CN204626476U - 基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，包括模型箱、支撑架和反力梁，待测试桩基上端安装竖向荷载加载平台，竖向荷载加载平台上安装竖向荷载加载板，反力梁上安装固定轴，固定轴上安装扭转盘，扭转盘通过扭转荷载传动杆与竖向荷载加载平台连接，扭转盘连接扭转荷载加载机构，扭转荷载加载机构包括牵拉绳、导向滑轮和扭转荷载加载平台，导向滑轮安装在反力梁一端，牵拉绳一端与扭转盘连接，牵拉绳另一端经导向滑轮导向后向下延伸且与扭转荷载加载平台连接，扭转荷载加载平台上安装扭转荷载加载板。该试验装置可同时施加竖向荷载和扭转荷载，且能保证待测试桩基受到扭转荷载时合力为零而不发生水平向偏转。

Description

基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置

技术领域

本实用新型属于桩基竖向和扭转荷载试验技术领域，具体是涉及一种基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置。

背景技术

当离心机运转时，固定在离心机转臂上的模型箱会随着离心机转臂作圆周运动，转速越快，模型箱中物体的加速度场就越大，离心机通常可将模型箱中的加速度场提高至100g以上。

目前在土工离心机上做桩基扭转试验时，一方面其加载装置未将竖向荷载施加于桩基顶部，这与实际情况十分不符，例如在转体大桥领域，当对桥身进行转体时，桥梁桩基础不仅受到了大桥转体过程中对桩基础产生的扭转荷载，也受到了来自上部桥梁结构的自重；另一方面，目前对桩基施加扭转荷载，通常是在桩身两边同时施加大小相同但方向相反的荷载，从而达到让试验桩发生扭转的目的。但这种施加方式必须保证两个施加的力完全相等，如有偏差，桩基不仅会发生扭转，还会因为受到的合力不为零而发生水平向的偏移，由于采用了两套荷载施加装置，在试验中控制荷载施加也必须同时考虑两套荷载施加装置，在实际操作过程中十分不便。

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对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置。该试验装置可以在离心试验中对试验桩同时施加竖向荷载和扭转荷载，使试验桩更加符合实际承载情况；并且在对待测试桩基施加扭转荷载时待测试桩基所受合力为零而不发生水平向偏转。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：包括安装在土工离心机的吊篮内的模型箱、安装在所述模型箱上的支撑架和安装在所述支撑架上的反力梁，待测试桩基竖直埋设在模型箱内的试验用土内，所述待测试桩基的上端伸出所述试验用土且安装有竖向荷载加载平台，所述竖向荷载加载平台上安装有竖向荷载加载板，所述反力梁上安装有固定轴，所述固定轴上转动安装有位于反力梁与竖向荷载加载平台之间的扭转盘，所述扭转盘通过两个扭转荷载传动杆与竖向荷载加载平台连接，所述扭转盘连接有用于带动其转动进而为待测试桩基施加扭转荷载的扭转荷载加载机构，所述扭转荷载加载机构包括牵拉绳、导向滑轮和扭转荷载加载平台，所述导向滑轮安装在反力梁的一端且设置在模型箱的外侧，所述牵拉绳的一端与扭转盘连接，所述牵拉绳的另一端经导向滑轮导向后向下延伸且与所述扭转荷载加载平台连接，所述扭转荷载加载平台上安装有扭转荷载加载板。

上述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述反力梁上开设有沿其长度方向延伸的长槽式螺纹孔，所述固定轴上设置有用于与所述长槽式螺纹孔螺纹配合的螺纹部，所述固定轴的上端伸出所述长槽式螺纹孔并通过螺母锁紧。

上述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述支撑架上开设有与所述反力梁长度方向相垂直的长槽式螺栓孔，所述反力梁通过伸入所述长槽式螺栓孔的螺栓与支撑架连接。

上述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述扭转盘上设置有用于与牵拉绳连接的把手。

上述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述竖向荷载加载板上开设有供两个所述扭转荷载传动杆穿过的通孔。

上述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述扭转荷载加载平台上设置两个加载板固定柱，所述扭转荷载加载板上开设有供所述加载板固定柱穿过的通孔。

上述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述反力梁上设置有用于安装所述导向滑轮的滑轮支架，所述导向滑轮的中心转轴与所述反力梁的中心轴线相垂直。

上述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：两个所述扭转荷载传动杆关于所述竖向荷载加载平台的中心轴相对称。

上述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述扭转盘上开设有与所述扭转荷载传动杆一一对应的两个定位孔，所述扭转荷载传动杆的上端穿入所述定位孔且与所述定位孔间隙配合。

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、本实用新型在施加扭转荷载时，仅采用一套扭转荷载加载机构，在对待测试桩基施加扭转荷载时待测试桩基所受合力为零而不发生水平向偏转，而且试验中仅需考虑一套扭转荷载加载机构的控制，更便于实际操作。

