CN115506361B - 一种深基坑模型试验箱用支撑式支护结构及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深基坑模型试验箱用支撑式支护结构及其应用方法，属于试验装置技术领域。该深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，包括槽形板和空心钢管支撑，槽形板为两块且对称设置，两块槽形板相互靠近的一侧分别设置有竖向滑动机构，竖向滑动机构可上下滑移的设置有横向滑动机构，空心钢管支撑设置在横向滑动机构之间。本发明的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构通过内推式螺杆和转动支座可以调节空心钢管支撑的位置，能够达到滑动并固定空心钢管支撑的效果，相比传统的预先架设支座位置的操作方法，能够有效地减少试验准备时间，同时，调节式支撑有助于研究土体开挖过程中架设钢支撑的理想位置，为实际工程有一定的参考作用。

Description

一种深基坑模型试验箱用支撑式支护结构及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种深基坑模型试验箱用支撑式支护结构及其应用方法，属于试验装置技术领域。

背景技术

现有许多的深基坑模型试验箱室内试验是通过开挖至不同的深度后架设钢支撑，架设的钢支撑支座是预先做好，通过测量钢支撑的应力和侧方挡板土压力，来模拟板桩墙和钢支撑的受力变化。模型试验箱的钢支撑不能调节并固定至不同位置，用于研究架设最佳钢支撑位置。预先固定制作的钢支撑支座研究范围有限，无法实现调节并固定，步骤略微有些繁琐。如申请号为：2014200340437的专利“一种深基坑施工力学模型试验中的钢支撑模拟装置”，只能在固定位置安装后提供支撑作用并收集数据，无法支撑的位置。

有时候我们需要通过模型试验箱获取土压力作用下不同支撑数量以及位置最小受力情况，来模拟最佳钢支撑架设位置。现有的模型试验箱是预先制作好钢支撑支座应该架设的大致范围，通过开挖不同深度后架设钢支撑，难以实现较准确的模拟出钢支撑最佳架设位置。固定式的支座不能调节到理想的位置后固定，想要架设的钢支撑位置有限，需要预先确定并制作好相应位置的支座，效率较低，而且试验研究钢支撑的范围有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种可以调节支撑位置的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，包括槽形板和空心钢管支撑，槽形板为两块且对称设置，两块槽形板相互背离的一侧开设槽孔和线槽，槽孔内设置有土压力计，土压力计连接有线缆；两块槽形板相互靠近的一侧分别设置有竖向滑动机构，竖向滑动机构对称设置，竖向滑动机构可上下滑移的设置有横向滑动机构，空心钢管支撑设置在横向滑动机构之间；

横向滑动机构包括横向导轨、横向滑轮、固定板、横向齿轮板和转动支座，横向滑轮可横向滑移的设置在横向导轨上，固定板与横向滑轮固接，横向齿轮板设置在固定板与横向导轨之间，转动支座贯穿固定板且与固定板螺纹连接，转动支座靠近横向导轨的一端与横向齿轮板转动连接，转动支座的另一端与空心钢管支撑固接，横向导轨靠近固定板的一侧制有横向齿轮轨道，横向齿轮板适于与横向齿轮轨道啮合用于固定转动支座；

竖向滑动机构包括竖向导轨、竖向滑轮、竖向齿轮板和内推式螺杆，竖向导轨为两根且对称设置，竖向滑轮可上下滑移的设置在竖向导轨上，横向导轨的两端分别与竖向滑轮固接，竖向齿轮板设置在竖向导轨和横向导轨之间，内推式螺杆为两根，两根内推式螺杆分别贯穿横向导轨的两端且与横向导轨螺纹连接，内推式螺杆靠近竖向导轨的一端与竖向齿轮板转动连接，竖向导轨靠近横向导轨的一侧制有竖向齿轮轨道，竖向齿轮板适于与竖向齿轮轨道啮合用于固定横向导轨。

