CN111119257A - 桩顶模拟动载装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及桩体动载模拟，特别是一种桩顶模拟动载装置及方法。包括机箱外壳、圆盘式加载机构、齿轮组传力机构和外支承机构，圆盘式加载机构和齿轮组传力机构设置在机箱外壳内，机箱外壳放置在桩体的顶部；圆盘式加载机构可通过其内部质量块实现荷载变级，可通过电磁铁变更磁极，与永磁铁之间产生吸引力和排斥力，进而上半圆加载过程以改变半径的方式，消除拔桩力，同时下半圆加载过程以改变半径的方式提供向下的加载力，因此该装置实现了桩顶加载过程中，不产生上拔力，只有竖直向下的加载力。通过改变质量块大小，变频电机频率，模拟不同加载力、不同加载频率，模拟桩体在实际荷载中的情形。
Description
技术领域
本发明涉及桩体动载模拟，特别是一种桩顶模拟动载装置及方法。
背景技术
高速公路技术的快速发展，其应用面已经涉及到近海或者滨海地区，其公路地基基础常见土层为淤泥质土，只通过换填土难以保证地基承载力，所以必须在这些地区内设置桩基，才能满足正常使用的承载力要求。而桩体的承载力直接影响着整个地基基础的承载能力。所以，对单根桩体进行预设荷载下的动力特性监测、分析，最后预估分析得到桩体的寿命状况是必要的。
现有的桩顶竖向加载装置在实现加载时，容易产生上拔力，这对于桩体，会产生拉应力作用，对于受压桩更可能是产生较大的损伤。另外，现有的桩顶竖向加载装置，设备整体笨重，且经济性较差。
针对室内模型试验和现场试验的现状，急需开发一套便于拆装、移动，可变频变级施加荷载的试验设备。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种桩顶模拟动载装置及方法，通过改变质量块大小，变频电机频率，模拟不同加载力、不同加载频率，模拟桩体在实际荷载中的情形。
本发明的技术方案是：一种桩顶模拟动载装置，其中，包括机箱外壳、圆盘式加载机构、齿轮组传力机构和外支承机构，圆盘式加载机构和齿轮组传力机构设置在机箱外壳内，机箱外壳放置在桩体的顶部；
所述齿轮组传力机构包括传动齿轮Ⅰ、传动齿轮Ⅱ和主齿轮，主齿轮通过主齿轮三角支撑架与机箱外壳连接，主齿轮的中心固定有电机连接轴杆，电机连接轴杆与变频电机的输出轴连接，主齿轮与传动齿轮Ⅰ啮合传动，传动齿轮Ⅰ与传动齿轮Ⅱ啮合传动，传动齿轮Ⅰ与传动齿轮Ⅱ的转动方向相反，传动齿轮Ⅰ与传动齿轮Ⅱ的中部均固定有传动主轴，传动主轴的端部分别设有圆盘式加载机构，位于同一侧的圆盘式加载机构的转动方向相反；
所述圆盘式加载机构包括质量块滑动轴、圆盘外壳、传动主轴节点、大质量块和小质量块，质量块滑动轴设置在圆盘外壳内，质量块滑动轴的两端分别通过垫片与圆盘外壳的内壁固定连接，质量块滑动的中部固定有传动主轴节点，传动主轴节点与传动主轴的端部固定连接，大质量块和小质量块设置在传动主轴节点的两侧，大质量块和小质量块滑动套在质量块滑动轴上，质量块滑动轴的外表面套有电磁铁线圈，大质量块和小质量块的内环为永磁铁，质量块滑动轴与大质量块和小质量块之间形成排斥力，大质量块与垫片之间、小质量块与垫片之间分别设有阻尼弹簧，大质量块与传动主轴节点之间、小质量块与传动主轴节点之间分别设有电磁铁和阻尼块，电磁铁朝向质量块方向，电磁铁和阻尼块固定套在质量块滑动轴上，电磁铁和阻尼块固定连接，传动主轴节点两侧的电磁铁和阻尼块之间呈对称设置。
