CN113883996B - 地基附加应力对上部结构影响的模拟装置及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地基附加应力对上部结构影响的模拟装置及分析方法，模拟装置由多个横杆、立杆和斜杆通过连接件相互活动连接形成结构框架，立杆底端设置于基座中，基座中设有滑道；立杆竖向设置于框架结构四周，至少一个立杆的顶端形成连接节点，连接节点处至少活动连接一个横杆和一个斜杆；连接节点处的斜杆上轴向固定有滑片且与斜杆绝缘，连接节点处横杆和斜杆的夹角处设置弧形电阻丝线圈段，电阻丝线圈段的一端部固定于横杆上且与横杆绝缘，滑片与电阻丝线圈段接触构成滑动变阻器；滑动变阻器与电源及灵敏电流计连接成闭合电路，本发明通过电流数值的变化直观反映地基沉降产生的附加应力对上部结构的影响，分析方法简单、结果准确。

Description

地基附加应力对上部结构影响的模拟装置及分析方法

技术领域

本发明属于地基不均匀沉降技术领域，尤其涉及一种地基附加应力对上部结构影响的模拟装置及分析方法。

背景技术

建筑物由于地基水分、土质等因素的影响极易出现不均匀沉降的问题，地基出现不均匀沉降后会产生附加应力，可能引起上部结构或下部基础的变形，甚至发生结构破坏，尤其是当建筑物地基出现不均匀沉降的情况下再发生地震时，会使建筑物受到耦合力作用，危害极大。因此对地基不均匀沉降及产生的附加应力进行研究是极其重要的。目前主要通过数值仿真、模型试验等方法进行地基不均匀沉降的研究，对地基附加应力的研究大多采用数值模拟的方法模拟附加应力，但操作复杂，与实际情况的偏差大，精准度不够。此外，数值模拟方法多用于研究地基附加应力对下部结构的影响，缺少地基附加应力对上部结构影响的分析方法。

发明内容

针对上述背景技术中指出的不足，本发明提供了一种地基附加应力对上部结构影响的模拟装置及分析方法，旨在解决上述背景技术中现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种地基附加应力对上部结构影响的模拟装置，包括结构框架，所述结构框架由多个横杆、立杆和斜杆通过连接件相互连接而成，横杆、立杆和斜杆与连接件均为活动连接，立杆竖向设置于框架结构的四周，立杆的底端设置于基座中，基座中水平设有供立杆底端滑移的多个方向的滑道。至少一个立杆的顶端作为连接节点，所述连接节点处的连接件至少与一个横杆和一个斜杆的端部活动连接；所述连接节点处的斜杆上轴向固定有滑片且滑片与斜杆绝缘，所述连接节点处横杆和斜杆的夹角处设置弧形电阻丝线圈段，所述电阻丝线圈段的一端固定于横杆上且电阻丝线圈段与横杆绝缘，所述滑片与电阻丝线圈段接触；电阻丝线圈段固定于横杆处的端部和滑片的端部通过接线柱分别连接至电源的两极，形成闭合电路，所述闭合电路中接入灵敏电流计。

当立杆的底端沿基座中滑道滑移时，连接节点产生竖向位移，框架结构受力导致上部结构发生微小变形时，连接节点处横杆和斜杆的夹角发生变化，横杆带动滑片在电阻丝线圈段上的接触位置产生微小的相对位移，那么连接于电路中的电阻大小发生改变，灵敏电流计数值随即变化，从而可通过电流计的变化反映出结构产生了形变。

优选地，所述立杆的底端设有滚轮，方便立杆移动。

优选地，所述基座内设有滑动腔，滑动腔与滑道连通，所述滚轮位于滑动腔内。

优选地，所述电源和灵敏电流计设置于接线板中，接线板上设有接线柱，所述接线板固定于结构框架上，装置整体性好。

本发明进一步提供了一种地基附加应力对上部结构影响的分析方法，采用上述模拟装置，该方法包括以下步骤：

(1)使结构框架上一个立杆的底端沿基座上的滑道滑动产生一定位移，测量该立杆顶端滑移前后的竖向高度差，计算得到的立杆顶端的竖向位移，以所述竖向位移模拟立杆顶端的沉降量，沉降产生的附加应力造成框架结构的上部结构发生形变；

