CN203432852U - 桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置。本实用新型的目的是提供一种结构简单、经济可行、荷载可控的桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置。本实用新型的技术方案是：桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置，其特征在于：它包括摆臂、固定连接于该摆臂下表面正中心的滚轴、位于该滚轴正下方的滚动齿轮，以及缠绕于滚轴和滚动齿轮上以实现传动连接的传力带；所述滚动齿轮下方通过竖向约束机构水平设有一根平动传力杆，该平动传力杆上表面设有与滚动齿轮匹配的平动齿轮，所述滚动齿轮与平动齿轮相啮合，所述平动传力杆一端依次连接有应力传感器和用于与试验桩桩身或桩头连接的桩体约束件。

Description

桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置

技术领域

本实用新型涉及一种桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置，具体指一种属于力学特性试验范畴的、方便施加可控水平静荷载、循环荷载的测试装置，主要应用于室内桩基模型试验的水平静力及循环动力加载。涉及土木工程中水平抗侧桩基工程技术，尤其涉及海洋水平抗侧桩基工程技术。

背景技术

开展桩基室内模型试验是研究桩基力学特性的基础之一，其中水平静力加载试验开展较多，所用加载设备亦较为简单。在实际工程中，桩基承受水平循环荷载的情况较为普遍，如海洋工程中，海上平台桩基、海上风电桩基、海上输电塔桩基、港口码头桩基等承受海上风、浪、潮、地震等水平荷载，在此作用下桩基可能发生较大的水平变形，对于此类水平变形要求严格的基础工程，水平荷载，尤其是循环荷载往往成为控制因素，其循环累积变形分析亦是工程设计中的主要关注内容之一。

近年来，针对桩土相互作用的动力学研究引起了许多研究者的关注，大量试验表明，循环荷载对桩土相互作用亦有较大的影响，与水平静载作用下桩土力学性能有显著差异，循环荷载将弱化黏土结构，改变孔隙水压力并降低土的刚度和强度，该方面国内研究内容较少，且相关室内模型试验成果缺乏，故开展海洋桩基水平循环加载模型试验尤为重要。

现有的水平循环加载装置构造复杂、价格昂贵，不便于广泛开展桩基室内循环加载模型试验，另外，现有试验装置一般不兼具同时施加静力荷载与循环荷载的功能，较为单一。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种结构简单、经济可行、荷载可控，并且兼具施加静力荷载及循环荷载功能的桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置。

本实用新型所采用的技术方案是：桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置，其特征在于：它包括摆臂、固定连接于该摆臂下表面正中心的滚轴、位于该滚轴正下方的滚动齿轮，以及缠绕于滚轴和滚动齿轮上以实现传动连接的传力带；所述滚动齿轮下方通过竖向约束机构水平设有一根平动传力杆，该平动传力杆上表面设有与滚动齿轮匹配的平动齿轮，所述滚动齿轮与平动齿轮相啮合，所述平动传力杆一端依次连接有应力传感器和用于与试验桩桩身或桩头连接的桩体约束件。

