CN204385785U - 基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，包括安装在土工离心机吊篮内的模型箱、安装在模型箱上方的支架，以及桩基横向承载力加载系统，模型箱内盛装有地基土，试验桩插入所述地基土内，试验桩的上端设置有试验桩承台；桩基横向承载力加载系统包括设置在模型箱外侧的横向荷载加载平台、安装在横向荷载加载平台上的横向荷载加载板和位于模型箱内且用于测量试验桩水平位移的横向位移计，横向位移计水平放置且其探头与试验桩连接，横向荷载加载平台连接有先向上延伸然后再延伸至模型箱内且固定在试验桩承台上的钢丝绳。该试验装置能够有效模拟桩基横向承载特性，并且能够实现不停机分级加载的目的。

Description

基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置

技术领域

本实用新型属于桩基承载特性的试验技术领域，具体涉及一种基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置。

背景技术

桩基础离心模型试验有高转速，高应力场的特点，在高转速条件下对桩基础施加横向荷载具有一定的困难。一、现有的荷载加载方式采用千斤顶施加。千斤顶固定在反力架上，千斤顶自重大，反力架作为千斤顶的反力支撑装置，试验中对桩基施加的荷载越大，反力架的固定要求越高，因此，千斤顶对桩基施加的荷载大小有限且需要十分稳固的固定方式；二、且对桩基施加分级荷载时需暂停离心机，操作人员进入离心室进行人工操作，十分不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置。该试验装置能够有效模拟桩基横向承载特性，并且能够充分利用离心机产生的可动态控制大小的加速度场。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：包括安装在土工离心机吊篮内的模型箱、安装在所述模型箱上方的支架，以及桩基横向承载力加载系统，所述模型箱内盛装有地基土，试验桩插入所述地基土内，所述试验桩的上端设置有试验桩承台；所述桩基横向承载力加载系统包括设置在所述模型箱外侧的横向荷载加载平台、安装在所述横向荷载加载平台上的横向荷载加载板和位于所述模型箱内且用于测量所述试验桩水平位移的横向位移计，所述横向位移计水平放置且其探头与试验桩连接，所述横向荷载加载平台连接有先向上延伸然后再延伸至模型箱内且固定在试验桩承台上的钢丝绳。

上述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：所述支架伸出模型箱的部分连接有平台防护板，所述平台防护板上安装有位于横向荷载加载平台外侧的平台防护网。

上述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：所述支架包括两个平行布设的支撑杆以及平行布设的第一反力梁和第二反力梁，所述支撑杆安装在模型箱的上方，所述第一反力梁和第二反力梁均设置在支撑杆的上方，所述第一反力梁和第二反力梁均与所述支撑杆相垂直，所述支撑杆伸出模型箱，且所述平台防护板安装在支撑杆伸出模型箱的部位。

上述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：所述支架上设置有用于将从横向荷载加载平台向上延伸的钢丝绳引导成水平延伸的第一滑轮、用于将从第一滑轮引出且水平延伸的钢丝绳引导成竖直向下的第二滑轮和用于将从第二滑轮引出且竖直向下的钢丝绳水平引导至试验桩承台的第三滑轮。

上述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：一个所述支撑杆的一侧面连接有用于固定所述横向位移计的横向位移计固定板，所述支撑杆的另一侧面连接有用于安装所述第三滑轮的滑轮固定板。

上述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：所述支撑杆的一侧面上开设有沿其长度方向延伸的第一滑槽，所述横向位移计固定板通过伸入所述第一滑槽的第一定位螺栓连接；所述支撑杆的另一侧面上开设有沿其长度方向延伸的第二滑槽，所述滑轮固定板通过伸入所述第二滑槽的第二定位螺栓连接。

上述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：所述第二反力梁上开设有用于安装所述第一滑轮的第一螺栓孔；所述第一反力梁上开设有用于安装所述第二滑轮的第二螺栓孔。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的结构简单，设计新颖合理。

2、本实用新型有效的利用了土工离心机转动起来的加速度场，配合可更换的横向荷载加载板，实现了在离心机运行过程中对试验桩横向分级加载的目的。

3、本实用新型各部件安装和拆卸均非常灵活，从而方便了安装和拆卸，且能够方便的进行单根试验桩和两根试验桩的试验。

4、本实用新型的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，工作可靠性高，使用寿命长，安装简便，分级加载效果好，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的俯视图。

图2为图1中的A-A剖视图。

图3为图1中的B-B剖视图。

图4为本实用新型横向荷载加载板安装在横向荷载加载平台上的位置关系示意图。

图5为利用本实用新型模拟桩基横向承载特性时试验桩的受力示意图。

图6为本实用新型与土工离心机配合使用的结构示意图。

附图标记说明:

