CN206960258U - 一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，试验装置包括底部基座，支柱与可视化面框固定于底部基座上表面；间隔挡板固定于可视化面框底、顶部锯齿状开口处；轨道横梁端部与支柱顶部相连接，轨道横梁位置设置有组合式滚轮导向装置；中空自动加载油缸安装于立柱的中下侧，通过进、出油管与伺服液压油泵相连，伺服液压油泵与控制器相连，控制器控制油管进出油。本实用新型实现了斜拉荷载作用或长期荷载、循环荷载及单纯加卸载等工况作用下，单个或多个锚板基础承载性能的有效测试，具有操作简单、拆卸方便、自动加载控制、测试精度高等特点。

Description

一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程室内测试技术领域，特别是涉及一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置。

背景技术

锚板基础是广泛应用于电视通讯塔、输电线路杆塔、高耸建筑物、基坑及边坡支护工程中的一种承受上拔荷载作用的构筑物基础。明确锚板基础的承载性能是进行锚板基础设计的前提，但在实际工程中，锚板基础除承受上部结构竖向牵拉荷载作用的同时，还要受到上部结构水平牵引力、风力及地下水浮力等因素的影响。因此，受设计、施工及现场地质条件等因素的影响，锚板基础不可避免会受到斜拉荷载作用，或是存在单个或多个锚板基础共同作用，或是受到长期荷载、循环荷载及单纯加卸载等不同荷载作用工况。但目前还缺乏合理的试验装置，对上述工况作用下的锚板基础承载性能进行有效测试。针对该问题，本实用新型提出了一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，可予以有效解决。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，该装置可实现单个或多个锚板基础在受到斜拉荷载作用或长期荷载、循环荷载及单纯加卸载等工况作用下，对锚板基础承载性能的有效测试。

该试验装置的具体方案如下：

一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，包括：

底部基座，底部基座设有支柱，支柱内底部设置待测锚板基础模型，该待测锚板基础模型与钢绞线连接，钢绞线绕过设于支柱顶部轨道横梁的组合式滚轮导向装置与所述的中空自动加载油缸连接，中空自动加载油缸带动钢绞线张紧对待测锚板基础模型进行拉拔，组合式滚轮导向装置用于改变钢绞线的拉拔方向；

所述中空自动加载油缸通过爪式环撑中部固定于所述支柱的中下部。

中空自动加载油缸包括中空缸筒，中空缸筒内设置中空活塞筒，中空活塞筒的动力输出端与夹持圆盘连接；

夹持圆盘中部开有锥形圆槽，锥形圆槽底部设置环形槽盖，锥形圆槽顶部设置中空套管，中空套管与中空缸筒底部连接，锥形圆槽内设置异形夹块，异形夹块与环形槽盖之间设置锥形压簧，环形槽盖与锥形压簧内圈部位设置中空锥形圆套，异形夹块包括至少两块，钢绞线从上到下依次穿过中空缸筒、中空套管、异形夹块、中空锥形圆套和环形槽盖设置。

第一动力源可以是伺服液压油泵，由其控制中空缸筒内中空活塞筒的移动，进而带动夹持圆盘的上移和下移，再通过中空套管与异形夹块的设置，配合锥形压簧，实现对钢绞线夹持或松开作用。当夹持圆盘上移，可使中空套管底端顶住异形夹块，使异形夹块自动张开，供钢绞线(柔性钢绞线)自由穿过，而当夹持圆盘下移，中空套管底端与异形夹块分开，异形夹块在高强锥形压簧作用下上移，可实现对钢绞线的自动夹持。

进一步地，所述中空锥形圆套固定在所述环形槽盖内环表面；

进一步地，所述中空套管的外侧中部可设置外伸台阶以与中空缸筒下表面通过紧固件进行锁紧，或者通过螺纹进行紧固连接；

进一步地，中空锥形圆套外表面与锥形圆槽内表面锥形面倾斜角度一致，共同形成了锥形滑道，可使异形夹块沿锥形滑道上下自由移动。

所述支柱顶部设置轨道横梁，轨道横梁前后各有一根，横截面为C字型，轨道横梁横断面中心位置设有可滑动轨道槽，轨道横梁端部与支柱顶部固定连接；

所述组合式滚轮导向装置包括可移动滑轮组和固定滑轮滚轴，可移动滑轮组由上到下依次设有若干个直径尺寸不同的滑轮，通过连杆进行组合连接，最顶部滑轮设有连轴，连轴端部设有滚轮，滚轮内嵌于轨道横梁C字型横截面内部，可沿轨道横梁的可滑动轨道槽水平轴向自由移动；固定滑轮滚轴与靠近中空自动加载油缸侧支柱的顶部相连；

