CN114892731B - 考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统，包括步骤：组装模型箱；分层填料；制备地基；将所得填筑好的地基养护设定时长后，进行拉拔试验。本发明的有益效果是：在搅拌机底下设有升降台，便于直接填料，模型箱内每根支柱内侧均设有刻度尺，可随时观察相似材料的浇筑高度，以控制每次浇筑的量保证了填料的整体性，克服了以往人工填料造成的人为误差，避免了重复繁琐的测量操作；不同角度的击实板可模拟不同角度的斜坡地形；模型箱的转动侧板可以旋转打开，底板上布置有T型钉，T型钉可提供支座反力，使得拉拔实验时保持平衡，进而模拟临崖状态，比以往的模型试验更加准确精细。
Description
技术领域
本发明属于力学研究技术领域，尤其涉及一种考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统。
背景技术
随着越来越多的输电线路走廊途径山区丘陵地带，部分杆塔基础需要修建在悬崖峭壁上，杆塔基础所在地形具有斜坡、临崖等典型特征。
现有的杆塔基础拔试验系统试验时四面封闭，地基表面水平，只能模拟现场四周约束、地形水平区域的杆塔基础情况，难以再现多面临崖和斜坡等地形条件。此外已有的杆塔基础拔试验系统仅考虑加载系统，并未考虑地基制备、拆卸等过程，使得试验繁杂，尤其是针对岩石等坚硬材料地基，拆样过程尤为困难。
为了能够快速、简易地开展临崖和斜坡地形下岩石掏挖基础的拉拔模型试验，较准确地获取临崖和斜坡地形下输电线路杆塔基础的抗拔承载力参数及变形参数，研制一套综合考虑制样、加载和拆样等试验全过程且能模拟临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础室内模型试验系统及使用方法非常重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统。
这种考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统，包括制样系统、加载系统和拆样系统；制样系统包括搅拌装置、模型箱和击实装置；加载系统包括支柱、T型钉、固定下横梁、可移动上横梁、位移传感器、力传感器、力加载装置、控制器、拉拔基础、拉拔杆和滑槽；拆样系统包括自动升降装置、钢绳、转轴和钻头；
制样系统内：搅拌装置包括升降台和搅拌机，升降台位于搅拌机底部；模型箱包括底板、螺栓、四块转动侧板、支柱、肋和转轴，底板上对角线位置设有两根支柱；两根支柱在四块转动侧板的其中两个接缝处通过位于支柱下部的转轴与转动侧板连接，这两个接缝处于四块转动侧板围成方形的对角位置；底板与每个转动侧板通过螺栓连接；击实装置包括自动升降装置、钢绳和击实板，自动升降装置通过钢绳连接击实板，自动升降装置上配有钻头；
加载系统内：固定下横梁通过螺栓固定于支柱上，固定下横梁上相对于横梁中点对称设有两个力加载装置，固定下横梁底部中点处设有位移传感器；可移动上横梁置于支柱上方的滑槽内；可移动上横梁上设有力传感器；底板边缘靠近转动侧板处设有多根T型钉；两个力加载装置均与控制器电连接；拉拔基础上的拉拔杆穿过固定下横梁固定于力传感器上；四块转动侧板上均焊接有纵横交错的多根肋，用于增加受力；
拆样系统内：自动升降装置通过钢绳连接钻头。
作为优选，可移动上横梁与支柱可拆卸连接，支柱与底板通过螺栓固定连接；每根支柱内侧均设有刻度尺。
作为优选，自动升降装置通过钢绳连接击实板四个角上面的环。
作为优选，击实板具有多种底面倾斜角度；击实板的底面倾斜角度为0～60°。
作为优选，位移传感器通过吸附式安装在固定下横梁底部中点处。
这种考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统的工作方法，包括以下步骤：
步骤1、组装模型箱：将支柱安装在底板的对角线上，将四个转动侧板与底板通过螺栓相连，将转动侧板通过转轴与支柱转动连接，形成四面封闭的模型箱；
步骤2、分层填料：将填料按照比例放入搅拌机中进行搅拌；搅拌结束后，升降台升高，抬高搅拌机，将搅拌得到的混合料倒入模型箱中；每次通过自动升降装置由钢绳带动设定底面倾斜角度的击实板击实混合料；通过刻度尺控制每次振捣的新增高度h；
步骤3、制备地基：重复执行步骤2，直至当前填料的高度处于设定位置时，将拉拔基础放入模型箱内的填料内；继续重复执行步骤2，直到当前填料的高度达到待填筑的总高度H，得到填筑好的地基；
