CN110284534A - 一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置，包括桩基础、预埋在桩基础内的竖直螺纹钢一、连接套筒、剪力键槽、预制墩体节段、水平预留孔道、竖直预留孔道、剪力键、螺纹钢二、作动器、螺纹杆；本发明在钻孔灌注桩基础上建造反力墩墩体，利用布置于墩体节段的水平预留孔道，安装作动器至设计高度。本发明能满足土木工程现场试验的水平荷载加载要求，并通过使用预制墩体节段加快加载装置建造速度，降低现场建造难度。本装置可通过改变作动器安装位置灵活调节水平荷载加载高度，从而满足不同模型的测试要求。此外本发明装置可改变墩体安装角度，进而利用同一桩基础测试多个模型，分摊装置建造成本，降低试验投入。

Description

一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置

技术领域

本发明属于荷载试验加载技术领域，具体涉及一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置。

背景技术

土-基础-结构相互作用是土木工程学科中的重大研究课题，几十年来一直引起国内外的广泛重视和研究。传统建筑桥梁等结构的设计计算基于刚性基础假定，将土体、基础、结构作为彼此离散的独立单元进行静力平衡分析计算。但对于大型复杂结构的设计，沿用传统刚性基础假定并不合理。近年来的研究结果证实，土体、基础、结构三者相互联系，相互影响，应作为一个整体进行耦合分析。土-基础-结构相互作用涉及岩土工程、结构工程、地震工程等多个领域，并包括非线性、大变形、接触面、局部不连续等诸多前沿研究课题。目前对于土-基础-结构相互作用的研究方法主要有理论分析法和试验方法，其中现场试验方法是研究土-基础-结构相互作用最有效的途径。现场试验能准确反映基础、结构在自然土体条件下的实际工作性状，并对分析研究提供重要的理论依据和实际数据，从而推动相关研究工作的深入。目前国内外针对土-基础-结构相互作用进行的现场试验非常有限，其中绝大多数是通过施加竖向荷载对基础、结构的承载力与沉降理论进行研究。对于土体、基础、结构在由地震、风等作用产生的水平荷载下的工作性状，当前研究严重缺乏现场试验的支持。水平荷载加载装置建造难度大、投入多、周期长等问题，限制了相关现场试验的进行。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置，该装置利用预制装配技术降低建造难度、加快建造速度；同时能根据不同土木工程结构模型测试的要求灵活调节水平荷载加载高度；并可通过改变墩体安装角度利用同一桩基础进行多项试验，分摊装置建造成本，从而降低试验投入。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置，包括钻孔灌注桩基础、预埋在桩基础内的竖直螺纹钢一、预埋在桩基础顶部与螺纹钢一顶部螺纹连接的连接套筒、布置于桩基础顶的剪力键槽、预制墩体节段、布置于预制墩体节段正面与侧面的通长水平预留孔道、布置于预制墩体节段四角的通长竖直预留孔道、布置于预制墩体节段底的剪力键、螺纹钢二、六角螺母、作动器、螺纹杆；所述连接套筒与螺纹钢一的数量均为8个且预埋于钻孔灌注桩基础内，所述8个连接套筒形成一个正八边形形状，所述预制墩体节段置于桩基础上，预制墩体节段的竖直预留孔道与连接套筒对齐；所述预制墩体节段底的剪力键设置于桩基础顶的剪力键槽内；所述螺纹钢二穿过竖直预留孔道旋入连接套筒内；螺纹钢二顶部连接钢垫板一与六角螺母一；所述螺纹杆穿过预制墩体节段的水平预留孔道，并利用钢垫板二与六角螺母二将作动器固定于预制墩体节段的侧面。