上述技术方案的改进是：横向导轨的两端分别制有内螺纹孔，内推式螺杆与内螺纹孔螺纹连接。

上述技术方案的改进是：横向导轨还包括横向内侧轨道，横向内侧轨道与横向齿轮轨道焊接为一体。

上述技术方案的改进是：竖向导轨还包括竖向内侧轨道，竖向内侧轨道与竖向齿轮轨道焊接为一体。

上述技术方案的改进是：竖向滑动机构可上下滑移的设置有两个横向滑动机构。

上述技术方案的改进是：横向滑动机构包括三个转动支座，三个转动支座分别固接有空心钢管支撑。

上述技术方案的改进是：空心钢管支撑上设置有应变片。

上述技术方案的改进是：两块槽形板相互背离的一侧开设槽孔和线槽，槽孔内设置有土压力计。

上述技术方案的改进是：土压力计与槽孔之间设置有橡胶套。

本发明的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的应用方法，包括以下步骤:

（1）将土压力计套上橡胶套安装在槽孔内，土压力计的线缆安装在线槽内；

（2）将应变片贴设到空心钢管支撑上；

（3）对空心钢管支撑进行横向移动调整，具体为：

A、先将空心钢管支撑两端的转动支座对应调整到需要的位置；

B、然后分别旋转空心钢管支撑两端的转动支座，转动支座随着旋转会向内推动横向齿轮板，直至横向齿轮板于横向齿轮轨道啮合，完成转动支座的横向固定；

C、然后将空心钢管支撑的两端分别与转动支座连接，完成空心钢管支撑的横向固定；

（4）当需要解除空心钢管支撑的横向固定时，先解除空心钢管支撑的两端与转动支座的连接，然后反向旋转转动支座，转动支座会带动横向齿轮板脱离横向齿轮轨道而解除横向固定；

（5）对空心钢管支撑进行竖向移动调整，上下移动横向导轨，当调整到需要位置时，分别旋转横向导轨两端的内推式螺杆，内推式螺杆随着旋转会向内推动竖向齿轮板，直至竖向齿轮板与竖向齿轮轨道啮合，完成空心钢管支撑的竖向固定；

（6）当需要解除空心钢管支撑的竖向固定时，分别反向旋转横向导轨两端的内推式螺杆，内推式螺杆会带动竖向齿轮板脱离竖向齿轮轨道从而解除竖向固定。

本发明采用上述技术方案的有益效果是：

（1）本发明的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构通过内推式螺杆和转动支座可以调节空心钢管支撑的位置，能够达到滑动并固定空心钢管支撑的效果，相比传统的预先架设支座位置的操作方法，能够有效地减少试验准备时间，同时，调节式支撑有助于研究土体开挖过程中架设钢支撑的理想位置，为实际工程有一定的参考作用；

（2）本发明的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的固定板与横向滑轮固接，使得空心钢管支撑可以横向移动调整，当调整到合适位置时旋转转动支座，由于转动支座与固定板螺纹连接，转动支座随着旋转会向内推动横向齿轮板，直至横向齿轮板于横向齿轮轨道啮合，完成横向固定，当需要解除横向固定时，反向旋转转动支座，转动支座会带动横向齿轮板脱离横向齿轮轨道从而解除横向固定；

（3）本发明的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的横向导轨两端分别与竖向滑轮固接，使得空心钢管支撑可以竖向移动调整，当调整到合适位置时旋转内推式螺杆，由于内推式螺杆与横向导轨螺纹连接，内推式螺杆随着旋转会向内推动竖向齿轮板，直至竖向齿轮板与竖向齿轮轨道啮合，完成竖向固定，当需要解除竖向固定时，反向旋转内推式螺杆，内推式螺杆会带动竖向齿轮板脱离竖向齿轮轨道从而解除竖向固定；

（4）本发明的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构可以根据需要增减横向导轨和横向导轨上的转动支座数量来控制空心钢管支撑的数量，达到需要架设理想支撑数量及位置的效果；

（5）本发明的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的空心钢管支撑上设置有应变片，可以测量应力变化来选择合适的空心钢管支撑的数量；

（6）本发明的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的两块槽形板相互背离的一侧开设槽孔和线槽，槽孔内设置有土压力计，土压力计可以用于测量试验开挖过程中土压力变化。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的爆炸结构示意图；