本发明中，所述传动齿轮Ⅰ与传动齿轮Ⅱ均通过传动齿轮三角支撑架与机箱外壳连接，传动齿轮三角支撑架包括三角形架体Ⅱ和调心轴承Ⅱ，三角形架体Ⅱ的一端通过焊接垫板Ⅰ与机箱外壳的竖向侧壁固定连接，三角形架体Ⅱ的另一端通过焊接垫板Ⅳ与机箱外壳的水平底部固定连接，三角形架体Ⅱ的折点处设有调心轴承Ⅱ，调心轴承Ⅱ与三角形架体Ⅱ固定连接，调心轴承Ⅱ的中心设有传动主轴。
所述主齿轮通过主齿轮三角支撑架与机箱外壳连接，主齿轮三角支撑架包括三角形架体Ⅰ和调心轴承Ⅰ，三角形架体Ⅰ的一端通过焊接垫板Ⅱ与机箱外壳1的竖向侧壁固定连接，三角形架体Ⅰ的另一端通过焊接垫板Ⅲ与机箱外壳的水平底部固定连接，三角形架体Ⅰ的折点处设有调心轴承Ⅰ，调心轴承Ⅰ与三角形架体Ⅰ固定连接，调心轴承Ⅰ的中心设有电机连接轴杆。
所述传动齿轮Ⅰ和传动齿轮Ⅱ分别设置两个，主齿轮同时与两个传动齿轮Ⅰ啮合传动，两传动齿轮Ⅰ分别与两传动齿轮Ⅱ啮合传动，两传动齿轮Ⅰ固定在同一传动主轴上，两传动齿轮Ⅱ固定在同一传动主轴上。
还包括外支承机构，外支承机构包括四角支撑架和球铰支撑杆，机箱外壳的四面外侧分别设有四角支撑架，四角支撑架的底部通过四角支撑架稳定板与地面连接，四角支撑架的顶部通过球铰与球铰支撑杆的一端连接，球铰支撑杆的另一端与机箱外壳铰接。
所述四角支撑架和球铰支撑杆为可伸缩式结构，球铰支撑杆包括外管和内管，内管设置在外管内，内管在外管内滑动，外管和内管上均设有螺栓孔，将螺栓插在螺栓孔内，使外管和内管固定连接。四角支撑架的结构与球铰支撑杆的结构相同，此处不再赘述。
还包括智能数据采集输出系统，包括主采集仪、副采集仪和压力传感器，主采集仪和副采集仪设置在机箱外壳的底部内侧，压力传感器设置在机箱外壳的底部外侧，且位于机箱外壳与桩体的顶部之间。
所述大质量块和小质量块均由两个相同的半圆形质量块通过卡扣的方式固定连接而成。
本发明还包括一种利用上述桩顶模拟动载装置实现模拟加载的方法，包括以下步骤：
上半圆加载过程中，大质量块一侧的电磁铁吸引大质量块，大质量块的加载半径为r，小质量块一侧的大质量块排斥小质量块，在阻尼弹簧的阻碍作用下，小质量块的加载半径为2r，大质量块的质量为M，小质量块的质量为m，M＝2m，此时位于同侧的两圆盘式加载机构的受力情况为
式中FM为大质量块加载力，Fm为小质量块加载力，FD为实际的加载力；FM与Fm大小相等、方向相反，FD为零，此时桩顶加载力为零；
下半圆加载过程中，当大质量块由上半圆加载阶段结束到中轴线，电磁铁极性改变，大质量块一侧的电磁铁排斥大质量块，大质量块的加载半径为2r，小质量一侧的电磁铁吸引小质量块，小质量块的加载半径为r，此时位于同侧的两圆盘式加载机构的受力情况为：
式中FM为大质量块加载力，Fm为小质量块加载力，FD为实际的加载力；FD大于零，此时桩顶受到竖直向下的力。
当大质量块由下半圆加载阶段结束再次运动至中轴线时，重复上述受力循环过程。
本发明的有益效果是：
(1)圆盘式加载机构可通过其内部质量块实现荷载变级，可通过电磁铁变更磁极，与永磁铁之间产生吸引力和排斥力，进而上半圆加载过程以改变半径的方式，消除拔桩力，同时下半圆加载过程以改变半径的方式提供向下的加载力，因此该装置实现了桩顶加载过程中，不产生上拔力，只有竖直向下的加载力。
(2)拆装方面，整体重量较轻，且经济、便于加工。
(3)采用磁悬浮原理、离心原理，借助变频电机，齿轮组，可以实现桩顶多级变频加载，其模拟荷载接近实际工况。
(4)装置可以实时采集、输出数据，可以实现远程智能监测、分析数据。
附图说明
图1是本发明主视结构示意图；