(2)上部结构发生形变后，结构框架上部连接节点处横杆和斜杆夹角的发生变化，接入电路中电阻丝线圈段的阻值随之变化，读取滑移前后灵敏电流计的数值，通过灵敏电流计数值的变化反映结构框架的变形程度；

(3)将灵敏电流计的数值变化与所述沉降量大小对照，即可根据电流数值的变化分析地基沉降产生的附加应力对上部结构的影响。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的地基附加应力对上部结构影响的模拟装置结构简单，操作方便。模拟装置中模拟地基发生不均匀沉降后，产生的附加应力导致上部结构发生形变，而上部结构的形变通过电路中电阻的变化来反映，通过电流数值的变化反映地基沉降产生的附加应力对上部结构造成形变的程度，非常直观，且电路中电流变化灵敏，准确度高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的地基附加应力对上部结构影响的模拟装置的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的闭合电路的示意图。

图3是本发明实施例提供的两种滚轮的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的基座的内部结构示意图。

图中：1-框架结构；2-横杆；3-立杆；4-斜杆；5-连接件；6-滑片；7-电阻丝线圈段；8-接线柱；9-接线板；10-电源；11-灵敏电流计；12-基座；13-滑道；14-滚轮；15-滑动腔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种地基附加应力对上部结构影响的模拟装置，模拟装置的主体为框架结构1，结构框架1的上部由多个横杆2和斜杆4通过连接件5相互连接而成，与连接件5的连接处均为活动连接，结构框架1的四周设置立杆3，其中至少有一个立杆3的顶端与连接件5活动连接形成连接节点，连接节点处的连接件5至少与一个横杆2和一个斜杆4的端部活动连接，图1示出的4个立杆3的顶端均形成了连接节点。至少一个连接节点处的斜杆4上轴向固定有滑片6且滑片6与斜杆4绝缘，该连接节点处横杆2和斜杆4的夹角处设置弧形电阻丝线圈段7，电阻丝线圈段7的一端固定于横杆2上且电阻丝线圈段7与横杆绝缘，滑片6与电阻丝线圈段7接触，将滑片6的端部和电阻丝线圈段7固定于横杆2处的端部均通过接线柱8分别连接至电源10的两极，该电路中接入灵敏电流计11，形成闭合电路，如图2所示。该连接节点处横杆2和斜杆4之间的夹角发生变化时，滑片6与电阻丝线圈段7的接触位置发生相对位移，从而由滑片6与电阻丝线圈段7形成滑动变阻器。

如图1所示，将电源10和灵敏电流计11设置于接线板9中，接线板9上也设有接线柱8，接线板9上的接线柱8与电阻丝线圈段7和滑片6上的接线柱8对应连接，接线板9固定于框架结构1上，使装置整体性好，方便使用。滑片6与电阻丝线圈段7形成滑动变阻器的阻值随框架结构1的形变而变化，当立杆3底部滑移时，框架结构1上各连接点随同发生位移，使滑片6所在斜杆4与电阻丝线圈段7所固定的横杆2之间的夹角发生变化，导致滑片6与电阻丝线圈段7组成的滑动变阻器的阻值变化，而灵敏电流计11的数值变化情况能够反映滑动变阻器的阻值变化情况，因此，通过灵敏电流计11的数值变化可反映框架结构1的形变程度。

当然，对于框架结构1中不同连接节点处的形变情况的对比分析，可在框架结构1中不同的连接节点处分别设置滑片6和电阻丝线圈段7，即在框架结构1中不同的连接节点处分别设置滑动变阻器结构，各自形成闭合回路，通过各自闭合回路上的灵敏电流计的数值变化对比分析不同位置处连接节点的形变情况。