进一步地，可移动滑轮组数量包含若干组，固定滑轮滚轴轴向中心位置设有多轨道滑轮，可满足多条钢绞线同时绕过。

进一步地，所述的中空自动加载油缸内壁安装有油压传感器，所述的夹持圆盘处安装有位移传感器，所述的待测锚板基础模型及钢绞线表面安装有应变传感器。所述的各种监测传感器与控制器(中心智能控制系统)相连，可满足长期荷载、循环荷载及单纯加卸载等各种荷载作用工况下，锚板基础承载性能的有效测试。

进一步地，所述支柱可为四根，四根支柱底部对称固定于底部基座上表面四个边角处。此外，可在轨道横梁上设置刻度尺，以便于对可移动滑轮组的位置进行确定。

进一步地，在远离中空自动加载油缸侧支柱顶部设置H型连梁，H型连梁两端部上下两端分别设有外伸翼缘，并通过该外伸翼缘与支柱相连。

进一步地，在支柱的中下部的前后两侧设有可视化面框，可视化面框沿框内表面嵌有高强玻璃，且可视化面框底部内侧及顶部内侧外伸翼缘处设有等间距锯齿状开口，锯齿状开口内设置间隔挡板，两块间隔挡板分别设于所述待测锚板基础模型的两侧，在可视化面框的侧边竖直可设有刻度线以便于测量拉拔位移数据。

进一步地，所述的爪式环撑为圆环状，端部设有U型爪式翼缘，可通过高强螺栓固定于支柱中下侧。

此外，在轨道横梁上设置用于固定可移动滑轮组的挡销。当有多个待测锚板基础模型共同作用时，所需的钢绞线数量与待测锚板基础模型数量一致，通过配合利用可移动滑轮组、固定滑轮滚轴与挡销，可用于调整多根钢绞线的荷载作用角度，满足不同斜拉角度下单个或多个待测锚板基础模型的有效测试。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)通过利用间隔挡板调整土层模型体的大小，并配合组合式滚轮导向装置，可实现单个或多个锚板基础的有效模拟。

2)通过配合可移动滑轮组、固定滑轮滚轴及挡销等构件，可实现不同角度斜拉荷载作用下单个或多个锚板基础的有效模拟。

3)通过利用中心智能控制系统、伺服液压油泵及各类监测传感器，可实现长期荷载、可循环荷载、单纯加卸载等不同荷载作用工况的有效模拟。

4)采用中空自动加载油缸，并配合中心智能控制系统、伺服液压油泵等构件，可实现对钢绞线的自动夹持与松开，拆卸方便易于操作。

5)通过利用可视化面框与高强玻璃并配合数字照相量测技术，可实现待测锚板基础模型在加卸载过程中土体应变场及破坏模式的实时可视化观测。

6)所述试验装置各构件可采用高强螺栓连接，拆卸方便，可根据具体试验要求，调换其中某一构件尺寸，以满足不同试验需求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型实施例的三维效果图；