本发明理论上可以无限堆高，因此在墩体节段顶布置有剪力键槽10，便于上下墩体节段相配合，确保墩体间不产生水平相对位移。

进一步的，所述预制墩体节段中心设有长方形空心孔洞，在保证强度的前提下最大程度减小了节段重量，从而降低了运输与吊装时的困难。

进一步的，所述螺纹钢一与螺纹钢二为高强度精轧螺纹钢，在保证强度的前提下，减小了螺纹钢重量，从而降低吊装难度。

本发明的有益效果是：

1. 满足土木工程现场试验水平荷载的加载要求。钻孔灌注桩基础相比其他基础形式，具有较高的侧向承载力，从而保证本发明装置满足土木工程现场试验的要求；同时对精轧螺纹钢一施加后张预应力能提高墩体刚度，有效控制装置在水平荷载下的变形。

2. 方便建造。墩体利用预制节段装配技术建造，并使用精轧螺纹钢、螺纹连接套筒、螺纹钢垫板、螺纹钢六角螺母实现与桩基础的快速连接；预制墩体节段为空心设计，在保证强度的前提下最大程度减小了节段重量，从而降低了运输与吊装时的困难；通过放置剪力键于剪力键槽内，可以方便地对齐墩体节段间的竖直预留孔道。

3. 可灵活调节施加水平荷载的高度，实现对不同试验模型的通用化。根据试验模型高度，预制墩体节段中的水平预留孔道以2h米的间距布置，且节段正面、侧面的孔道交错布置，通过改变墩体的安装方向可使节段正面或侧面面对试验模型方向，从而以h米的增量灵活调节作动器安装高度，满足不同试验模型的测试要求。

4. 可重复使用，降低试验成本。8根高强度精轧螺纹钢与其连接套筒呈环形预埋于钻孔灌注桩基础内，其中任意相隔4根都与预制墩体节段竖直预留孔道对齐，从而墩体能以45°增量旋转安装于桩基础之上。因此，围绕同一桩基础可以建造8件试验模型（预制墩体节段5水平旋转45°），并通过改变墩体安装角度分别对这8件模型施加水平荷载进行测试。对于要求不同土体条件的现场试验，可以在具有该土体条件的场地建造新桩基础，重复使用预制墩体节段建造加载装置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述桩基础结构图；

图3为本发明所述预制墩体节段结构图；

图4为本发明所述桩基础与预制墩体节段连接细节详图；

图5为本发明所述作动器与预制墩体节段连接细节详图；

图6为本发明所述墩体不同安装角度示意图。

附图标记列表：

1-钻孔灌注桩基础、2-螺纹钢一、3-连接套筒、4-剪力键槽、5-预制墩体节段、6-空心孔洞、7-水平预留孔道、8-竖直预留孔道、9-剪力键、10-布置于墩体节段顶的剪力键槽、11-螺纹钢二、12-钢垫板一、13-六角螺母一、14-作动器、15-螺纹杆、16-钢垫板二、17-六角螺母二、18-试验模型、19-地面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本发明所述的桩基础1内预埋8根竖直螺纹钢一2，所述8根螺纹钢一2均匀设置，8根螺纹钢一上方连接连接套筒3，螺纹钢二11穿过预制墩体节段5也与连接套筒3连接，如图4所示，作动器14设置在预制墩体节段5侧面，作动器14前推或后拉试验模型18进行实验。

本发明中桩基础1内的高强度精轧螺纹钢一2、连接套筒3在灌注桩基础混凝土时宜采用模板定位，确保其与预制墩体节段5竖直预留孔道8相对位置准确。预制墩体节段5采用工厂预制。制造应使用匹配预制的方法，确保节段间匹配面配合（要保证剪力键位置与剪力键槽的位置相对应）。使用分阶段张拉法张拉连接预制墩体节段5与桩基础的精轧螺纹钢一2，控制节段内应力。

桩基础1应根据现场试验所需水平荷载大小与施加荷载高度计算出的桩基础顶端横向力与弯矩进行设计。桩基础1直径应大于预制墩体节段2横截面对角线长，并保证埋入桩基础的精轧螺纹钢一2有足够混凝土保护层。