图2是本发明右视结构示意图；
图3是本发明立体结构示意图；
图4是本发明俯视结构示意图；
图5是圆盘式加载机构的结构示意图；
图6是质量块滑动轴的剖视图；
图7是齿轮组系统的结构示意图；
图8是四角支撑架与球铰支撑杆的连接结构示意图；
图9是主齿轮三角支撑架的结构示意图；
图10是传动齿轮三角支撑架的结构示意图；
图11是压力传感器的布设结构示意图；
图12是上半圆加载阶段的工作原理图；
图13是下半圆加载阶段的工作原理图。
图中：1机箱外壳；2圆盘式加载机构；201圆盘外壳；202电磁铁；203阻尼块；204大质量块；205阻尼弹簧；206质量块滑动轴；207垫片；208小质量块；209传动主轴节点；210电磁铁线圈；3焊接垫板Ⅰ；4焊接垫板Ⅱ；5主齿轮三角支撑架；501电机连接轴杆；503调心轴承Ⅰ；6桩体；7固定连接杆；8四角支撑架；801四角支撑架稳定板；9传动齿轮三角支撑架；901调心轴承Ⅱ；10齿轮组传力机构；1001传动齿轮Ⅰ；1002传动齿轮Ⅱ；1003主齿轮；11球铰支撑杆；1101外管；1102螺栓孔；1103内管；12焊接垫板Ⅲ；13焊接垫板Ⅳ；14传动主轴；15主采集仪；16副采集仪；17球铰；18压力传感器。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
如图1至图4所示，本发明所述的桩顶模拟动载装置包括机箱外壳1、圆盘式加载机构2、齿轮组传力机构10、外支承机构和智能数据采集输出系统，机箱外壳1呈箱体状，圆盘式加载机构2和齿轮组传力机构10设置在机箱外壳1内，机箱外壳1放置在桩体6的顶部。机箱外壳1的外部设有外支承机构，外支承机构的底部与地面连接，外支承机构的顶部与机箱外壳1连接，外支承机构可以小幅度调节机箱外壳1和圆盘式加载机构2的位置，使加载过程中圆盘式加载机构2与其下方的桩顶充分接触，保证了圆盘式加载机构2的稳定性，防止由于加载产生的过大的冲击作用而导致整个装置的倾覆。
如图7所示，齿轮组传力机构10包括传动齿轮Ⅰ1001、传动齿轮Ⅱ1002和主齿轮1003，主齿轮1003通过主齿轮三角支撑架5与机箱外壳1连接，主齿轮1003的中心固定有电机连接轴杆501，电机连接轴杆501通过联轴器与变频电机的输出轴连接，变频电机可数字输入控制电机转速，进而控制整体装置的加载频率。主齿轮1003与传动齿轮Ⅰ1001啮合传动，传动齿轮Ⅰ1001与传动齿轮Ⅱ1002啮合传动，因此传动齿轮Ⅰ1001与传动齿轮Ⅱ1002的转动方向相反。传动齿轮Ⅰ1001与传动齿轮Ⅱ1002均通过传动齿轮三角支撑架9与机箱外壳1连接。传动齿轮Ⅰ1001与传动齿轮Ⅱ1002的中部均固定有传动主轴14，传动主轴14的端部与圆盘式加载机构2连接。本实施例中，传动齿轮Ⅰ1001和传动齿轮Ⅱ1002分别设置两个，即主齿轮1003同时与两个传动齿轮Ⅰ1001啮合传动，两传动齿轮Ⅰ1001分别与两传动齿轮Ⅱ1002啮合传动，两传动齿轮Ⅰ1001固定在同一传动主轴14上，两传动齿轮Ⅱ1002也固定在同一传动主轴14上，两传动主轴14的两端分别固定有圆盘式加载机构2，位于同一侧的圆盘式加载机构2的转动方向相反。主齿轮1003的基圆半径均为150mm，齿数为36齿，厚度为300mm，传动齿轮Ⅰ1001和传动齿轮Ⅱ1002的基圆半径均为150mm，齿数为36齿，厚度为50mm。