1—模型箱；          2—支架；           2-1—支撑杆；

2-2—第一反力梁；    2-3—第二反力梁；   2-4—第二滑槽；

3—试验桩承台；         4—试验桩；            5—地基土；

6—滑轮固定板；         7—横向位移计固定板；  8—横向位移计；

9—第三滑轮；           10—第二滑轮；         11—第一滑轮；

12—钢丝绳；            13—平台防护板；       14—平台防护网；

15—横向荷载加载平台；  16—横向荷载加载板；   17—土工离心机；

17-1—吊篮；            17-2—离心机转轴；     17-3—离心机转臂；

17-4—吊篮转轴；        17-5—吊篮底板。

具体实施方式

如图1-图6所示的一种基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，包括安装在土工离心机17吊篮17-1内的模型箱1、安装在所述模型箱1上方的支架2，以及桩基横向承载力加载系统，所述模型箱1内盛装有地基土5，试验桩4插入所述地基土5内，所述试验桩4的上端设置有试验桩承台3；所述桩基横向承载力加载系统包括设置在所述模型箱1外侧的横向荷载加载平台15、安装在所述横向荷载加载平台15上的横向荷载加载板16和位于所述模型箱1内且用于测量所述试验桩4水平位移的横向位移计8，所述横向位移计8水平放置且其探头与试验桩4连接，所述横向荷载加载平台15连接有先向上延伸然后再延伸至模型箱1内且固定在试验桩承台3上的钢丝绳12。

如图3所示，所述支架2伸出模型箱1的部分连接有平台防护板13，所述平台防护板13上安装有位于横向荷载加载平台15外侧的平台防护网14。

结合图1和图3，所述支架2包括两个平行布设的支撑杆2-1以及平行布设的第一反力梁2-2和第二反力梁2-3，所述支撑杆2-1安装在模型箱1的上方，所述第一反力梁2-2和第二反力梁2-3均设置在支撑杆2-1的上方，所述第一反力梁2-2和第二反力梁2-3均与所述支撑杆2-1相垂直，所述支撑杆2-1伸出模型箱1，且所述平台防护板13安装在支撑杆2-1伸出模型箱1的部位。其中，所述第一反力梁2-2和第二反力梁2-3均是横截面为矩形的钢管。

结合图2、图3和图4，所述支架2上设置有用于将从横向荷载加载平台15向上延伸的钢丝绳12引导成水平延伸的第一滑轮11、用于将从第一滑轮11引出且水平延伸的钢丝绳12引导成竖直向下的第二滑轮10和用于将从第二滑轮10引出且竖直向下的钢丝绳12水平引导至试验桩承台3的第三滑轮9。

如图2所示，两个支撑杆2-1的其中一个所述支撑杆2-1的一侧面连接有用于固定所述横向位移计8的横向位移计固定板7，所述支撑杆2-1的另一侧面连接有用于安装所述第三滑轮9的滑轮固定板6。其中，所述横向位移计固定板7是截面为T形的钢板，所述T形钢板的竖板固定于支撑杆2-1的内侧，所述T形钢板的水平向板下底面用于固定横向位移计8。

结合图2和图3，所述支撑杆2-1的一侧面上开设有沿其长度方向延伸的第一滑槽，所述横向位移计固定板7通过伸入所述第一滑槽的第一定位螺栓连接；所述支撑杆2-1的另一侧面上开设有沿其长度方向延伸的第二滑槽2-4，所述滑轮固定板6通过伸入所述第二滑槽2-4的第二定位螺栓连接。本实施例中，所述第一滑槽和第二滑槽2-4相贯通。

本实施例中，所述第二反力梁2-3上开设有用于安装所述第一滑轮11的第一螺栓孔；所述第一反力梁2-2上开设有用于安装所述第二滑轮10的第二螺栓孔。

如图2、图3和图4所示，当进行单根桩的横向承载特性试验系统的安装时，首先将横向位移计8用螺栓固定在横向位移计固定板7下端；其次将装有横向位移计8的横向位移计固定板7用螺栓固定在一个支撑杆2-1内侧，将第一滑轮11安装在第二反力梁2-3的下底面上，将第二滑轮10安装在第一反力梁2-2的下底面，将滑轮固定板6安装在所述支撑杆2-1的外侧；然后将钢丝绳12一端分别穿过第一滑轮11、第二滑轮10和第三滑轮9，经过横向位移计固定板7上的开槽到达试验桩承台3并可拆卸的固定于其上，钢丝绳12另一端固定在横向荷载加载平台15上；最后将装有平台防护网14的平台防护板13安装在支撑杆2-1伸出模型箱1部分的外侧，从而防止试验过程中横向荷载加载平台15的摇摆，至此，桩基横向荷载加载试验安装完成。