图2是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的横向滑动机构和竖向滑动机构连接结构示意图；

图3是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的横向滑动机构结构示意图；

图4是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的横向滑动机构另一侧的结构示意图；

图5是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的竖向滑动机构结构示意图；

图6是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的槽形板结构示意图；

图7是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的竖向滑动机构与槽形板连接结构示意图；

图8是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的横向滑动机构与空心钢管支撑连接结构示意图；

图9是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的转动支座和横向齿轮板连接结构示意图；

图10是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的转动支座处结构示意图；

图11是本发明实施例深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的土压力计与橡胶套连接结构示意图；

其中：001-线缆，101-横向齿轮轨道，102-转动支座，103-横向齿轮板，104-固定板，105-横向滑轮，106-内螺纹孔，107-横向内侧轨道，201-竖向齿轮轨道，202-螺杆，203-螺母，204-内推式螺杆，205-竖向滑轮，206-竖向内侧轨道，207-竖向齿轮板，301-槽形板，302-槽孔，303-线槽，304-土压力计，305-橡胶套，401-空心钢管支撑，402-应变片。

具体实施方式

实施例

本实施例的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，如图1-11所示，包括槽形板301和空心钢管支撑401，槽形板301为两块且对称设置，两块所述槽形板301相互背离的一侧开设槽孔302和线槽303，槽孔302内设置有土压力计304，土压力计304连接有线缆001；两块槽形板301相互靠近的一侧分别设置有竖向滑动机构，竖向滑动机构对称设置，竖向滑动机构可上下滑移的设置有横向滑动机构，空心钢管支撑401设置在横向滑动机构之间；

横向滑动机构包括横向导轨、横向滑轮105、固定板104、横向齿轮板103和转动支座102，横向滑轮105可横向滑移的设置在横向导轨上，固定板104与横向滑轮105固接，横向齿轮板103设置在固定板104与横向导轨之间，转动支座102贯穿固定板104且与固定板104螺纹连接，转动支座102靠近横向导轨的一端与横向齿轮板103转动连接，转动支座102的另一端与空心钢管支撑401固接，横向导轨靠近固定板104的一侧制有横向齿轮轨道101，横向齿轮板103适于与横向齿轮轨道101啮合用于固定转动支座102；

竖向滑动机构包括竖向导轨、竖向滑轮205、竖向齿轮板207和内推式螺杆204，竖向导轨为两根且对称设置，竖向滑轮205可上下滑移的设置在竖向导轨上，横向导轨的两端分别与竖向滑轮205固接，竖向齿轮板207设置在竖向导轨和横向导轨之间，内推式螺杆204为两根，两根内推式螺杆204分别贯穿横向导轨的两端且与横向导轨螺纹连接，内推式螺杆204靠近竖向导轨的一端与竖向齿轮板207转动连接，竖向导轨靠近横向导轨的一侧制有竖向齿轮轨道201，竖向齿轮板207适于与竖向齿轮轨道201啮合用于固定横向导轨。

本实施例的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的横向导轨的两端分别制有内螺纹孔106，内推式螺杆204与内螺纹孔106螺纹连接。横向导轨还包括横向内侧轨道107，横向内侧轨道107与横向齿轮轨道101焊接为一体。竖向导轨还包括竖向内侧轨道206，竖向内侧轨道206与竖向齿轮轨道201焊接为一体。竖向滑动机构可上下滑移的设置有两个横向滑动机构。横向滑动机构包括三个转动支座102，三个转动支座102分别固接有空心钢管支撑401。空心钢管支撑401上设置有应变片402。土压力计304与槽孔302之间设置有橡胶套305。

本实施例的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的应变片402和土压力计304都连接有线缆001，用于通信和供电。如图7所示，竖向内侧轨道206的上下两端焊接有螺母203，槽形板301的四角贯穿有螺杆202，槽形板301四角的螺杆202与竖向内侧轨道206上下两端焊接的螺母203螺纹连接从而将竖向导轨安装在槽形板301上。如图8所示，空心钢管支撑401通过螺杆202和螺母203的配合安装在转动支座102上。

本实施例的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的应用方法，包括以下步骤:

（1）将土压力计304套上橡胶套305安装在槽孔302内，土压力计304的线缆001安装在线槽303内；

（2）将应变片402贴设到空心钢管支撑401上；

（3）对空心钢管支撑401进行横向移动调整，具体为：

A、先将空心钢管支撑401两端的转动支座102对应调整到需要的位置；

B、然后分别旋转空心钢管支撑401两端的转动支座102，转动支座102随着旋转会向内推动横向齿轮板103，直至横向齿轮板103于横向齿轮轨道101啮合，完成转动支座102的横向固定；

C、然后将空心钢管支撑401的两端分别与转动支座102连接，完成空心钢管支撑401的横向固定；

（4）当需要解除空心钢管支撑401的横向固定时，先解除空心钢管支撑401的两端与转动支座102的连接，然后反向旋转转动支座102，转动支座102会带动横向齿轮板103脱离横向齿轮轨道101从而解除横向固定；

（5）对空心钢管支撑401进行竖向移动调整，上下移动横向导轨，当调整到需要位置时，分别旋转横向导轨两端的内推式螺杆204，内推式螺杆204随着旋转会向内推动竖向齿轮板207，直至竖向齿轮板207与竖向齿轮轨道201啮合，完成空心钢管支撑401的竖向固定；

（6）当需要解除空心钢管支撑401的竖向固定时，分别反向旋转横向导轨两端的内推式螺杆204，内推式螺杆204会带动竖向齿轮板207脱离竖向齿轮轨道201从而解除竖向固定。

本实施例的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构在试验时，将土压力计304套上橡胶套305安装在槽孔302内，线缆001安装在线槽303内，由于固定板104与横向滑轮105固接，使得空心钢管支撑401可以横向移动调整，当调整到合适位置时旋转转动支座102，由于转动支座102与固定板104螺纹连接，转动支座102随着旋转会向内推动横向齿轮板103，直至横向齿轮板103于横向齿轮轨道101啮合，完成横向固定，当需要解除横向固定时，反向旋转转动支座102，转动支座102会带动横向齿轮板103脱离横向齿轮轨道101从而解除横向固定；由于横向导轨两端分别与竖向滑轮205固接，使得空心钢管支撑401可以竖向移动调整，当调整到合适位置时旋转内推式螺杆204，由于内推式螺杆204与横向导轨螺纹连接，内推式螺杆204随着旋转会向内推动竖向齿轮板207，直至竖向齿轮板207与竖向齿轮轨道201啮合，完成竖向固定，当需要解除竖向固定时，反向旋转内推式螺杆204，内推式螺杆204会带动竖向齿轮板207脱离竖向齿轮轨道201从而解除竖向固定；通过调节转动支座102和内推式螺杆204来确定试验需要的架设空心钢管支撑401的位置，用于测量开挖土体过程土压力与钢支撑受力变化过程。

本实施例的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构通过内推式螺杆204和转动支座102可以调节空心钢管支撑401的位置，能够达到滑动并固定空心钢管支撑401的效果，相比传统的预先架设支座位置的操作方法，能够有效地减少试验准备时间，同时，调节式支撑有助于研究土体开挖过程中架设钢支撑的理想位置，为实际工程有一定的参考作用。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，其特征在于：包括槽形板（301）和空心钢管支撑（401），所述槽形板（301）为两块且对称设置，两块所述槽形板（301）相互背离的一侧开设槽孔（302）和线槽（303），所述槽孔（302）内设置有土压力计（304），所述土压力计（304）连接有线缆（001）；两块所述槽形板（301）相互靠近的一侧分别设置有竖向滑动机构，所述竖向滑动机构对称设置，所述竖向滑动机构可上下滑移的设置有横向滑动机构，所述空心钢管支撑（401）设置在所述横向滑动机构之间；

所述横向滑动机构包括横向导轨、横向滑轮（105）、固定板（104）、横向齿轮板（103）和转动支座（102），所述横向滑轮（105）可横向滑移的设置在所述横向导轨上，所述固定板（104）与所述横向滑轮（105）固接，所述横向齿轮板（103）设置在所述固定板（104）与横向导轨之间，所述转动支座（102）贯穿所述固定板（104）且与所述固定板（104）螺纹连接，所述转动支座（102）靠近所述横向导轨的一端与所述横向齿轮板（103）转动连接，所述转动支座（102）的另一端与所述空心钢管支撑（401）固接，所述横向导轨靠近所述固定板（104）的一侧制有横向齿轮轨道（101），所述横向齿轮板（103）适于与所述横向齿轮轨道（101）啮合用于固定所述转动支座（102）；