如图9所示，主齿轮的两侧分别设有主齿轮三角支撑架5，主齿轮三角支撑架5包括三角形架体Ⅰ和调心轴承Ⅰ503，三角形架体Ⅰ的一端通过焊接垫板Ⅱ4与机箱外壳1的竖向侧壁固定连接，三角形架体Ⅰ的另一端通过焊接垫板Ⅲ12与机箱外壳1的水平底部固定连接。三角形架体Ⅰ的折点处设有调心轴承Ⅰ503，调心轴承Ⅰ503与三角形架体Ⅰ固定连接，调心轴承Ⅰ503的中心设有电机连接轴杆501。主齿轮三角支撑架5对主齿轮1003起到了支撑作用。
如图10所示，传动齿轮三角支撑架9包括三角形架体Ⅱ和调心轴承Ⅱ901，三角形架体Ⅱ的一端通过焊接垫板Ⅰ3与机箱外壳1的竖向侧壁固定连接，三角形架体Ⅱ的另一端通过焊接垫板Ⅳ13与机箱外壳1的水平底部固定连接。三角形架体Ⅱ的折点处设有调心轴承Ⅱ901，调心轴承Ⅱ901与三角形架体Ⅱ固定连接，调心轴承Ⅱ901的中心设有传动主轴14。传动齿轮三角支撑架9对传动齿轮Ⅰ1001和传动齿轮Ⅱ1002起到了支撑作用。
如图8所示，外支承机构包括四角支撑架8和球铰支撑杆11，本实施例中，机箱外壳1的四面外侧分别设有四角支撑架8，四角支撑架8的底部通过四角支撑架稳定板801与地面连接，通过四角支撑架稳定架801扩大与地面的接触面积。四角支撑架8的顶部通过球铰17与球铰支撑杆11的一端连接，球铰支撑杆11的另一端与机箱外壳1铰接。四角支承架8与球铰支承杆11联合作用，可增加整个装置的定位稳定性与支承刚性，同时避免加载的冲击作用导致整个加载装置出现倾覆。本实施例中，四角支撑架8和球铰支撑杆11均为可伸缩式，球铰支撑杆11包括外管1101和内管1103，内管1103设置在外管1101内，内管1103可在外管1101内滑动，外管1101和内管1103上均设有螺栓孔1102。内管1103在外管1101滑动过程中，实现了球铰支撑杆11的长度调整，当球铰支撑杆11达到合适长度时，将螺栓插在螺栓孔1102内，实现了球铰支撑杆11长度的固定。四角支撑架8的可伸缩结构与球铰支撑架11相同，此处不再赘述。通过四角支撑架8和球铰支撑杆的可伸缩式调节，实现了桩顶模拟动载装置的上下位置的微调。
圆盘式加载机构2包括质量块滑动轴206、圆盘外壳201、传动主轴节点209、大质量块204和小质量块208，质量块滑动轴206设置在圆盘外壳201内，质量块滑动轴206的两端分别通过垫片207与圆盘外壳201的内壁固定连接。质量块滑动206的中部固定有传动主轴节点209，传动主轴节点209与传动主轴14的端部固定连接，传动主轴14转动时，通过传动主轴节点209带动整个圆盘式加载机构2转动。大质量块204和小质量块208设置在传动主轴节点209的两侧，均由两个相同的半圆形质量块通过卡扣的方式固定连接，并且滑动套在质量块滑动轴206上，质量块滑动轴206的外表面套有电磁铁线圈210，使整个质量块滑动轴206产生均匀的磁场。大质量块204和小质量块208的内环为永磁铁，外环为铁合金，质量块滑动轴206与大质量块和小质量块之间形成排斥力，实现磁悬浮的形式，防止大质量块、小质量块沿质量块滑动轴滑动过程中，由于摩擦而产生导致质量块滑动轴温度过高发生疲劳破坏。大质量块204与垫片207之间、小质量块208与垫片207之间均设有阻尼弹簧205。小质量块208与传动主轴节点209之间设有电磁铁202和阻尼块203，电磁铁202朝向小质量块208，电磁铁202和阻尼块203固定套在质量块滑动轴206上，电磁铁202和阻尼块203之间通过粘接的方式固定连接。传动主轴节点209两侧的电磁铁202和阻尼块203之间呈对称设置。该装置设置了四个圆盘式加载机构，满足加载力的需要，位于同一侧的圆盘式加载机构成对设置，来抵消水平力的产生；大、小质量块通过电磁铁的吸引与排斥来改变半径，从而改变竖向加载力的大小。