结合图5和图6，土工离心机17是一种可以提供人造高重力场的试验仪器。所述土工离心机17包括吊篮17-1、离心机转轴17-2、离心机转臂17-3和吊篮转轴17-4，使用时，将安装好的桩基横向荷载试验系统设置在吊篮17-1内的吊篮底板17-5上。土工离心机17未开动时，吊篮17-1中的加速度场a即为重力加速度g，方向与吊篮底板17-5垂直。土工离心机17运行时，离心机转臂17-3带动着吊篮17-1绕离心机转轴17-2高速旋转，而吊篮17-1会在离心力作用下绕吊篮转轴17-4转动，从而发生倾斜，此时模型箱1中的加速度场a是地球重力场g(竖直方向)和离心力产生的加速度场(水平方向)的矢量之和，该加速度场a的方向相对于吊篮17-1并未改变，依然垂直于吊篮底板17-5。土工离心机17运行时，吊篮17-1中存在离心加速度场a，由于吊篮17-1可绕吊篮转轴17-4进行转动调节，因此该加速度场a的方向在离心机转速不同时始终与吊篮底板17-5垂直。在离心加速度场a的作用下，质量为m的横向荷载加载板16对钢丝绳12产生竖直向下的拉力F，其中F＝m×a。由于钢丝绳12另一端固定在试验桩4桩顶的试验桩承台3上，方向水平，通过钢丝绳12对拉力F的传递，最终使得拉力F水平向的作用在了试验桩4顶部。当土工离心机17运行加速度分别设定为50g、100g、150g、200g，质量为m的横向荷载加载板16通过钢丝绳12对桩顶产生了水平方向的力F，大小分别为50mg、100mg、150mg、200mg，从而达到不停机分级加载的目的，并通过横向位移计8对试验桩4横向位移进行测量。

本实施例是以单根桩为例进行说明的，在使用中，亦可用于两根试验桩同时试验的情况。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：包括安装在土工离心机(17)吊篮(17-1)内的模型箱(1)、安装在所述模型箱(1)上方的支架(2)，以及桩基横向承载力加载系统，所述模型箱(1)内盛装有地基土(5)，试验桩(4)插入所述地基土(5)内，所述试验桩(4)的上端设置有试验桩承台(3)；所述桩基横向承载力加载系统包括设置在所述模型箱(1)外侧的横向荷载加载平台(15)、安装在所述横向荷载加载平台(15)上的横向荷载加载板(16)和位于所述模型箱(1)内且用于测量所述试验桩(4)水平位移的横向位移计(8)，所述横向位移计(8)水平放置且其探头与试验桩(4)连接，所述横向荷载加载平台(15)连接有先向上延伸然后再延伸至模型箱(1)内且固定在试验桩承台(3)上以传递横向荷载的钢丝绳(12)。

2.根据权利要求1所述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：所述支架(2)伸出模型箱(1)的部分连接有平台防护板(13)，所述平台防护板(13)上安装有位于横向荷载加载平台(15)外侧的平台防护网(14)。

3.根据权利要求2所述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：所述支架(2)包括两个平行布设的支撑杆(2-1)以及平行布设的第一反力梁(2-2)和第二反力梁(2-3)，所述支撑杆(2-1)安装在模型箱(1)的上方，所述第一反力梁(2-2)和第二反力梁(2-3)均设置在支撑杆(2-1)的上方，所述第一反力梁(2-2)和第二反力梁(2-3)均与所述支撑杆(2-1)相垂直，所述支撑杆(2-1)伸出模型箱(1)，且所述平台防护板(13)安装在支撑杆(2-1)伸出模型箱(1)的部位。

4.根据权利要求3所述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：所述支架(2)上设置有用于将从横向荷载加载平台(15)向上延伸的钢丝绳(12)引导成水平延伸的第一滑轮(11)、用于将从第一滑轮(11)引出且水平延伸的钢丝绳(12)引导成竖直向下 的第二滑轮(10)和用于将从第二滑轮(10)引出且竖直向下的钢丝绳(12)水平引导至试验桩承台(3)的第三滑轮(9)。

5.根据权利要求4所述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：一个所述支撑杆(2-1)的一侧面连接有用于固定所述横向位移计(8)的横向位移计固定板(7)，所述支撑杆(2-1)的另一侧面连接有用于安装所述第三滑轮(9)的滑轮固定板(6)。

6.根据权利要求5所述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：所述支撑杆(2-1)的一侧面上开设有沿其长度方向延伸的第一滑槽，所述横向位移计固定板(7)通过伸入所述第一滑槽的第一定位螺栓连接；所述支撑杆(2-1)的另一侧面上开设有沿其长度方向延伸的第二滑槽(2-4)，所述滑轮固定板(6)通过伸入所述第二滑槽(2-4)的第二定位螺栓连接。

7.根据权利要求4所述的基于土工离心机模拟桩基横向承载特性的试验装置，其特征在于：所述第二反力梁(2-3)上开设有用于安装所述第一滑轮(11)的第一螺栓孔；所述第一反力梁(2-2)上开设有用于安装所述第二滑轮(10)的第二螺栓孔。