图2为本实用新型实施例的正视图；

图3是图2的1-1断面左视图；

图4是图2的2-2断面右视图；

图5是图2的3-3断面俯视图；

图6是图2的4-4断面俯视图；

图7是图2的5-5断面左视图；

图8是本实用新型实施例中空自动加载油缸的竖向中心剖面结构示意图；

图9是本实用新型实施例爪式环撑的三维效果图；

图10是本实用新型实施例H型中空套管的三维效果图；

图11是本实用新型实施例可视化面框的三维效果图；

图12是本实用新型实施例异形夹块的三维效果图；

图13是本实用新型可移动滑轮组位置确定示意图。

其中：1—底部基座；2—支撑立柱；3—可视化面框；4—间隔挡板；5—轨道横梁；6—H形连梁；7—组合式滚轮导向装置；8—中空自动加载油缸；9—柔性钢绞线；10—伺服液压油泵；11—中心智能控制系统；12—待测锚板基础模型；13—高强玻璃；14—可移动滑轮组；15—固定滑轮滚轴轴；16—挡销；17—爪式环撑；18—中空活塞筒；19—中空缸筒；20—夹持圆盘；21—异形夹块；22—高强锥形压簧；23—中空锥形圆套；24—环状槽盖；25—H型中空套管；26—进油管；27—出油管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1和图2所示，一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，包括底部基座1、支撑立柱2、可视化面框3、间隔挡板4、轨道横梁5、H形连梁6、组合式滚轮导向装置7、中空自动加载油缸8、柔性钢绞线9、伺服液压油泵10、中心智能控制系统11(控制器，可以是PLC控制器或者计算机)、待测锚板基础模型12、爪式环撑17。

所述的底部基座1位于试验装置底部，形状为矩形板状，底部基座1下表面沿周边环向设置竖向表面肋板，以增强底部基座1的压弯承载性能。

所述的支撑立柱2共包括四根，横截面为矩形，支撑立柱2底部设有外伸翼缘，通过高强螺栓对称固定于底部基座1上表面四个边角处。

所述的可视化面框3为口字型，如图6和图11所示，前后各一榀，可视化面框3底部外、内侧及顶部内侧分别设有外伸翼缘。可视化面框3底部外侧外伸翼缘设有圆形螺纹开孔，通过高强螺栓固定于底部基座1上表面。可视化面框3底部内侧及顶部内侧外伸翼缘处设有等间距锯齿状开口，如图5所示，顶部、底部内侧外伸翼缘处锯齿状开口位置及尺寸保持一致。可视化面框3沿框内表面嵌有高强玻璃13，配合数字照相量测技术可实现待测锚板基础模型12在加卸载过程中土体破裂演化规律的实时可视化观测。

所述的间隔挡板4左右各一个，间隔挡板4宽度及厚度与前后可视化面框3内侧等间距锯齿状开口尺寸保持一致，通过插入锯齿状开口内进行固定。根据试验要求，通过调整间隔挡板4位置可实现不同大小土层模型体的有效模拟。

所述的轨道横梁5位于试验装置顶部，前后各有一根，横截面为C字型，轨道横梁5横断面中心位置设有可滑动轨道槽，轨道横梁5端部设有外伸翼缘，通过高强螺栓与支撑立柱2相连接。

所述的组合式滚轮导向装置7包括：可移动滑轮组14、固定滑轮滚轴。所述的可移动滑轮组14由上到下依次设有三个直径尺寸不同的滑轮，通过连杆进行组合连接，最顶部滑轮设有可移动滑轮轴，连轴端部设有滚轮，滚轮内嵌于轨道横梁5C字型横截面内部可滑动轨道槽内，可沿轨道横梁5水平轴向自由移动，所述的可移动滑轮组14数量包含若干组。所述的固定滑轮滚轴15通过高强螺栓与中空自动加载油缸8侧支撑立柱2顶部相连，如图4所示，固定滑轮滚轴15轴向中心位置设有多轨道滑轮，可满足多条柔性钢绞线9同时绕过。所述的轨道横梁5C字型横截面上半部分中心位置设有等间距的圆形开孔，通过插入挡销16，可用于固定可移动滑轮组14，如图7所示。

所述的柔性钢绞线9一端与待测锚板基础模型12相连，并穿过可移动滑轮组14与固定滑轮滚轴15，另一端与中空自动加载油缸8相连。所述的中空自动加载油缸8可实现柔性钢绞线9的自动夹持与松开。当有多个待测锚板基础模型12共同作用时，所需的柔性钢绞线9数量与待测锚板基础模型12数量一致，通过配合利用可移动滑轮组14、固定滑轮滚轴15与挡销16，可用于调整多根柔性钢绞线9的荷载作用角度，满足不同斜拉角度下单个或多个待测锚板基础模型12的有效测试。

