CN113533044B - 一种可移动激振荷载作用下侧向压力量测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可移动激振荷载作用下侧向压力量测装置，包括加载架系统和层状侧向压力模拟器系统；所述振动发生器和加载架滑轨连接，振动发生器两侧安置电动滑轮，置于单元层平板的上方；第二层单元层平板及以下的板上部布置可压缩的弹簧连接杆；所述单元层变形杆上设有弹簧和单向滑动卡槽，与侧向压力传感器连接，并安装在滑轮上；所述滑动轨道框为矩形，四角下方均布置弹簧、滑动卡槽和侧向压力传感器，并可叠加连接。本发明采用可移动激振荷载模拟系统将可移动激振荷载产生的振动和压力输入到侧向单元体系统中，模拟在动荷载作用下侧向单元体的弹塑性变形，可以实时的观测实验数据的变化，对可移动激振荷载中侧向压力的变化做出直观的观测。

Description

一种可移动激振荷载作用下侧向压力量测装置
技术领域
本发明涉及侧向压力测试和实验模拟技术领域，尤其涉及一种可移动激振荷载作用下侧向压力量测装置。
背景技术
目前，在建筑、岩土、交通等领域的设计与施工中都会涉及侧向压力测试，通过模拟实验的方式对研究目标进行放缩实验，由实验数据来给实际工程提供可靠、安全的理论保证。可移动激振荷载如风载、地震荷载、车辆荷载等对分层施工的构筑物如高层建筑、桥梁、道路，人工或自然填充的基坑、路堤等的侧向压力的影响是一个长期反复作用的过程，层状单元层瞬时的微小变化不断叠加，随着时间的推移后出现宏观的数据变化，从而使人们对可移动激振荷载作用下的侧向压力和静力荷载进行对比，进而对在动荷载作用下物理参数进行系数修正。
当前理论上薄层单元法在这种微小变化引起侧向压力的改变的计算与推导上有很大的可行性，实验室中采用微小的探针对这种单元薄层的微小错动已经有成功的观测和量测，但由于实验装置过于精密和昂贵，其实验装置和操作过程很难推广供实际教研或工程中使用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是基于薄层单元法的理论思想，为了直观模拟可移动激振荷载对侧向压力的影响和量测而提出的一种可移动激振荷载作用下侧向压力量测装置。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种可移动激振荷载作用下侧向压力量测装置，包括加载架系统和层状侧向压力模拟器系统；
所述加载架系统包括加载架、加载架滑轨、振动发生器和电动滑轮；所述加载架滑轨固定连接在加载架上方中部区域的前后两侧之间；所述电动滑轮安装在振动发生器的两侧，所述振动发生器通过电动滑轮与加载架滑轨滑动连接；
所述层状侧向压力模拟器系统包括单元层平板、弹簧连接杆、单元层变形杆、侧向压力传感器、滑轮、滑动轨道框、滑轨连接杆和反力墙；所述滑动轨道框为矩形结构，其纵向均匀排列在加载架滑轨下方；所述反力墙分别设置在纵向均匀排列的滑动轨道框的左右两侧，各所述滑动轨道框左右两侧的前后两端与反力墙之间均通过滑轨连接杆连接；所述滑轨连接杆与反力墙边缘滑动连接；所述滑动轨道框四角底部均连接有单元层变形杆；所述单元平层板分别设置在各滑动轨道框的上方，且由上至下位于第二层及以下的单元平层板的上表面均设置有可压缩的弹簧连接杆，且所述弹簧连接杆的上端可在上一层单元平层板的底部滑动；所述单元层平板与滑动轨道框的左右两侧以及前后两侧之间分别连接有单元层变形杆，所述单元层变形杆的外端分别通过滑轮与滑动轨道框的四边滑动连接；所述单元层平板一侧的单元层变形杆的外端连接有侧向压力传感器。
进一步的，所述单元层变形杆由弹簧和单向滑动卡槽依次连接而成。
进一步的，所述单元层平板的上表面和下表面分别附有不同摩擦系数的粗糙材料。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明采用可移动激振荷载模拟系统将可移动激振荷载产生的振动和压力输入到层状体系统中，单元层平板与单元层变形杆相连，模拟在动荷载作用下层状体的弹塑性变形，滑动轨道框叠加起来表现层状体的厚度，并在侧滑轮上设有压力传感器，可以实时的观测实验数据的变化，对可移动激振荷载中侧向压力的变化做出直观的观测。
附图说明
图1是本发明所提出的一种可移动激振荷载作用下侧向压力量测装置的三维结构示意图；
图2是加载架系统的三维结构示意图；
图3是层状侧向压力模拟器系统的三维结构示意图；
图4是图1的俯视结构示意图；
图5是图1的主视剖面结构示意图；