步骤4、将步骤3所得填筑好的地基养护设定时长后，进行拉拔试验；
步骤5、试样拆除：输电线路杆塔基础拉拔试验结束后，打开所有转动侧板，展开模型箱四周的转动侧板，通过钻头和自动升降装置将进行拉拔试验后的地基进行破碎拆除，清理废弃的破碎混合料，试验结束。
作为优选，步骤2中击实板的底面倾斜角度为0～60°；每次振捣的新增高度h＝1/10H，其中H为待填筑的总高度。
作为优选，步骤4具体为：
步骤4.1、将固定下横梁通过螺栓固定于支柱上，将可移动上横梁置于支柱上方的滑槽内，将拉拔基础上的拉拔杆穿过固定下横梁固定于力传感器上，将位移传感器通过吸附式安装在固定下横梁上；将两个力加载装置相对于横梁中点对称设于固定下横梁上，将两个力加载装置均与控制器电连接；执行步骤4.2至步骤4.6中的其中一个步骤后，执行步骤4.7；
步骤4.2、不转动模型箱的任何一侧转动侧板，进行不临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验；
步骤4.3、转动模型箱的其中一侧转动侧板，进行一面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验；
步骤4.4、转动模型箱的其中两侧转动侧板，进行两面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验；
步骤4.5、转动模型箱的其中三侧转动侧板，进行三面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验；
步骤4.6、转动模型箱的其中四侧转动侧板，进行四面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验；
步骤4.7、重复执行步骤2至步骤4.1，每次重复过程从步骤4.2至步骤4.6中未被执行的步骤中选取一个作为步骤4.1与步骤4.7之间的步骤；当步骤4.2至步骤4.6中所有步骤均被执行完成时，结束重复，执行步骤5。
作为优选，步骤4中将步骤3所得填筑好的地基养护7天。
作为优选，步骤4.2至步骤4.6中输电线路杆塔基础拉拔试验具体为：通过控制器控制力加载装置进行分级加载，将可移动上横梁上抬，带动拉拔基础上拔，直至填筑好的地基被破坏。
本发明的有益效果是：
本发明提供考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统，分为制样系统、加载系统和拆样系统，比以往其他模型试验考虑更加全面；可以较为方便快捷地进行制样、加载和拆样的全过程；本发明可以考虑不同的斜坡和临崖形式，可较为准确地模拟临崖和斜坡地形的输电线路杆塔拉拔模型试验的抗拔承载力和变形特征；可以严格控制每次填筑的量，避免因为击实不实而导致密度不达标；本发明适用范围广，可用于不同边界条件和不同角度斜坡模拟，可以广泛应用于室内岩石掏挖基础拉拔模型试验。
本发明在搅拌机底下设有升降台，便于直接填料，模型箱内每根支柱内侧均设有刻度尺，可随时观察相似材料的浇筑高度，以控制每次浇筑的量保证了填料的整体性，克服了以往人工填料造成的人为误差，避免了重复繁琐的测量操作；不同角度的击实板可模拟不同角度的斜坡地形；模型箱的转动侧板可以旋转打开，底板上布置有T型钉，T型钉可提供支座反力，使得拉拔实验时保持平衡，进而模拟临崖状态，比以往的模型试验更加准确精细；本发明的拆样系统中模型箱边界可以旋转打开且自动升降装置配有钻头，钻头用于破碎废料，打碎试样并将模型箱侧面清理出来，克服了以往试验结束后废料难以清理的问题。
附图说明
图1为本发明的考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统整体示意图；
图2为模型箱的结构示意图；
图3为搅拌装置的结构示意图；
图4为击实装置的结构示意图；
图5为模型箱内部构造图；
图6为两侧转动侧板旋转状态图；
图7为四侧转动侧板旋转状态图。
附图标记说明：搅拌装置1、模型箱2、击实装置3、底板4、螺栓5、转动侧板6、支柱7、肋8、升降台9、搅拌机10、击实板11、自动升降装置12、转轴13、钢绳14、刻度尺15、T型钉16、固定下横梁17、可移动上横梁18、位移传感器19、力传感器20、力加载装置21、控制器22、拉拔基础23、拉拔杆24、滑槽25、钻头26。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，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。