所述的H型连梁6位于远离中空自动加载油缸侧8支撑立柱2顶部，H型连梁6两端部上下设有外伸翼缘，通过高强螺栓与支撑立柱2相连。

所述的爪式环撑17为圆环状，端部设有U型爪式翼缘，通过高强螺栓固定于支撑立柱2中下侧。

所述的中空自动加载油缸8为中空状，如图8所示，由中空活塞筒18、中空缸筒19、夹持圆盘20等构件组成。所述的中空活塞筒18底部置于中空缸筒19内部，下端部与夹持圆盘20相连。所述的中空缸筒19下端部钢板外伸，并在外伸部分通过开孔利用高强螺栓固定于爪式环撑17中心位置，如图9所示，中空自动加载油缸8通过爪式环撑17固定于支撑立柱。所述的夹持圆盘20中心位置设有锥形圆槽，锥形圆槽内部安装有自动夹持装置，包括异形夹块21、高强锥形压簧22、中空锥形圆套23、环状槽盖24。所述的异形夹块21安装于锥形圆槽内部，所述的高强锥形压簧22安装于异形夹块21下部端部台阶处，高强锥形压簧22下部为环状槽盖24，所述的环状槽盖24通过螺纹固定在锥形圆槽底部，所述的中空锥形圆套23通过螺纹固定在环状槽盖24内环表面，中空锥形圆套23外表面与锥形圆槽内表面锥形面倾斜角度一致，共同形成了锥形滑道，可使异形夹块21沿锥形滑道上下自由移动，如图12所示。所述的夹持圆盘20上部中心位置，安装有H形套管25，H形套管25中部外侧设有台阶，如图10所示，H形套管25通过螺纹固定在中空缸筒19底部中心位置。

所述的中空自动加载油缸8通过进油管26、出油管27与伺服液压油泵10相连，所述的伺服液压油泵10与中心智能控制系统11相连，通过配合中心智能控制系统11控制油管进出油，可实现中空自动加载油缸8伸缩。当出油管27出油时，夹持圆盘20上移，可使H形套管25底端顶住异形夹块21，使异形夹块21自动张开，供柔性钢绞线9自由穿过，而当进油管26进油时，夹持圆盘20下移，H形套管25底端与异形夹块21分开，异形夹块21在高强锥形压簧22作用下上移，可实现对柔性钢绞线9的自动夹持。

所述的中空自动加载油缸8内壁安装有油压传感器，所述的夹持圆盘20处安装有位移传感器，所述的待测锚板基础模型12及柔性钢绞线9表面安装有应变传感器。所述的各种监测传感器与中心智能控制系统11相连，可满足长期荷载、循环荷载及单纯加卸载等各种荷载作用工况下，锚板基础承载性能的有效测试。

所述的一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，具体试验方法包括以下步骤：

1)根据试验要求将间隔挡板4插入可视化面框3内侧顶、底部锯齿状开口处，与前后可视化面框3和高强玻璃13形成模型试验箱。

2)在所述模型试验箱中填入适量的土方，并根据设计埋深大小埋设安装待测锚板基础模型12，保证待测锚板基础模型12与柔性钢绞线9相连接。

3)根据待测锚板基础模型12所受斜拉荷载作用角度，调整可移动滑轮组14位置，并利用挡销16固定。如图13所示，具体计算方法为：

假设斜拉荷载角度为α，待测锚板基础模型12中心至左侧支撑立柱2内侧表面之间水平距离为L_左，待测锚板基础模型12中心至顶部柔性钢绞线9所穿固定滑轮滚轴转轴中心的竖向距离为H。则可求得待测锚板基础模型12中心至顶部拟穿过滑轮滚轮中心水平距离为则顶部可移动滑轮应在距左侧支撑立柱2内侧处进行固定。

4)将与待测锚板基础模型12相连的柔性钢绞线9依次穿过可移动滑轮组14与固定滑轮滚轴15，伸入中空自动加载油缸8内部。

5)与中空自动加载油缸8相连的出油管27开始出油，确保柔性钢绞线9能顺利穿过夹持圆盘20。

6)与中空自动加载油缸8相连的进油管26开始进油，确保柔性钢绞线9能被夹持圆盘20夹住。当待测锚板基础模型12承受拉力达到待测模型极限承载力的5％时，停止加载，系统处于稳压状态。

7)按每级荷载为5KN的梯度进行阶梯型加载，直至待测锚板基础模型12从土体中完全拔出破坏。记录待测锚板基础模型12所受荷载大小、角度及拉拔位移等数据，得到模型对应荷载-位移曲线。