智能数据采集输出系统包括主采集仪15、副采集仪16和压力传感器18，主采集仪15和副采集仪16设置在机箱外壳1的底部内侧，如图11所示，压力传感器18设置在机箱外壳1的底部外侧，且位于机箱外壳1与桩体6的顶部之间。主采集仪和副采集仪均包括位移采集仪、速度采集仪和加速度采集仪。主采集仪15主要采集加载装置未接触桩顶时的位移、速度、加速度，用于监测加载装置与桩顶的接触状态，反映加载性能。副采集仪，通过测与平整地面间的位移、速度、加速度，用于辅证主加载系统，同时记录加载过程桩顶与加载装置接触前后桩体的动力特性。通过多通道数据量测系统，将主采集仪15、副采集仪16和压力传感器18测得的数据，通过PLC、DPU等方式传输，进入工业智能数据库或者直接连接电脑，采用多终端，例如手机、平板、电脑等，查看和处理数据。
本发明还包括利用上述装置实现桩顶模拟加载的方法，该方法的原理是：如图12和图13所示，齿轮组传力机构动作，变频电机动作带动主齿轮1003转动，通过主齿轮1003与传动齿轮Ⅰ1001之间的啮合、以及传动齿轮Ⅰ1001与传动齿轮Ⅱ1002之间的啮合，使圆盘式加载机构2转动，位于同一侧的圆盘式加载机构2的转动方向相反。圆盘式加载机构2转动过程中，大质量块204和小质量块208对于整个圆盘式加载机构产生离心力，将此向心力分解到水平方向即X轴向和竖直方向即Y轴向，位于同侧的两圆盘式加载机构2之间的X轴向合力相互抵消，Y轴向合力相互叠加，从而产生向下的加载力。假设两个质量块的质量相同时，X轴方向合力为零，只剩Y轴方向相互叠加的力Fy＝2mrω2sinθ，能通过改变质量块m的大小和转速ω的大小来改变施加的动力大小，实现动力加载大小的可变性，其中θ为向心力与X轴方向力的夹角。该方法包括以下步骤：
上半圆加载过程中，调整电磁铁的磁极，使大质量块一侧的电磁铁始终吸引大质量块，此时大质量块的加载半径为r，小质量块一侧的大质量块始终排斥小质量块，在阻尼弹簧205的阻碍作用下，小质量块的加载半径为2r。大质量块的质量为M，小质量块的质量为m，M＝2m。此时位于同侧的两圆盘式加载机构的受力情况为：
式中FM为大质量块加载力，Fm为小质量块加载力，FD为实际的加载力。FM与Fm大小相等、方向相反，因此在上半圆阶段加载阶段，结构受力基本为零。
下半圆加载过程中，当大质量块由上半圆加载阶段结束到中轴线，电磁铁极性改变，此时大质量块一侧的电磁铁突然排斥大质量块，使得大质量块迅速弹开，移动至距离圆心2r的位置，并且在阻尼弹簧的阻碍作用下停止。小质量一侧的电磁铁吸引小质量块，此时小质量块的加载半径为r，此时位于同侧的两圆盘式加载机构的受力情况为：
式中FM为大质量块加载力，Fm为小质量块加载力，FD为实际的加载力。
在下半圆阶段加载阶段，FD大于零，结构受向下的加载力。当大质量块由下半圆加载阶段结束再次运动至中轴线时，电磁铁的极性再次发生改变，大质量块被电磁铁吸引，小质量块被电磁铁排斥，大质量块的加载半径为r，小质量块的加载半径为2r，从而重复上述受力循环过程。在上述运动过程中，电磁铁在阻尼弹簧的阻碍作用下停止运动，避免产生过大的冲量导致直接冲毁电磁铁。