实施例一
本申请实施例一提供了一种考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统，包括制样系统、加载系统和拆样系统；如图1所示，制样系统包括搅拌装置1、模型箱2和击实装置3；加载系统包括支柱7、T型钉16、固定下横梁17、可移动上横梁18、位移传感器19、力传感器20、力加载装置21、控制器22、拉拔基础23、拉拔杆24和滑槽25；拆样系统包括自动升降装置12、钢绳14、转轴13和钻头26；
制样系统内：如图3所示，搅拌装置1包括升降台9和搅拌机10，升降台9位于搅拌机10底部；如图2所示，模型箱2包括底板4、螺栓5、四块转动侧板6、支柱7、肋8和转轴13，底板4上对角线位置设有两根支柱7；两根支柱7在四块转动侧板6的其中两个接缝处通过位于支柱7下部的转轴13与转动侧板6连接，这两个接缝处于四块转动侧板6围成方形的对角位置；底板4与每个转动侧板6通过螺栓5连接；如图4所示，击实装置3包括自动升降装置12、钢绳14和击实板11，自动升降装置12通过钢绳14连接击实板11四个角上面的环，自动升降装置12上配有钻头26；击实板11具有多种底面倾斜角度，用于模拟不同角度的斜坡地形，保证了填料的整体性，克服了以往人工填料造成的人为误差；模拟不同的斜坡地形，更加模拟真实情况；击实板11的底面倾斜角度为0～60°；
加载系统内：如图5所示，固定下横梁17通过螺栓5固定于支柱7上，固定下横梁17上相对于横梁中点对称设有两个力加载装置21，固定下横梁17底部中点处通过吸附式安装有位移传感器19；可移动上横梁18置于支柱7上方的滑槽25内；可移动上横梁18上设有力传感器20；底板4边缘靠近转动侧板6处设有多根T型钉16，T型钉可提供支座反力，使得拉拔实验时保持平衡，进而模拟临崖状态，比以往的模型试验更加准确精细；两个力加载装置21均与控制器22电连接；拉拔基础23上的拉拔杆24穿过固定下横梁17固定于力传感器20上；可移动上横梁18与支柱7可拆卸连接，支柱7与底板4通过螺栓固定连接；每根支柱7内侧均设有刻度尺15，可严格控制每次浇筑的量，可在振捣过程中随时观察填料的高度；四块转动侧板6上均焊接有纵横交错的多根肋8，用于增加受力；
拆样系统内：自动升降装置12通过钢绳14连接钻头26。
实施例二
在实施例一的基础上，本申请实施例二提供了实施例一中考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统的工作方法，包括以下步骤：
步骤1、组装模型箱2：将支柱7安装在底板4的对角线上，将四个转动侧板6与底板通过螺栓5相连，将转动侧板6通过转轴13与支柱7转动连接，即使试样侧向没有约束力，转动侧板仍可绕支柱转动；形成四面封闭的模型箱2；
步骤2、分层填料：将填料(相似材料)按照比例放入搅拌机10中进行搅拌；搅拌结束后，升降台9升高，抬高搅拌机10，将搅拌得到的混合料倒入模型箱2中；每次通过自动升降装置12由钢绳14带动设定底面倾斜角度(0～60°)的击实板11击实混合料，保证填料的密实度达到试验要求；通过刻度尺15控制每次振捣的新增高度h，每次振捣的新增高度h＝1/10H，其中H为待填筑的总高度；
步骤3、制备地基：重复执行步骤2，直至当前填料的高度处于设定位置时，将拉拔基础23放入模型箱2内的填料内；继续重复执行步骤2，直到当前填料的高度达到待填筑的总高度H，得到填筑好的地基；
步骤4、将步骤3所得填筑好的地基养护7天后，进行拉拔试验；
步骤4.1、将固定下横梁17通过螺栓5固定于支柱7上，将可移动上横梁18置于支柱7上方的滑槽25内，将拉拔基础23上的拉拔杆24穿过固定下横梁17固定于力传感器20上，将位移传感器19通过吸附式安装在固定下横梁17上；将两个力加载装置21相对于横梁中点对称设于固定下横梁17上，将两个力加载装置21均与控制器22电连接；执行步骤4.2至步骤4.6中的其中一个步骤后，执行步骤4.7；
步骤4.2、不转动模型箱2的任何一侧转动侧板6，进行不临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验：通过控制器22控制力加载装置21进行分级加载，将可移动上横梁18上抬，带动拉拔基础23上拔，直至填筑好的地基被破坏；