3、本实用新型通过在扭转盘上设置把手，延长了扭转盘的力臂，对扭转盘施加扭转荷载时更加高效。

4、本实用新型通过在扭转荷载加载平台上设置两个穿过扭转荷载加载板的加载板固定柱，能够有效防止扭转荷载加载板产生滑动，并使两个扭转荷载传动杆穿过竖向荷载加载板，能够有效防止竖向荷载加载板产生滑动。

5、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，试验效果好，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为本实用新型的结构示意图。

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为图3中C处的放大图。

图5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—反力梁；           3—支撑架；

4—固定轴；             5—待测试桩基；       6—竖向荷载加载平台；

7—扭转盘；             8—长槽式螺纹孔；     9—滑轮支架；

10—导向滑轮；          11—螺栓；            12—长槽式螺栓孔；

13—牵拉绳；            14—扭转荷载传动杆；  15—把手；

16—螺母；              17—竖向荷载加载板；  18—试验用土；

19—扭转荷载加载平台；  20—扭转荷载加载板；  21—加载板固定柱；

22—土工离心机；        22-1—吊篮；          22-2—离心机转轴；

22-3—离心机转臂；      22-4—吊篮转轴；      22-5—吊篮底板。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4和图5所示的一种基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，包括安装在土工离心机22的吊篮22-1内的模型箱1、安装在所述模型箱1上的支撑架3和安装在所述支撑架3上的反力梁2，待测试桩基5竖直埋设在模型箱1内的试验用土18内，所述待测试桩基5的上端伸出所述试验用土18且安装有竖向荷载加载平台6，所述竖向荷载加载平台6上安装有竖向荷载加载板17，所述反力梁2上安装有固定轴4，所述固定轴4上转动安装有位于反力梁2与竖向荷载加载平台6之间的扭转盘7，所述扭转盘7通过两个扭转荷载传动杆14与竖向荷载加载平台6连接，所述扭转盘7连接有用于带动其转动进而为待测试桩基5施加扭转荷载的扭转荷载加载机构，所述扭转荷载加载机构包括牵拉绳13、导向滑轮10和扭转荷载加载平台19，所述导向滑轮10安装在反力梁2的一端且设置在模型箱1的外侧，所述牵拉绳13的一端与扭转盘7连接，所述牵拉绳13的另一端经导向滑轮10导向后向下延伸且与所述扭转荷载加载平台19连接，所述扭转荷载加载平台19上安装有扭转荷载加载板20。本实施例中，所述牵拉绳13采用钢丝绳。

结合图5，土工离心机22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22包括吊篮22-1、离心机转轴22-2、离心机转臂22-3和吊篮转轴22-4。土工离心机22未开动时，吊篮22-1中的加速度场a即为重力加速度g，方向与吊篮底板22-5垂直。土工离心机22运行时，离心机转臂22-3带动着吊篮22-1绕离心机转轴22-2高速旋转，而吊篮22-1会在离心力作用下绕吊篮转轴22-4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22-1并未改变，依然垂直于吊篮底板22-5。土工离心机22运行时，吊篮22-1中存在离心加速度场a，由于吊篮22-1可绕吊篮转轴22-4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22-5垂直。在加速度场a的作用下，质量为m1的竖向荷载加载板17对竖向荷载加载平台6产生竖直向下的压力G，其中G＝m1×a，通过竖向荷载加载平台6的传递，压力G最终施加在了待测试桩基5的桩顶处。类似地，在加速度场a的作用下，质量为m2的扭转荷载加载板20对扭转荷载加载平台19产生竖直向下的拉力F，其中F＝m2×a，通过牵拉绳13的传递，拉力F最终施加在了扭转盘7的把手15上，此时扭转盘7在拉力F作用下便绕着固定轴4带动竖向荷载加载平台6发生扭转，进而带动待测试桩基5发生了扭转。本试验装置可以在离心试验中对试验桩同时施加竖向荷载和扭转荷载，使试验桩更加符合实际承载情况；在施加扭转荷载时，仅采用一套扭转荷载加载机构，并且在对待测试桩基施加扭转荷载时待测试桩基所受合力为零而不发生水平向偏转，而且试验中仅需考虑一套扭转荷载加载机构的控制，更便于实际操作。

如图1所示，所述反力梁2上开设有沿其长度方向延伸的长槽式螺纹孔8，所述固定轴4上设置有用于与所述长槽式螺纹孔8螺纹配合的螺纹部，所述固定轴4的上端伸出所述长槽式螺纹孔8并通过螺母16锁紧。通过设置长槽式螺纹孔8，可以根据需要调整固定轴4在反力梁2上的连接位置，具体的，在调整固定轴4时，松开螺母16，旋转固定轴4使其上的螺纹部与长槽式螺纹孔8脱离，再沿长槽式螺纹孔8移动固定轴4至合适位置，然后使固定轴4上的螺纹部与长槽式螺纹孔8连接，并用螺母16锁紧。本实施例中，固定轴4为一圆柱形钢制杆件，一端带有帽，用以卡住扭转盘7，防止下滑，另一端带有螺纹形成螺纹部，可用螺母16将其固定在反力梁2上。