由于不均匀沉降产生的附加应力导致的框架结构1的形变通过立杆3底端的滑移来模拟，立杆3的底端设置于基座12中，基座12中水平设有多个方向的滑道13，滑道1用于立杆3底端滑移，立杆3的底端设有滚轮14，结构参照图3a或b，方便立杆14移动。基座12内设有滑动腔15，用于容纳滚轮14，滑动腔15与滑道13连通(参照图4)。

地基附加应力对上部结构影响的分析方法如下：

(1)使结构框架1上一个立杆3的底端沿基座12上的滑道13滑动产生一定位移，测量该立杆3顶端滑移前后的竖向高度差，计算得到的立杆3顶端的竖向位移，以竖向位移模拟立杆3顶端的沉降量，形成不均匀沉降，产生相应的附加应力；

(2)产生的附加应力造成框架结构1上部结构发生形变，使固定滑片6的斜杆4与固定电阻丝线圈段7的横杆2之间的夹角发生变化，横杆2带动滑片6在电阻丝线圈段7上的接触位置产生相对位移，其构成的滑动变阻器的电阻发生改变，致使灵敏电流计11数值随即变化，从而通过电流计11数值的变化反映出框架结构1的形变；

(3)将灵敏电流计的数值变化与沉降量大小对照，根据电流数值的变化即可分析地基沉降产生的附加应力对上部结构造成的影响，本发明通过模拟装置能够更加直观的反映出附加应力对上部结构的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种地基附加应力对上部结构影响的模拟装置，其特征在于，包括结构框架，所述结构框架由多个横杆、立杆和斜杆通过连接件相互连接而成，横杆、立杆和斜杆与连接件均为活动连接，立杆竖向设置于框架结构的四周，立杆的底端设置于基座中，基座中水平设有供立杆底端滑移的多个方向的滑道；至少一个立杆的顶端作为连接节点，所述连接节点处通过连接件至少与一个横杆和一个斜杆的端部活动连接；所述连接节点处的斜杆上轴向固定有滑片且滑片与斜杆绝缘，所述连接节点处横杆和斜杆的夹角处设置弧形的电阻丝线圈段，所述电阻丝线圈段的一端部固定于横杆上且电阻丝线圈段与横杆绝缘，所述滑片与电阻丝线圈段接触；电阻丝线圈段固定于横杆处的端部及滑片通过接线柱分别连接至电源的两极，形成闭合电路，所述闭合电路中接入灵敏电流计；

所述立杆的底端设有滚轮；所述基座内设有滑动腔，滑动腔与滑道连通，所述滚轮位于滑动腔内。

2.如权利要求1所述的地基附加应力对上部结构影响的模拟装置，其特征在于，所述电源和灵敏电流计设置于接线板中，接线板上设有接线柱，所述接线板固定于结构框架上。

3.一种地基附加应力对上部结构影响的分析方法，其特征在于，所述分析方法采用权利要求1或2所述的模拟装置，包括以下步骤：

(1)使结构框架上一个立杆的底端沿基座上的滑道滑动产生一定位移，测量该立杆顶端滑移前后的竖向高度差，计算得到的立杆顶端的竖向位移，以所述竖向位移模拟立杆顶端的沉降量，沉降产生的附加应力造成框架结构的上部结构发生形变；

(2)上部结构发生形变后，结构框架上部连接节点处横杆和斜杆夹角的发生变化，接入电路中电阻丝线圈段的阻值随之变化，读取滑移前后灵敏电流计的数值，通过灵敏电流计数值的变化反映结构框架的变形程度；

(3)将灵敏电流计的数值变化与所述沉降量大小对照，即可根据电流数值的变化分析地基沉降产生的附加应力对上部结构的影响。