以上对本发明所提供的桩顶模拟动载装置及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种桩顶模拟动载装置，其特征在于：包括机箱外壳(1)、圆盘式加载机构(2)、齿轮组传力机构(10)和外支承机构，圆盘式加载机构(2)和齿轮组传力机构(10)设置在机箱外壳(1)内，机箱外壳(1)放置在桩体(6)的顶部；
所述齿轮组传力机构(10)包括传动齿轮Ⅰ(1001)、传动齿轮Ⅱ(1002)和主齿轮(1003)，主齿轮(1003)通过主齿轮三角支撑架(5)与机箱外壳(1)连接，主齿轮(1003)的中心固定有电机连接轴杆(501)，电机连接轴杆(501)与变频电机的输出轴连接，主齿轮(1003)与传动齿轮Ⅰ(1001)啮合传动，传动齿轮Ⅰ(1001)与传动齿轮Ⅱ(1002)啮合传动，传动齿轮Ⅰ(1001)与传动齿轮Ⅱ(1002)的转动方向相反，传动齿轮Ⅰ(1001)与传动齿轮Ⅱ(1002)的中部均固定有传动主轴(14)，传动主轴(14)的端部分别设有圆盘式加载机构(2)，位于同一侧的圆盘式加载机构(2)的转动方向相反；
所述圆盘式加载机构(2)包括质量块滑动轴(206)、圆盘外壳(201)、传动主轴节点(209)、大质量块(204)和小质量块(208)，质量块滑动轴(206)设置在圆盘外壳(201)内，质量块滑动轴(206)的两端分别通过垫片(207)与圆盘外壳(201)的内壁固定连接，质量块滑动(206)的中部固定有传动主轴节点(209)，传动主轴节点(209)与传动主轴(14)的端部固定连接，大质量块(204)和小质量块(208)设置在传动主轴节点(209)的两侧，大质量块(204)和小质量块(208)滑动套在质量块滑动轴(206)上，质量块滑动轴(206)的外表面套有电磁铁线圈(210)，大质量块(204)和小质量块(208)的内环为永磁铁，质量块滑动轴(206)与大质量块和小质量块之间形成排斥力，大质量块(204)与垫片(207)之间、小质量块(208)与垫片(207)之间均设有阻尼弹簧(205)，大质量块(204)与传动主轴节点(209)之间、小质量块(208)与传动主轴节点(209)之间分别设有电磁铁(202)和阻尼块(203)，电磁铁(202)朝向质量块方向，电磁铁(202)和阻尼块(203)固定套在质量块滑动轴(206)上，电磁铁(202)和阻尼块(203)固定连接，传动主轴节点(209)两侧的电磁铁(202)和阻尼块(203)之间呈对称设置。
2.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：所述传动齿轮Ⅰ(1001)与传动齿轮Ⅱ(1002)均通过传动齿轮三角支撑架(9)与机箱外壳(1)连接，传动齿轮三角支撑架(9)包括三角形架体Ⅱ和调心轴承Ⅱ(901)，三角形架体Ⅱ的一端通过焊接垫板Ⅰ(3)与机箱外壳(1)的竖向侧壁固定连接，三角形架体Ⅱ的另一端通过焊接垫板Ⅳ(13)与机箱外壳(1)的水平底部固定连接，三角形架体Ⅱ的折点处设有调心轴承Ⅱ(901)，调心轴承Ⅱ(901)与三角形架体Ⅱ固定连接，调心轴承Ⅱ(901)的中心设有传动主轴(14)。
3.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：所述主齿轮(1003)通过主齿轮三角支撑架(5)与机箱外壳(1)连接，主齿轮三角支撑架(5)包括三角形架体Ⅰ和调心轴承Ⅰ(503)，三角形架体Ⅰ的一端通过焊接垫板Ⅱ(4)与机箱外壳(1)的竖向侧壁固定连接，三角形架体Ⅰ的另一端通过焊接垫板Ⅲ(12)与机箱外壳(1)的水平底部固定连接，三角形架体Ⅰ的折点处设有调心轴承Ⅰ(503)，调心轴承Ⅰ(503)与三角形架体Ⅰ固定连接，调心轴承Ⅰ(503)的中心设有电机连接轴杆(501)。
