CN110763449B - 一种码头模型加载试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种码头模型加载试验装置及试验方法，其中加载试验装置包括转盘、传动机构、传感器安装机构、固定于码头模型上的预埋构件、压力传感器和拉力传感器；所述传动机构包括相互啮合的蜗轮和蜗杆，所述蜗轮与所述转盘相连且能够与所述转盘同轴转动；所述传感器安装机构设于所述蜗杆的一端且正对所述预埋构件，所述传感器安装机构能够分别与所述压力传感器及所述拉力传感器实现拆装。本发明提供的加载试验装置结构简单、制造成本低，提供的试验方法操作便捷，试验结果精确度高。

Description

一种码头模型加载试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于试验模型技术领域，具体涉及一种码头模型加载试验装置及试验方法。

背景技术

码头结构是我国水运工程港口建设必不可少的一部分。由于码头在运营阶段经常要受到水平力的作用，研究码头结构在水平力作用下的受力特性对于码头的安全运营具有非常重要的意义，这样的研究一般都是在实验室内进行。对于码头结构模型试验的研究，需要考虑在拉力或者压力作用下码头结构的受力特性，目前尚无针对码头模型试验施加水平荷载的机械传动装置，而通过油压千斤顶施加水平荷载操作麻烦，且荷载的大小及方向均难以精确控制，造成实验结果误差大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种码头模型加载试验装置及试验方法，解决对码头模型施加水平荷载时操作麻烦、试验结果精确度低的问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种码头模型加载试验装置，包括转盘、传动机构、传感器安装机构、固定于码头模型上的预埋构件、压力传感器和拉力传感器；

所述传动机构包括相互啮合的蜗轮和蜗杆，所述蜗轮与所述转盘相连且能够与所述转盘同轴转动；

所述传感器安装机构设于所述蜗杆的一端且正对所述预埋构件，所述传感器安装机构能够分别与所述压力传感器及所述拉力传感器实现拆装。

优选的，所述转盘中央连接有转盘轴，所述蜗轮中央连接有蜗轮轴，所述转盘轴和所述蜗轮轴通过第一法兰盘固定连接。

优选的，所述压力传感器为环形压力传感器，所述传感器安装机构包括与所述蜗杆一端相连的第二法兰盘以及与所述第二法兰盘固定连接的套筒，所述套筒外表面设有与所述环形压力传感器相匹配的外螺纹。

优选的，所述传感器安装机构还包括固定于所述第二法兰盘上的螺纹杆以及与所述预埋构件可拆卸式连接的卡接组件；所述螺纹杆位于所述套筒内部；所述卡接组件包括垂直连接形成T形的卡杆和拉杆；所述螺纹杆和所述拉杆的表面均设有与拉力传感器两侧的安装筒相配合的外螺纹。

优选的，所述预埋构件为钢制构件，内部设有横截面为T形的卡槽，所述卡接组件能够插入所述卡槽并通过旋转使所述卡杆卡设于卡槽中，所述卡槽在水平方向上的中心线与所述螺纹杆的中轴线位于同一高度。

优选的，还包括支撑箱和立式支架，所述蜗轮设于所述支撑箱内，所述蜗杆贯穿所述支撑箱并通过第三法兰盘与所述支撑箱连接，所述支撑箱面向所述立式支架的侧面边缘设有安装边，所述安装边通过第一螺栓固定于所述立式支架，所述立式支架设有容纳所述蜗杆穿过的蜗杆通孔。