步骤4.3、转动模型箱2的其中一侧转动侧板6，进行一面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验：通过控制器22控制力加载装置21进行分级加载，将可移动上横梁18上抬，带动拉拔基础23上拔，直至填筑好的地基被破坏；
步骤4.4、如图6所示，转动模型箱2的其中两侧转动侧板6，进行两面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验：通过控制器22控制力加载装置21进行分级加载，将可移动上横梁18上抬，带动拉拔基础23上拔，直至填筑好的地基被破坏；
步骤4.5、转动模型箱2的其中三侧转动侧板6，进行三面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验：通过控制器22控制力加载装置21进行分级加载，将可移动上横梁18上抬，带动拉拔基础23上拔，直至填筑好的地基被破坏；
步骤4.6、如图7所示，转动模型箱2的其中四侧转动侧板6，进行四面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验：通过控制器22控制力加载装置21进行分级加载，将可移动上横梁18上抬，带动拉拔基础23上拔，直至填筑好的地基被破坏；
步骤4.7、重复执行步骤2至步骤4.1，每次重复过程从步骤4.2至步骤4.6中未被执行的步骤中选取一个作为步骤4.1与步骤4.7之间的步骤；当步骤4.2至步骤4.6中所有步骤均被执行完成时，结束重复，执行步骤5；
步骤5、试样拆除：输电线路杆塔基础拉拔试验结束后，打开所有转动侧板6，展开模型箱2四周的转动侧板6，通过钻头26和自动升降装置12将进行拉拔试验后的地基进行破碎拆除，清理废弃的破碎混合料，试验结束。
Claims (8)
1.考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统，其特征在于：包括制样系统、加载系统和拆样系统；制样系统包括搅拌装置(1)、模型箱(2)和击实装置(3)；加载系统包括支柱(7)、T型钉(16)、固定下横梁(17)、可移动上横梁(18)、位移传感器(19)、力传感器(20)、力加载装置(21)、控制器(22)、拉拔基础(23)、拉拔杆(24)和滑槽(25)；拆样系统包括自动升降装置(12)、钢绳(14)、转轴(13)和钻头(26)；
制样系统内：搅拌装置(1)包括升降台(9)和搅拌机(10)，升降台(9)位于搅拌机(10)底部；模型箱(2)包括底板(4)、螺栓(5)、四块转动侧板(6)、支柱(7)、肋(8)和转轴(13)，底板(4)上对角线位置设有两根支柱(7)；两根支柱(7)在四块转动侧板(6)的其中两个接缝处通过位于支柱(7)下部的转轴(13)与转动侧板(6)连接，这两个接缝处于四块转动侧板(6)围成方形的对角位置；底板(4)与每个转动侧板(6)通过螺栓(5)连接；击实装置(3)包括自动升降装置(12)、钢绳(14)和击实板(11)，自动升降装置(12)通过钢绳(14)连接击实板(11)，击实板(11)具有多种底面倾斜角度；击实板(11)的底面倾斜角度为0～60°；自动升降装置(12)上配有钻头(26)；
加载系统内：固定下横梁(17)通过螺栓(5)固定于支柱(7)上，固定下横梁(17)上相对于横梁中点对称设有两个力加载装置(21)，固定下横梁(17)底部中点处设有位移传感器(19)；可移动上横梁(18)置于支柱(7)上方的滑槽(25)内；可移动上横梁(18)上设有力传感器(20)；底板(4)边缘靠近转动侧板(6)处设有多根T型钉(16)；两个力加载装置(21)均与控制器(22)电连接；拉拔基础(23)上的拉拔杆(24)穿过固定下横梁(17)固定于力传感器(20)上；四块转动侧板(6)上均焊接有纵横交错的多根肋(8)；
拆样系统内：自动升降装置(12)通过钢绳(14)连接钻头(26)。
2.根据权利要求1所述考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统，其特征在于：可移动上横梁(18)与支柱(7)可拆卸连接，支柱(7)与底板(4)通过螺栓固定连接；每根支柱(7)内侧均设有刻度尺(15)。