所述竖向滑动机构包括竖向导轨、竖向滑轮（205）、竖向齿轮板（207）和内推式螺杆（204），所述竖向导轨为两根且对称设置，所述竖向滑轮（205）可上下滑移的设置在所述竖向导轨上，所述横向导轨的两端分别与所述竖向滑轮（205）固接，所述竖向齿轮板（207）设置在所述竖向导轨和横向导轨之间，所述内推式螺杆（204）为两根，两根所述内推式螺杆（204）分别贯穿所述横向导轨的两端且与所述横向导轨螺纹连接，所述内推式螺杆（204）靠近所述竖向导轨的一端与所述竖向齿轮板（207）转动连接，所述竖向导轨靠近所述横向导轨的一侧制有竖向齿轮轨道（201），所述竖向齿轮板（207）适于与所述竖向齿轮轨道（201）啮合用于固定所述横向导轨。

2.根据权利要求1所述的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，其特征在于：所述横向导轨的两端分别制有内螺纹孔（106），所述内推式螺杆（204）与所述内螺纹孔（106）螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，其特征在于：所述横向导轨还包括横向内侧轨道（107），所述横向内侧轨道（107）与所述横向齿轮轨道（101）焊接为一体。

4.根据权利要求1所述的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，其特征在于：所述竖向导轨还包括竖向内侧轨道（206），所述竖向内侧轨道（206）与所述竖向齿轮轨道（201）焊接为一体。

5.根据权利要求1所述的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，其特征在于：所述竖向滑动机构可上下滑移的设置有两个横向滑动机构。

6.根据权利要求1所述的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，其特征在于：所述横向滑动机构包括三个转动支座（102），三个转动支座（102）分别固接有空心钢管支撑（401）。

7.根据权利要求1所述的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，其特征在于：所述空心钢管支撑（401）上设置有应变片（402）。

8.根据权利要求1所述的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构，其特征在于：所述土压力计（304）与所述槽孔（302）之间设置有橡胶套（305）。

9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的深基坑模型试验箱用支撑式支护结构的应用方法，其特征在于：包括以下步骤:

（1）将土压力计（304）套上橡胶套（305）安装在槽孔（302）内，土压力计（304）的线缆（001）安装在线槽（303）内；

（2）将应变片（402）贴设到空心钢管支撑（401）上；

（3）对空心钢管支撑（401）进行横向移动调整，具体为：

A、先将空心钢管支撑（401）两端的转动支座（102）对应调整到需要的位置；

B、然后分别旋转空心钢管支撑（401）两端的转动支座（102），转动支座（102）随着旋转会向内推动横向齿轮板（103），直至横向齿轮板（103）于横向齿轮轨道（101）啮合，完成转动支座（102）的横向固定；

C、然后将空心钢管支撑（401）的两端分别与转动支座（102）连接，完成空心钢管支撑（401）的横向固定；

（4）当需要解除空心钢管支撑（401）的横向固定时，先解除空心钢管支撑（401）的两端与转动支座（102）的连接，然后反向旋转转动支座（102），转动支座（102）会带动横向齿轮板（103）脱离横向齿轮轨道（101）从而解除横向固定；

（5）对空心钢管支撑（401）进行竖向移动调整，上下移动横向导轨，当调整到需要位置时，分别旋转横向导轨两端的内推式螺杆（204），内推式螺杆（204）随着旋转会向内推动竖向齿轮板（207），直至竖向齿轮板（207）与竖向齿轮轨道（201）啮合，完成空心钢管支撑（401）的竖向固定；

（6）当需要解除空心钢管支撑（401）的竖向固定时，分别反向旋转横向导轨两端的内推式螺杆（204），内推式螺杆（204）会带动竖向齿轮板（207）脱离竖向齿轮轨道（201）从而解除竖向固定。

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