8)与中空自动加载油缸8相连的出油管27开始出油，夹持圆盘20自动张开，松开柔性钢绞线9。

9)移走模型试验箱内的土体、待测锚板基础模型12及钢绞线9等，本次锚板基础承载性能测试试验结束，可进行下一个工作循环。

本实用新型所公开的该种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置及试验方法，实现了斜拉荷载作用或长期荷载、循环荷载及单纯加卸载等工况作用下，单个或多个锚板基础承载性能的有效测试，具有操作简单、拆卸方便、自动加载控制、测试精度高、性能稳定等特点。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，其特征在于，包括：

底部基座，底部基座设有支柱，支柱内底部设置待测锚板基础模型，该待测锚板基础模型与钢绞线连接，钢绞线绕过设于支柱顶部轨道横梁的组合式滚轮导向装置与中空自动加载油缸连接，中空自动加载油缸带动钢绞线张紧对待测锚板基础模型进行拉拔，组合式滚轮导向装置用于改变钢绞线的拉拔方向；

所述中空自动加载油缸通过爪式环撑中部固定于所述支柱的中下部。

2.根据权利要求1所述的一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，其特征在于，所述中空自动加载油缸包括中空缸筒，中空缸筒内设置中空活塞筒，中空活塞筒的动力输出端与夹持圆盘连接；

夹持圆盘中部开有锥形圆槽，锥形圆槽底部设置环形槽盖，锥形圆槽顶部设置中空套管，中空套管与中空缸筒底部连接，锥形圆槽内设置异形夹块，异形夹块与环形槽盖之间设置锥形压簧，环形槽盖与锥形压簧内圈部位设置中空锥形圆套，异形夹块包括至少两块，钢绞线从上到下依次穿过中空缸筒、中空套管、异形夹块、中空锥形圆套和环形槽盖设置。

3.根据权利要求2所述的一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，其特征在于，所述中空锥形圆套固定在所述环形槽盖内环表面；

进一步地，所述中空套管的外侧中部可设置外伸台阶以与所述的中空缸筒下表面固定；

进一步地，中空锥形圆套外表面与锥形圆槽内表面锥形面倾斜角度一致，共同形成了锥形滑道，可使异形夹块沿锥形滑道上下自由移动。

4.根据权利要求1所述的一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，其特征在于，所述支柱顶部设置轨道横梁，轨道横梁前后各有一根，横截面为C字型，轨道横梁横断面中心位置设有可滑动轨道槽，轨道横梁端部与支柱顶部固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，其特征在于，所述组合式滚轮导向装置包括可移动滑轮组和固定滑轮滚轴，可移动滑轮组由上到下依次设有若干个直径尺寸不同的滑轮，通过连杆进行组合连接，最顶部滑轮设有连轴，连轴端部设有滚轮，滚轮内嵌于轨道横梁C字型横截面内部，可沿轨道横梁的可滑动轨道槽水平轴向自由移动；固定滑轮滚轴与靠近中空自动加载油缸侧支柱的顶部相连。

6.根据权利要求5所述的一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，其特征在于，可移动滑轮组数量包含若干组，固定滑轮滚轴轴向中心位置设有多轨道滑轮，可满足多条钢绞线同时绕过；

进一步地，在轨道横梁上设置用于固定可移动滑轮组的挡销。

7.根据权利要求2所述的一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，其特征在于，所述的中空自动加载油缸内壁安装有油压传感器，所述的夹持圆盘处安装有位移传感器，所述的待测锚板基础模型和钢绞线表面安装有应变传感器，油压传感器、位移传感器和应变传感器分别与控制器相连。

8.根据权利要求1所述的一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，其特征在于，所述支柱可为四根，四根支柱底部对称固定于底部基座上表面四个边角处；

在远离中空自动加载油缸侧支柱顶部设置H型连梁，H型连梁两端部上下两端分别设有外伸翼缘，并通过该外伸翼缘与立柱相连。

9.根据权利要求1所述的一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，其特征在于，在所述支柱的中下部的两侧设有可视化面框，可视化面框沿框内表面嵌有高强玻璃，且可视化面框底部内侧及顶部内侧外伸翼缘处设有等间距锯齿状开口，锯齿状开口内设置间隔挡板，两块间隔挡板分别设于所述待测锚板基础模型的两侧，以与可视化面框形成模型试验箱。

10.根据权利要求1所述的一种用于测试土层锚板基础抗拔力学性能的试验装置，其特征在于，所述的爪式环撑为圆环状，端部设有U型爪式翼缘，可通过高强螺栓固定于立柱中下侧。