝土独立基础42的安装位置的压力传感器可以是普通的压力传感器，也可以是应变片压力传感器，由于应变片压力传感器具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性，因此，作为本发明的优选方案，所述的结构模型4的搭接连接位置、结构模型4的支腿与混凝土独立基础42的安装位置的压力传感器为应变片压力传感器。
为了实现恒定加载，作为本发明的进一步改进方案，所述的加载砝码15通过连接在结构自身41顶部的加载平台43来实现。
由于试验基体1受到在其内部的模拟土体3的撑力使定位连接机构13承受到向外的压力，为了保证可动基体12与不动基体11不同套接深度时的稳固定位连接，作为本发明的进一步改进方案，所述的定位连接机构13在试验基体1高度方向上设置多件。
所述的定位连接机构13可以直接采用拉结螺栓连接，或者采用在连接板上往不同位置的销孔内穿接定位销的方式连接，由于前者结构更简单、且便于加工制作，因此优选前者，即，作为本发明的优选方案，所述的定位连接机构13是拉结螺栓。
由于结构模型4、试验基体1和模拟土体3的整体重量较大，为了保证可动基体12平稳移动，作为本发明的进一步改进方案，所述的水平推移系统2设置在试验基体1外侧与反力墙14的下部。
为了进一步保证可动基体12平稳移动，作为本发明的进一步改进方案，所述的水平推移系统2在试验基体1宽度方向上设置多件，多件水平推移系统2同步推移可使可动基体12更加平稳移动、防止偏载。
本结构(建筑)物受地基拉伸作用的试验系统可以对软弱地基、多年冻胀和永久冻土、地铁开挖和矿山开采等地质灾害严重地区上的结构(建筑物)物进行模拟试验。
本结构(建筑)物受地基拉伸作用的试验系统的试验基体1由于是顶部开放的结构、设有不动基体11和可动基体12，且可动基体12水平套接在不动基体11上，作动器21的基体和伸缩端分别连接反力墙14和可动基体12，因此通过控制作动器21的收缩可以使设置在试验基体1内部的模拟土体3模拟地基土的拉伸作用；由于结构模型4是同比模拟真实结构安装而成，混凝土独立基础42在模拟土体3内浇筑成型，设有加载平台43的结构自身41通过支腿与混凝土独立基础42安装固定连接，因此通过在加载平台43上安放加载砝码15可以模拟结构自身41的自重载荷；由于传感器分别安装在结构模型4的搭接连接位置、结构模型4的支腿与混凝土独立基础42的安装位置、作动器21的伸缩端与试验基体1的连接位置、模拟土体3内部等位置，因此通过设定程序计算机可根据各传感器的反馈记录数据并进行三维建模，进而可反映结构模型4在混凝土独立基础42受到拉伸作用载荷时结构自身41和支腿各搭接位置的耦合受力情况，以此数据为基础可对结构模型4的搭接结构关键点进行改进，以提高其抗地基变形的性能。本结构物受地基拉伸作用的试验系统结构简单、易于实现，且通用性好。

Claims (8)

1.一种结构物受地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，包括试验基体(1)、水平推移系统(2)、模拟土体(3)、结构模型(4)、电控系统(5)、辊轴(6)、固定螺栓(7)；
所述的试验基体(1)是顶部开放的结构，包括不动基体(11)和可动基体(12)，不动基体(11)通过固定螺栓(7)固定安装在混凝土地面(8)上，可动基体(12)通过多个沿其移动方向设置的辊轴(6)架设在混凝土地面上、并通过定位连接机构(13)水平套接在不动基体(11)内部或者外部，且可动基体(12)与不动基体(11)之间间隙配合；
所述的水平推移系统(2)至少设置为两套、对称设置在试验基体(1)外侧的可动基体(12)外壁与反力墙(14)相连，包括作动器(21)，作动器(21)的基体通过连接螺杆(10)和钢垫板(9)固定在反力墙(14)上；
所述的模拟土体(3)设置在试验基体(1)内部；
所述的结构模型(4)是同比模拟真实结构物安装而成，包括结构模型自身、支腿和混凝土独立基础(42)，结构自身通过支腿与混凝土独立基础(42)安装固定连接，结构自身上设有加载平台(43)，加载砝码(15)设置在加载平台(43)上；
所述的电控系统(5)包括计算机、传感器，传感器设置为多件，包括压力传感器和位移传感器，分别安装在结构模型(4)的搭接连接位置、结构模型(4)的支腿与混凝土独立基础(42)的安装位置、作动器(21)的伸缩端与试验基体(1)的连接位置、模拟土体(3)内部、试验基体(1)外部，计算机分别与传感器电连接。
2.根据权利要求1所述的结构物受地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述的作动器(21)是液压作动器，还包括控制阀组和液压泵站，液压作动器通过液压管路和控制阀组与液压泵站连接，所述的电控系统(5)还包括水平推移控制回路，计算机分别与控制阀组和液压泵站电连接。
3.根据权利要求1或2所述的结构物受地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述的结构模型(4)的搭接连接位置、结构模型(4)的支腿与混凝土独立基础(42)的安装位置的压力传感器为应变片压力传感器。
4.根据权利要求1或2所述的结构物受地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述的加载平台(43)位于结构模型(4)的上部。
5.根据权利要求1或2所述的结构物受地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述的定位连接机构(13)在试验基体(1)高度方向上设置多件。
6.根据权利要求1或2所述的结构物受地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述的定位连接机构(13)是拉结螺栓。
7.根据权利要求1或2所述的结构物受地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述的水平推移系统(2)设置在试验基体(1)外侧的下部与反力墙(14)之间。
8.根据权利要求1或2所述的结构物受地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述的水平推移系统(2)在试验基体(1)宽度方向上设置多件。
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