图6是层状侧向压力模拟器系统的单元剖面结构示意图。
其中，附图标记：1-加载架；2-加载架滑轨；3-振动发生器；4-电动滑轮；5-单元层平板；6-弹簧连接杆；7-单元层变形杆；8-弹簧；9-单向滑动卡槽；10-侧向压力传感器；11-滑轮；12-滑动轨道框；13-滑轨连接杆；14-反力墙；15-压力接收装置；16-计算机。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图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。
参见附图1至6，给出了本发明所提出的一种可移动激振荷载作用下侧向压力量测装置的一个实施例的具体结构。所述装置包括加载架系统和层状侧向压力模拟器系统。
所述加载架系统包括加载架1、加载架滑轨2、振动发生器3和电动滑轮4；所述加载架滑轨2固定连接在加载架1上方中部区域的前后两侧之间；所述电动滑轮4分别安装在振动发生器3的两侧，所述振动发生器3和电动滑轮4并排安装在压力输出部位；所述振动发生器3通过电动滑轮4与加载架滑轨2滑动连接。
所述层状侧向压力模拟器系统包括单元层平板5、弹簧连接杆6、单元层变形杆7、侧向压力传感器10、滑轮11、滑动轨道框12、滑轨连接杆13和反力墙14；所述单元层平板5的上表面和下表面分别附有不同摩擦系数的粗糙材料；所述滑动轨道框12为矩形结构，其纵向均匀排列在加载架滑轨2的下方，本实施例中，所述滑动轨道矿12纵向均匀排列有五个；所述反力墙14分别设置在纵向均匀排列的滑动轨道框12的左右两侧，各所述滑动轨道框12左右两侧的前后两端与反力墙14之间均通过滑轨连接杆13连接；所述滑轨连接杆13与反力墙14边缘滑动连接；所述滑动轨道框12四角底部均连接有单元层变形杆7，且相邻两个滑动轨道框12的四角之间通过单元层变形杆7经螺栓连接；所述单元平层板5分别设置在各滑动轨道框12的上方，且由上至下位于第二层及以下的单元平层板5的上表面均设置有可压缩的弹簧连接杆6，且所述弹簧连接杆6的上端可在上一层单元平层板5的底部滑动；所述单元层平板5与滑动轨道框12的前后两侧之间以及左右两侧之间分别通过一根单元层变形杆7连接，所述单元层变形杆7的一端分别穿过单元层平板5，且所述单元层平板5与滑动轨道框12之间的单元层变形杆7的两个外端分别通过滑轮11与滑动轨道框12的四边滑动连接；所述单元层平板5左侧的单元层变形杆7的外端与滑轮11的连接处设置侧向压力传感器10。
其中，所述单元层变形杆7上依次设置有弹簧8和单向滑动卡槽9，分别模拟层状体的弹性和塑性变形。
本发明可以做成小型模型供教学使用也可做成大型模型供实际工程实验测试，故该侧向压力量测装置中的轨道框12的长宽设置为150-5000mm；单元层平板5的长度设置为80-4000mm，宽度设置为60-4000mm，厚度设置为10-500mm，其材质根据实验设计选择适当密度重量的材料，亦可是多种材料复合而成，材料的选择根据实验对象进行调整，有机材料如橡胶(平行纹理、交叉纹理)、沥青、有机玻璃等，金属材料如铝、黄铜、铸铁等，附着物的重量要附加到整个单元层平板5的重量中；各所述滑动轨道框12之间的距离设置为10-500mm，轨道宽度设置为10-100mm；所述滑轮11的直径设置为10-200mm；所述侧向压力传感器10的大小为10-100mm，厚度为8-50mm；所述弹簧8的长度设置为20-500mm，直径设置为8-150mm；所述单向滑动卡槽9的长度设置为20-500mm，直径设置为8-150mm；所述滑轨连接杆13的长度设置为50-1500mm，直径设置为8-150mm；所述反力墙14的两侧边缘的滑轨宽度设置为8-50mm，厚度设置为20-400mm；所述单元层变形杆7的直径设置为5-100mm；所述单元层平板5之间的弹簧连接杆6的直径设置为10-150mm，且所述弹簧连接杆6头部的形状可根据需要改动，进而调节摩擦力，本实施例中为了方便表达将其头部形状做成球形。
所述层状侧向压力模拟器系统的层数控制在2-100层；所述反力墙14的高度根据层数控制在50-10000mm；所述加载架1的高度也根据层数进行升降；所述振动发生器3的直径设置为10-1500mm；所述电机滑轮4的直径设置为10-2000mm，厚度设置为10-800mm，激振频率设置为0.5-25Hz；所述单元层平板5的上下表面铺设模拟单元层间摩擦力的材料；所述滑动轨道框12、反力墙14以及各类杆件、滑轮等均采用钢材料制作；所述单元层平板5的材料可采用多种不同材料的层状板，进而模拟不同的构筑物。