所述竖向约束机构包括位于同一水平面上的前约束滚轴和后约束滚轴，所述平动传力杆两端以紧配形式分别贯穿前约束滚轴和后约束滚轴。

所述滚动齿轮包括齿轮本体，该齿轮本体一个端面上一体加工有与之同轴布置的传动轮，所述传力带缠绕于滚轴和传动轮上实现传动连接。

所述摆臂上表面平直且水平。

本实用新型的有益效果是：1、本实用新型摆臂通过滚轴、传力带、滚动齿轮和平动齿轮与平动传力杆连接以实现荷载的传递，应用中，调整摆臂上加载点位置、荷载大小，可对应施加不同大小的静力荷载，控制摆臂上的竖向荷载按一定速率左右水平移动，可实现循环荷载的施加，即一个装置即可同时兼具施加静力荷载及循环荷载双重功能，使用更加方便。2、通过调整桩体约束件大小，可以实现不同桩径的桩基模型试验。3、实际应用中，可根据情况将试验桩桩底插入不同的土体内，以测试不同土类下的桩土相互作用，亦可通过不同的荷载施加高度测试高桩或低桩的力学特性，灵活性更强。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中滚动齿轮的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括摆臂1、固定连接于该摆臂下表面正中心的滚轴2、位于该滚轴正下方的滚动齿轮4，以及缠绕于滚轴2和滚动齿轮4上以实现传动连接的传力带3；其中摆臂1上表面平直光滑且水平，下端面略突出，整体呈倒置的等腰三角形；滚轴2和滚动齿轮4均通过轴承安装于装置的外壳上，以便两者实现自由转动，此外，滚轴2和滚动齿轮4的轴线相互平行且指向相同；如图2所示，所述滚动齿轮4包括齿轮本体4-1，该齿轮本体一个端面上一体加工有与之同轴布置的传动轮4-2，所述传力带3缠绕于滚轴2和传动轮4-2上，且与两者均无相对滑动，以实现滚轴2和滚动齿轮4的传动连接。

所述滚动齿轮4下方通过竖向约束机构水平设有一根平动传力杆5，该平动传力杆上表面设有一定长度、且与齿轮本体4-1匹配的平动齿轮6，所述齿轮本体4-1与平动齿轮6相啮合，所述平动传力杆5一端依次连接有应力传感器9和桩体约束件10，所述桩体约束件10作为传力构件与试验桩11的桩头或桩身连接，试验桩11根据试验要求埋设于不同的试验土样12中。

所述竖向约束机构包括位于同一水平面上的前约束滚轴7和后约束滚轴8，所述平动传力杆5两端以紧配形式分别贯穿前约束滚轴7和后约束滚轴8，以确保平动传力杆5仅在水平方向上移动，保证荷载传递的水平。

实际应用中，在摆臂1上表面施加竖向荷载W（或放置砝码），加载点与摆臂1中心轴线距离为x，沿其表面平动，使得摆臂1左右单调或周期转动，同时滚轴2随摆臂1一起转动，进而通过传力带3传递荷载至滚动齿轮4，从而带动滚动齿轮4转动，并通过与滚动齿轮4啮合的平动齿轮6带动平动传力杆5平动，最后平动传力杆5通过应力传感器9和桩体约束件10将荷载传递至试验桩11。所述滚轴2中心至平动传力杆5中心轴线的距离为h，通过控制荷载大小、加载点位置及移动速度，即可起到施加静力荷载或循环荷载的作用，如图1所示，施加于平动传力杆5上的荷载R可表示为：

        （1）

其中加载点距离x可调，如果控制加载点在摆臂1上表面按一定速率水平移动且假定符合正弦函数规律，最大振幅为x _max，则瞬时加载点距离x可表示为：

    （2）

则施加的动态循环荷载R可表示为：

    （3）

其中t和T分别为荷载移动的某一时刻及往返周期，如果控制荷载不移动，即施加的为静力荷载，此时即可将静力荷载或循环荷载传递于试验桩11，进而可实现桩基室内模型的水平加载试验。

Claims (4)

1.一种桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置，其特征在于：它包括摆臂（1）、固定连接于该摆臂下表面正中心的滚轴（2）、位于该滚轴正下方的滚动齿轮（4），以及缠绕于滚轴（2）和滚动齿轮（4）上以实现传动连接的传力带（3）；所述滚动齿轮（4）下方通过竖向约束机构水平设有一根平动传力杆（5），该平动传力杆上表面设有与滚动齿轮（4）匹配的平动齿轮（6），所述滚动齿轮（4）与平动齿轮（6）相啮合，所述平动传力杆（5）一端依次连接有应力传感器（9）和用于与试验桩（11）桩身或桩头连接的桩体约束件（10）。

2.根据权利要求1所述的桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置，其特征在于：所述竖向约束机构包括位于同一水平面上的前约束滚轴（7）和后约束滚轴（8），所述平动传力杆（5）两端以紧配形式分别贯穿前约束滚轴（7）和后约束滚轴（8）。

3.根据权利要求1或2所述的桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置，其特征在于：所述滚动齿轮（4）包括齿轮本体（4-1），该齿轮本体一个端面上一体加工有与之同轴布置的传动轮（4-2），所述传力带（3）缠绕于滚轴（2）和传动轮（4-2）上实现传动连接。

4.根据权利要求1或2所述的桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置，其特征在于：所述摆臂（1）上表面平直且水平。

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