4.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：所述传动齿轮Ⅰ(1001)和传动齿轮Ⅱ(1002)分别设置两个，主齿轮(1003)同时与两个传动齿轮Ⅰ(1001)啮合传动，两传动齿轮Ⅰ(1001)分别与两传动齿轮Ⅱ(1002)啮合传动，两传动齿轮Ⅰ(1001)固定在同一传动主轴(14)上，两传动齿轮Ⅱ(1002)固定在同一传动主轴(14)上。
5.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：还包括外支承机构，外支承机构包括四角支撑架(8)和球铰支撑杆(11)，机箱外壳(1)的四面外侧分别设有四角支撑架(8)，四角支撑架(8)的底部通过四角支撑架稳定板(801)与地面连接，四角支撑架(8)的顶部通过球铰(17)与球铰支撑杆(11)的一端连接，球铰支撑杆(11)的另一端与机箱外壳(1)铰接。
6.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：所述四角支撑架(8)和球铰支撑杆(11)为伸缩式结构，球铰支撑杆(11)包括外管(1101)和内管(1103)，内管(1103)设置在外管(1101)内，内管(1103)在外管(1101)内滑动，外管(1101)和内管(1103)上均设有螺栓孔(1102)，将螺栓插在螺栓孔(1102)内，使外管(1101)和内管(1103)固定连接。
7.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：还包括智能数据采集输出系统，包括主采集仪(15)、副采集仪(16)和压力传感器(18)，主采集仪(15)和副采集仪(16)设置在机箱外壳(1)的底部内侧，压力传感器(18)设置在机箱外壳(1)的底部外侧，且位于机箱外壳(1)的底部与桩体(6)的顶部之间。
8.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：所述大质量块和小质量块均由两个相同的半圆形质量块通过卡扣的方式固定连接而成。。
9.一种利用权利要求1所述桩顶模拟动载装置实现模拟加载的方法，其特征在于包括以下步骤：
上半圆加载过程中，大质量块一侧的电磁铁吸引大质量块，大质量块的加载半径为r，小质量块一侧的大质量块排斥小质量块，在阻尼弹簧的阻碍作用下，小质量块的加载半径为2r，大质量块的质量为M，小质量块的质量为m，M＝2m，此时位于同侧的两圆盘式加载机构的受力情况为
式中FM为大质量块加载力，Fm为小质量块加载力，FD为实际的加载力；FM与Fm大小相等、方向相反，FD为零，此时桩顶加载力为零；
下半圆加载过程中，当大质量块由上半圆加载阶段结束到中轴线，电磁铁极性改变，大质量块一侧的电磁铁排斥大质量块，大质量块的加载半径为2r，小质量一侧的电磁铁吸引小质量块，小质量块的加载半径为r，此时位于同侧的两圆盘式加载机构的受力情况为：
式中FM为大质量块加载力，Fm为小质量块加载力，FD为实际的加载力；FD大于零，此时桩顶受到竖直向下的力；
当大质量块由下半圆加载阶段结束再次运动至中轴线时，重复上述受力循环过程。
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