3.根据权利要求1所述考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统，其特征在于：自动升降装置(12)通过钢绳(14)连接击实板(11)四个角上面的环。
4.根据权利要求1所述考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统，其特征在于：位移传感器(19)通过吸附式安装在固定下横梁(17)底部中点处。
5.一种如权利要求1所述考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、组装模型箱(2)：将支柱(7)安装在底板(4)的对角线上，将四个转动侧板(6)与底板通过螺栓(5)相连，将转动侧板(6)通过转轴(13)与支柱(7)转动连接，形成四面封闭的模型箱(2)；
步骤2、分层填料：将填料按照比例放入搅拌机(10)中进行搅拌；搅拌结束后，升降台(9)升高，抬高搅拌机(10)，将搅拌得到的混合料倒入模型箱(2)中；每次通过自动升降装置(12)由钢绳(14)带动设定底面倾斜角度的击实板(11)击实混合料；通过刻度尺(15)控制每次振捣的新增高度h；
步骤3、制备地基：重复执行步骤2，直至当前填料的高度处于设定位置时，将拉拔基础(23)放入模型箱(2)内的填料内；继续重复执行步骤2，直到当前填料的高度达到待填筑的总高度H，得到填筑好的地基；
步骤4、将步骤3所得填筑好的地基养护设定时长后，进行拉拔试验；具体为，
步骤4.1、将固定下横梁(17)通过螺栓(5)固定于支柱(7)上，将可移动上横梁(18)置于支柱(7)上方的滑槽(25)内，将拉拔基础(23)上的拉拔杆(24)穿过固定下横梁(17)固定于力传感器(20)上，将位移传感器(19)通过吸附式安装在固定下横梁(17)上；将两个力加载装置(21)相对于横梁中点对称设于固定下横梁(17)上，将两个力加载装置(21)均与控制器(22)电连接；执行步骤4.2至步骤4.6中的其中一个步骤后，执行步骤4.7；
步骤4.2、不转动模型箱(2)的任何一侧转动侧板(6)，进行不临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验；
步骤4.3、转动模型箱(2)的其中一侧转动侧板(6)，进行一面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验；
步骤4.4、转动模型箱(2)的其中两侧转动侧板(6)，进行两面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验；
步骤4.5、转动模型箱(2)的其中三侧转动侧板(6)，进行三面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验；
步骤4.6、转动模型箱(2)的其中四侧转动侧板(6)，进行四面临崖和斜坡地形下的输电线路杆塔基础拉拔试验；
步骤4.7、重复执行步骤2至步骤4.1，每次重复过程从步骤4.2至步骤4.6中未被执行的步骤中选取一个作为步骤4.1与步骤4.7之间的步骤；当步骤4.2至步骤4.6中所有步骤均被执行完成时，结束重复，执行步骤5；
步骤5、试样拆除：输电线路杆塔基础拉拔试验结束后，打开所有转动侧板(6)，展开模型箱(2)四周的转动侧板(6)，通过钻头(26)和自动升降装置(12)将进行拉拔试验后的地基进行破碎拆除，清理废弃的破碎混合料，试验结束。
6.根据权利要求5所述考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统的工作方法，其特征在于：步骤2中击实板(11)的底面倾斜角度为0～60°；每次振捣的新增高度h＝1/10H，其中H为待填筑的总高度。
7.根据权利要求5所述考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统的工作方法，其特征在于：步骤4中将步骤3所得填筑好的地基养护7天。
8.根据权利要求5所述考虑临崖和斜坡地形的输电线路杆塔基础拉拔试验系统的工作方法，其特征在于，步骤4.2至步骤4.6中输电线路杆塔基础拉拔试验具体为：通过控制器(22)控制力加载装置(21)进行分级加载，将可移动上横梁(18)上抬，带动拉拔基础(23)上拔，直至填筑好的地基被破坏。
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