如图1所示，所述支撑架3上开设有与所述反力梁2长度方向相垂直的长槽式螺栓孔12，所述反力梁2通过伸入所述长槽式螺栓孔12的螺栓11与支撑架3连接。通过设置长槽式螺栓孔12，可以方便的调整反力梁2在支撑架3上的位置，调整起来灵活方便。本实施例中，支撑架3为两个矩形截面钢管，用以安装在模型箱1上，支撑架3与模型箱1螺栓连接。

如图1所示，所述扭转盘7上设置有用于与牵拉绳13连接的把手15。通过设置把手15，延长了扭转盘7的力臂，对扭转盘7施加扭转荷载时更加高效。

本实施例中，所述竖向荷载加载板17上开设有供两个所述扭转荷载传动杆14穿过的通孔。这样可以通过两个扭转荷载传动杆14有效防止竖向荷载加载板17产生滑动。

本实施例中，两个所述扭转荷载传动杆14关于所述竖向荷载加载平台6的中心轴相对称，所述扭转荷载传动杆14的下端焊接在所述竖向荷载加载平台6上。

本实施例中，所述扭转盘7上开设有与所述扭转荷载传动杆14一一对应的两个定位孔，所述扭转荷载传动杆14的上端穿入所述定位孔且与所述定位孔间隙配合。具体的，所述定位孔的孔径比扭转荷载传动杆14的直径大2mm～3mm，当扭转盘7的中心轴与竖向荷载加载平台6的中心轴重合时，两个扭转荷载传动杆14正好一一对应穿过两个所述定位孔。

本实施例中，所述扭转荷载加载平台19上设置两个加载板固定柱21，所述扭转荷载加载板20上开设有供所述加载板固定柱21穿过的通孔。通过设置两个加载板固定柱21能够有效防止扭转荷载加载板20产生滑动。

如图1和图3所示，所述反力梁2上设置有用于安装所述导向滑轮10的滑轮支架9，所述导向滑轮10的中心转轴与所述反力梁2的中心轴线相垂直。

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 (9)

1.基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：包括安装在土工离心机(22)的吊篮(22-1)内的模型箱(1)、安装在所述模型箱(1)上的支撑架(3)和安装在所述支撑架(3)上的反力梁(2)，待测试桩基(5)竖直埋设在模型箱(1)内的试验用土(18)内，所述待测试桩基(5)的上端伸出所述试验用土(18)且安装有竖向荷载加载平台(6)，所述竖向荷载加载平台(6)上安装有竖向荷载加载板(17)，所述反力梁(2)上安装有固定轴(4)，所述固定轴(4)上转动安装有位于反力梁(2)与竖向荷载加载平台(6)之间的扭转盘(7)，所述扭转盘(7)通过两个扭转荷载传动杆(14)与竖向荷载加载平台(6)连接，所述扭转盘(7)连接有用于带动其转动进而为待测试桩基(5)施加扭转荷载的扭转荷载加载机构，所述扭转荷载加载机构包括牵拉绳(13)、导向滑轮(10)和扭转荷载加载平台(19)，所述导向滑轮(10)安装在反力梁(2)的一端且设置在模型箱(1)的外侧，所述牵拉绳(13)的一端与扭转盘(7)连接，所述牵拉绳(13)的另一端经导向滑轮(10)导向后向下延伸且与所述扭转荷载加载平台(19)连接，所述扭转荷载加载平台(19)上安装有扭转荷载加载板(20)。

2.根据权利要求1所述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述反力梁(2)上开设有沿其长度方向延伸的长槽式螺纹孔(8)，所述固定轴(4)上设置有用于与所述长槽式螺纹孔(8)螺纹配合的螺纹部，所述固定轴(4)的上端伸出所述长槽式螺纹孔(8)并通过螺母(16)锁紧。

3.根据权利要求1所述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述支撑架(3)上开设有与所述反力梁(2)长度方向相垂直的长槽式螺栓孔(12)，所述反力梁(2)通过伸入所述长槽式螺栓孔(12)的螺栓(11)与支撑架(3)连接。

4.根据权利要求1所述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述扭转盘(7)上设置有用于与牵拉绳(13)连接的把手(15)。

5.根据权利要求1所述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述竖向荷载加载板(17)上开设有供两个所述扭转荷载传动杆(14)穿过的通孔。

6.根据权利要求1所述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述扭转荷载加载平台(19)上设置两个加载板固定柱(21)，所述扭转荷载加载板(20)上开设有供所述加载板固定柱(21)穿过的通孔。

7.根据权利要求1所述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述反力梁(2)上设置有用于安装所述导向滑轮(10)的滑轮支架(9)，所述导向滑轮(10)的中心转轴与所述反力梁(2)的中心轴线相垂直。

8.根据权利要求1所述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：两个所述扭转荷载传动杆(14)关于所述竖向荷载加载平台(6)的中心轴相对称。

9.根据权利要求1所述的基于土工离心机对桩基施加竖向和扭转荷载的试验装置，其特征在于：所述扭转盘(7)上开设有与所述扭转荷载传动杆(14)一一对应的两个定位孔，所述扭转荷载传动杆(14)的上端穿入所述定位孔且与所述定位孔间隙配合。