优选的，所述立式支架的底部固接有底板，所述底板与所述立式支架间固接有倾斜设置的斜撑支架，所述底板通过第二螺栓固定于地基。

优选的，所述斜撑支架与所述底板及立式支架间的夹角均为45°。

一种采用所述码头模型加载试验装置进行压力试验的方法，包括以下步骤：

旋转转盘，使蜗杆带动传感器安装机构向远离码头模型的方向运动；

将压力传感器安装于传感器安装机构；

反向旋转转盘，使压力传感器向靠近码头模型的方向运动，直至接触预埋构件；

继续反向旋转转盘对预埋构件施加水平压力，通过压力传感器即可读取水平压力的大小。

一种采用所述码头模型加载试验装置进行拉力试验的方法，包括以下步骤：

旋转转盘，使蜗杆带动传感器安装机构向远离码头模型的方向运动；

将拉力传感器安装于传感器安装机构和预埋构件之间；

继续旋转转盘，使拉力传感器向远离码头模型的方向运动，对预埋构件施加水平拉力，通过拉力传感器即可读取水平拉力的大小。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明提供的加载试验装置，能够将压力传感器或拉力传感器安装于传感器安装机构，转动转盘，通过传动机构带动传感器水平移动，从而实现在同一加载位置，即预埋构件处，施加水平压力或水平拉力，从而模拟在相同加载位置，不同的压力或拉力对码头结构产生的影响，找出码头结构在压力或拉力作用下的影响曲线；同时还可以模拟在相同的加载位置，相同大小的压力或拉力对码头结构的影响程度；

（2）本发明提供的加载试验装置和试验方法，加载条件（水平加载方向、加载力等）易于控制，操作便捷，因此试验结果更加精确，便于分析该加载条件对码头结构的影响，从而研究影响码头结构的主要因素及其影响范围和影响程度，为码头结构设计提供试验依据。

附图说明

图1是本发明中加载试验装置的结构示意图；

图2是转盘与蜗轮的连接结构侧视示意图；

图3是转盘与蜗轮的连接结构主视示意图；

图4是图1中蜗杆与支撑箱的连接结构放大图；

图5是环形压力传感器安装时的结构示意图；

图6是拉力传感器安装时的结构示意图；

图7是卡杆水平插入卡槽时的结构示意图；

图8是卡杆卡设于卡槽时的结构示意图；

图中标记为：1、转盘；2、预埋构件；3、卡接组件；31、卡杆；32、拉杆；4、转盘轴；5、蜗轮轴；6、第一法兰盘；7、蜗轮；8、蜗杆；9、第二法兰盘；10、螺纹杆；11、套筒；12、底板；13、立式支架；14、斜撑支架；15、支撑箱；16、第二螺栓；17、第一螺栓；18、蜗杆通孔；19、安装边；20、码头模型；21、卡槽；22、拉力传感器；23、安装筒；24、环形压力传感器；25、第三法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须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。

实施例1

如图1所示，一种码头模型加载试验装置，包括转盘1、传动机构、传感器安装机构、固定于码头模型20上的预埋构件2、压力传感器和拉力传感器；传动机构包括相互啮合的蜗轮7和蜗杆8，蜗轮7与转盘1相连且能够与转盘1同轴转动；传感器安装机构设于蜗杆8的一端且正对预埋构件2，传感器安装机构能够分别与压力传感器及拉力传感器实现拆装。

如图2、3所示，转盘1中央连接有转盘轴4，蜗轮7中央连接有蜗轮轴5，转盘轴4和蜗轮轴5通过第一法兰盘6固定连接，当转盘1顺时针或逆时针转动时，可带动蜗轮7同步转动，从而使与蜗轮7相啮合的蜗杆8在水平方向上运动，本实施例中，蜗杆8的运动方向与施加水平力的方向一致。

如图1、5所示，压力传感器为环形压力传感器，传感器安装机构包括与蜗杆8一端相连的第二法兰盘9以及与第二法兰盘9固定连接的套筒11，套筒11为镀锌钢管，其外径与环形压力传感器内环直径相匹配，套筒11外表面设有与环形压力传感器相匹配的外螺纹，便于安装和拆卸环形压力传感器。传感器安装机构还包括固定于第二法兰盘9上的螺纹杆10以及与预埋构件2可拆卸式连接的卡接组件3；螺纹杆10位于套筒11内部；卡接组件3包括垂直连接形成T形的卡杆31和拉杆32；螺纹杆10和拉杆32的表面均设有与拉力传感器两侧安装筒相配合的外螺纹，便于安装和拆卸拉力传感器。蜗杆8、第二法兰盘9、套筒11和螺纹杆10的中轴线重合。