精轧螺纹钢一2在桩基础1内的预埋深度的应保证足够的锚固长度。精轧螺纹钢强度等级、规格、以及张拉力的大小应根据现场试验所需水平荷载大小与施加荷载高度进行设计，保证施加水平荷载时墩体间维持压应力。

本发明具体建造过程如下：

步骤1：将螺纹钢连接套筒3安装于高强度精轧螺纹钢一2的上端。使用模板对高强度精轧螺纹钢一2以及连接套筒3定位，并将其固定于桩基钢筋笼内。测定桩位和地面标高，确保桩中心位置偏差在规范允许的范围内。下放并固定钢筋笼后，灌注桩基础混凝土。灌注混凝土后在桩基顶部预制剪力键槽4，并利用模板确保剪力键槽4位置准确。

步骤2：吊装预制墩体节段5，确保底层墩体节段底部剪力键9置于剪力键槽4内，并确保节段间上层墩体节段底部剪力键9置于下层墩体节段顶的剪力键槽10内，对齐墩体节段竖直预留孔道8。通过通长竖直预留孔道8，将高强度精轧螺纹钢二11旋入预埋于桩基础顶的连接套筒3内。在墩体顶部对高强度精轧螺纹钢二11进行分阶段张拉，并使用精轧螺纹钢垫板一12、精轧螺纹钢六角螺母一13进行锚固。

步骤3：吊装作动器14至设计高度，精轧螺纹杆15穿过墩体节中通长水平预留孔道7，利用钢垫板二16、螺母17与作动器14一端连接，将作动器14固定于墩体5侧面，完成建造。

对于不同模型，旋转预制墩体节段5安装角度使得其侧面面对试验模型，重复上述步骤2、步骤3完成加载装置建造。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (5)

1.一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置，其特征在于：包括钻孔灌注桩基础（1）、预埋在桩基础内的竖直螺纹钢一（2）、预埋在桩基础顶部与螺纹钢一顶部螺纹连接的连接套筒（3）、布置于桩基础顶的剪力键槽（4）、预制墩体节段（5）、布置于预制墩体节段正面与侧面的通长水平预留孔道（7）、布置于预制墩体节段四角的通长竖直预留孔道（8）、布置于预制墩体节段底的剪力键（9）、螺纹钢二（11）、作动器（14）、螺纹杆（15）；所述连接套筒（3）与螺纹钢一（2）的数量均为8个且预埋于钻孔灌注桩基础（1）内，所述8个连接套筒（3）形成一个正八边形形状，所述预制墩体节段（5）置于桩基础（1）上，预制墩体节段的竖直预留孔道（8）与连接套筒（3）对齐；所述预制墩体节段底的剪力键（9）设置于桩基础顶的剪力键槽（4）内；所述螺纹钢二（11）穿过竖直预留孔道（8）旋入连接套筒（3）内；螺纹钢二（11）顶部连接钢垫板一（12）与六角螺母一（13）；所述螺纹杆（15）穿过预制墩体节段的水平预留孔道（7），并利用钢垫板二（16）与六角螺母二（17）将作动器（14）固定于预制墩体节段（5）的侧面。

2.根据权利要求1所述的一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置，其特征在于：所述预制墩体节段（5）中心设有长方形空心孔洞（6）。

3.根据权利要求1所述的一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置，其特征在于：所述螺纹钢一（2）与螺纹钢二（11）为高强度精轧螺纹钢。

4.根据权利要求1所述的一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置，其特征在于：所述预制墩体节段（5）与任意相隔4根预埋的螺纹钢一（2）、连接套筒（3）相连。

5.根据权利要求1所述的一种用于土木工程现场试验的水平荷载加载装置，其特征在于：所述的预制墩体节段（5）中的水平预留孔道（7）以2h米的间距布置，且预制墩体节段（5）正面、侧面的孔道交错布置。