本发明的组装和测试包括以下步骤：所述单元层平板5和单元层变形杆7之间采用螺栓连接，各层滑动轨道框12四角通过单元层变形杆7经螺栓连接，所述单元层变形杆7和侧向压力传感器10可采用胶质材料粘结，并预留出一定长度，预留好的孔位用于连接滑轮11，放置反力墙14，将滑轨连接杆13的外端与反力墙14上两侧边缘的滑轨滑动连接；将单元层平板5和单元层变形杆7以及滑轮11组成的系统放置在滑动轨道框12上，逐层安装好后，调节加载架1，使振动发生器3和电动滑轮4接触单元层平板5，连接各侧向压力传感器10至压力接收装置15，最终和计算机15相连，开启加载架系统施加压力和振动，实时记录数据。
本发明的工作原理在于：所述加载架1的作用是给单元层平板5施加竖向压力，同时承载着加载架滑轨2和振动发生器3的重力。
所述单元层平板5的层数由实验精度决定，单元层平板5的层数越多，实验精度越高。
在确定好单元层平板5的层数并组装完毕后，便可以调节加载架滑轨2的高度以及振动发生器3的位置，通过调节振动发生器3，可以控制激振荷载的振幅和频率，通过调节电动滑轮4与首层单元层平板5之间的摩擦力，可以调节首层单元层平板5上的侧向压力传感器10的接收到的压力数据。
所述单元层变形杆7由弹簧8和单向滑动卡槽9构成；其中弹簧8可用于模拟本单元层的弹性变形，通过控制弹簧8的弹性模量来控制、放大或者缩小单元层的弹性变形效果；所述单向滑动卡槽9可用于模拟本单元层的塑性变形，通过改变滑动卡槽9中的卡齿的大小和卡齿压力弹簧的阻尼来控制、放大或者缩小单元层的塑性变形效果。可以根据实验所设计的单元层属性来合理的调节弹簧8和单向滑动卡槽9的属性和安置。所述滑动轨道框12之间安装的弹簧8和单向滑动卡槽9也是起到这样的效果，模拟单元层的竖向弹性变形和塑性变形。在这样在加载过程中弹簧8和单向滑动卡槽9会发生伸缩变化，进而影响侧向压力传感器10接收到的数据值。
两层单元层平板5和其之间的弹簧连接杆6的作用是引导两层单元层之间的摩擦力和单元层竖直方向的弹性变形，所述单元层平板5上边面和下表面的材料和弹簧连接杆6的顶部的材料和形状进行配合，弹簧连接杆6顶部的形状和材料可以改变摩擦系数，进而改变或者控制设计所需模拟的摩擦系数要求。
所述单元层变形杆7尾部安装滑轮11，将安装完毕的单元层平板5放置在滑动轨道框12上，满足单元层弹性和塑性变形所需要的变形位移要求。
在加载系统开始加载后，所述反力墙14来抵挡来自各层单元层平板5产生的压力，产生反作用力，并抵挡压力产生的变形效果，进而使侧向压力传感器10能源源不断的收集压力数据。
根据侧向压力传感器10的各层压力数据，可以得出在激振荷载作用下，层状单元的侧向压力受力的大小和分布状况。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种可移动激振荷载作用下侧向压力量测装置，其特征在于：所述装置包括加载架系统和层状侧向压力模拟器系统；
所述加载架系统包括加载架、加载架滑轨、振动发生器和电动滑轮；所述加载架滑轨固定连接在加载架上方中部区域的前后两侧之间；所述电动滑轮安装在振动发生器的两侧，所述振动发生器通过电动滑轮与加载架滑轨滑动连接；
所述层状侧向压力模拟器系统包括单元层平板、弹簧连接杆、单元层变形杆、侧向压力传感器、滑轮、滑动轨道框、滑轨连接杆和反力墙；所述滑动轨道框为矩形结构，其纵向均匀排列在加载架滑轨下方；所述反力墙分别设置在纵向均匀排列的滑动轨道框的左右两侧，各所述滑动轨道框左右两侧的前后两端与反力墙之间均通过滑轨连接杆连接；所述滑轨连接杆与反力墙边缘滑动连接；所述滑动轨道框四角底部均连接有单元层变形杆；所述单元平层板分别设置在各滑动轨道框的上方，且由上至下位于第二层及以下的单元平层板的上表面均设置有可压缩的弹簧连接杆，且所述弹簧连接杆的上端可在上一层单元平层板的底部滑动；所述单元层平板与滑动轨道框的左右两侧以及前后两侧之间分别连接有单元层变形杆，所述单元层变形杆的外端分别通过滑轮与滑动轨道框的四边滑动连接；所述单元层平板一侧的单元层变形杆的外端连接有侧向压力传感器；
所述单元层变形杆由弹簧和单向滑动卡槽依次连接而成。
2.根据权利要求1所述的一种可移动激振荷载作用下侧向压力量测装置，其特征在于：所述单元层平板的上表面和下表面分别附有不同摩擦系数的粗糙材料。
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