如图1所示，码头模型20用混凝土浇筑，预埋构件2为钢制构件，埋于码头模型20中的部分与码头模型20的钢筋焊接在一起，确保在拉力作用下码头模型20不会损坏，预埋构件2不会被拉出；预埋构件2露出码头模型20部分的内部设有横截面为T形的卡槽21，卡槽21在水平方向上的中心线与螺纹杆10的中轴线位于同一高度，卡杆31水平放置时，卡接组件3能够插入卡槽21，旋转拉杆32时，卡杆31随之转动并卡设于卡槽21中，实现卡接组件3与预埋构件2的相对固定，便于对预埋构件2施加拉力。

如图1、4所示，本实施例提供的码头模型加载试验装置，还包括支撑箱15和立式支架13，蜗轮7设于支撑箱15内，蜗杆8贯穿支撑箱15并通过第三法兰盘25与支撑箱15连接，支撑箱15面向立式支架13的侧面边缘设有安装边19，安装边19通过第一螺栓17固定于立式支架13。立式支架13由一对槽钢对焊而成，两条竖直焊缝所在的平面避开水平力传递的方向，以避免焊缝平面受力，槽钢的顶部采用矩形钢板封闭焊接，槽钢的底部焊接有底板12，为保证立式支架13能够承受水平加载力，底板12通过六个第二螺栓16固定于地基中。立式支架13设有容纳蜗杆8穿过的蜗杆通孔18，为蜗杆8回旋时提供通路，蜗杆通孔18的直径比蜗杆8外直径大3~5mm，蜗杆通孔18的圆心距底板12的距离为四分之一立式支架13的高度。底板12与立式支架13间固接有倾斜设置的斜撑支架14，能够增强装置的结构强度和稳定性，斜撑支架14与底板12及立式支架13间的夹角均为45°，斜撑支架14与立式支架13的焊接位置高于蜗杆8中心线，取立式支架13四分之三高度位置。

实施例2

采用实施例1中的码头模型加载试验装置进行压力试验的方法，包括以下步骤：

S1、旋转转盘1，蜗轮7随之同轴转动，使蜗杆8带动套筒11向远离码头模型20的方向运动；

S2、将环形压力传感器24螺纹安装在套筒11上，如图5所示；

S3、反向旋转转盘1，使环形压力传感器24向靠近码头模型20的方向运动，直至接触预埋构件2；

S4、继续反向旋转转盘1对预埋构件2施加水平压力，通过环形压力传感器24即可读取水平压力的大小。

实施例3

采用实施例1中的码头模型加载试验装置进行拉力试验的方法，包括以下步骤：

D1、旋转转盘1，蜗轮7随之同轴转动，使蜗杆8带动螺纹杆10向远离码头模型20的方向运动；

D2、将拉力传感器22两侧的安装筒23分别安装于螺纹杆10和卡接组件3的拉杆32上，如图6所示；

D3、反向旋转转盘1，使拉力传感器22向靠近码头模型20的方向运动，将卡接组件3的卡杆31水平放置，然后插入预埋构件2的卡槽21中，如图7所示，随后旋转拉杆32，带动卡杆31在卡槽21中转动，使卡杆31卡设于卡槽21中，实现卡接组件3与预埋构件2的相对固定，如图8所示；

D4、旋转转盘1，使拉力传感器22向远离码头模型20的方向运动，对预埋构件2施加水平拉力，通过拉力传感器22即可读取水平拉力的大小。

本发明提供的加载试验装置，结构简单，制造成本低，能够在同一加载位置施加水平压力或水平拉力，从而模拟在相同加载位置，不同的压力或拉力对码头结构产生的影响，找出码头结构在压力或拉力作用下的影响曲线；同时还可以模拟在相同的加载位置，相同大小的压力或拉力对码头结构的影响程度。此外，本发明提供的加载试验装置和试验方法，加载条件（水平加载方向、加载力等）易于控制，操作便捷，因此试验结果更加精确，便于分析该加载条件对码头结构的影响，从而研究影响码头结构的主要因素及其影响范围和影响程度，为码头结构设计提供试验依据。

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形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种码头模型加载试验装置，其特征在于，包括转盘、传动机构、传感器安装机构、固定于码头模型上的预埋构件、压力传感器和拉力传感器；

所述传动机构包括相互啮合的蜗轮和蜗杆，所述蜗轮与所述转盘相连且能够与所述转盘同轴转动；

所述传感器安装机构设于所述蜗杆的一端且正对所述预埋构件，所述传感器安装机构能够分别与所述压力传感器及所述拉力传感器实现拆装；

所述压力传感器为环形压力传感器，所述传感器安装机构包括与所述蜗杆一端相连的第二法兰盘以及与所述第二法兰盘固定连接的套筒，所述套筒外表面设有与所述环形压力传感器相匹配的外螺纹；

所述传感器安装机构还包括固定于所述第二法兰盘上的螺纹杆以及与所述预埋构件可拆卸式连接的卡接组件，所述螺纹杆位于所述套筒内部，所述卡接组件包括垂直连接形成T形的卡杆和拉杆，所述螺纹杆和所述拉杆的表面均设有与拉力传感器两侧的安装筒相配合的外螺纹。

2.根据权利要求1所述的码头模型加载试验装置，其特征在于，所述转盘中央连接有转盘轴，所述蜗轮中央连接有蜗轮轴，所述转盘轴和所述蜗轮轴通过第一法兰盘固定连接。

3.根据权利要求1所述的码头模型加载试验装置，其特征在于，所述预埋构件为钢制构件，内部设有横截面为T形的卡槽，所述卡接组件能够插入所述卡槽并通过旋转使所述卡杆卡设于卡槽中，所述卡槽在水平方向上的中心线与所述螺纹杆的中轴线位于同一高度。

4.根据权利要求1所述的码头模型加载试验装置，其特征在于，还包括支撑箱和立式支架，所述蜗轮设于所述支撑箱内，所述蜗杆贯穿所述支撑箱并通过第三法兰盘与所述支撑箱连接，所述支撑箱面向所述立式支架的侧面边缘设有安装边，所述安装边通过第一螺栓固定于所述立式支架，所述立式支架设有容纳所述蜗杆穿过的蜗杆通孔。

5.根据权利要求4所述的码头模型加载试验装置，其特征在于，所述立式支架的底部固接有底板，所述底板与所述立式支架间固接有倾斜设置的斜撑支架，所述底板通过第二螺栓固定于地基。

6.根据权利要求5所述的码头模型加载试验装置，其特征在于，所述斜撑支架与所述底板及立式支架间的夹角均为45°。

7.一种采用权利要求1-6中任一所述码头模型加载试验装置进行压力试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

旋转转盘，使蜗杆带动传感器安装机构向远离码头模型的方向运动；

将压力传感器安装于传感器安装机构；

反向旋转转盘，使压力传感器向靠近码头模型的方向运动，直至接触预埋构件；

继续反向旋转转盘对预埋构件施加水平压力，通过压力传感器即可读取水平压力的大小。

8.一种采用权利要求1-6中任一所述码头模型加载试验装置进行拉力试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

旋转转盘，使蜗杆带动传感器安装机构向远离码头模型的方向运动；

将拉力传感器安装于传感器安装机构和预埋构件之间；

继续旋转转盘，使拉力传感器向远离码头模型的方向运动，对预埋构件施加水平拉力，通过拉力传感器即可读取水平拉力的大小。

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