CN207662747U - 测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统 - Google Patents

测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统 Download PDF

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马少红
杨京华
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测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统,包括循环荷载加载装置、试验箱、排水控制装置、竖向循环加载配套装置、水平循环加载配套装置及水平循环加载配套装置。本实用新型适用范围广、成本低、拆装方便、试验过程操作简单,突破了现有试验装置只能单独进行竖向、水平向加载的限制,还能够模拟竖向和水平双向循环荷载加载工况,且能考虑土体含水率变化和水平循环荷载方向夹角的影响。

Description

测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种模型试验加载装置,尤其是涉及测试基础建筑施工中桩土作 用力的循环加载系统。
背景技术
[0002]随着世界能源危机和环境污染问题的加剧,新能源的开发利用受到世界各国广泛 关注,海上风力发电虽然起步较晚,但因储存量丰富、分布广泛、便于大规模集中开发和不 占用土地资源的优势,近几年在国内外发展迅猛。我国风电场的建设将极大地缓解我国东 部地区的能源危机,优化电网结构,是实现可持续发展的重要方法,具有重大战略意义。 [0003]在海上风力发电工程中,基础形式有单桩基础、多桩基础、单筒基础、多筒基础、复 合基础和浮式基础。上部结构在运行期内要承担风、浪等具有明显周期性的循环荷载作用。 风电基础处在风电塔架和风机设备等自重荷载、风机工作荷载以及风荷载产生的竖向及水 平循环荷载共同作用下,极易产生累计沉降变形,如果这种变形得不到有效的控制,将会严 重影响风机的正常运作和安全运行。找到合理的方法预测和控制竖向及水平循环荷载作用 下风电基础的承载力和累积变形,对保证这些工程的正常运作和安全具有重大意义。
[0004] 针对竖向及水平循环荷载作用下的基础,风电基础的建设面临两个问题:(1)循环 荷载作用下风电基础的累积变形预测;(2)循环荷载作用下,风电基础的承载力的确定。显 然以上两方面至今还缺乏较为可靠的分析方法。为弥补理论分析的局限性,需要结合室内 模型试验,对重要工程进行分析,其中的关键技术是如何模拟基础承受竖向循环荷载、水平 循环荷载、双向循环荷载以及不同水平夹角下循环荷载的作用,而目前尚未发现有关该问 题的报道。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用范围 广、试验过程操作简单、成本低、拆装方便的测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系 统。
[0006] 本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:测试基础建筑施工中桩土作用 力的循环加载系统,包括循环荷载加载装置、试验箱、排水控制装置、竖向循环加载配套装 置、水平循环加载配套装置A及水平循环加载配套装置B;所述循环荷载加载装置包括底座 A、底座B、电机、轮盘、螺纹柱和循环加载用支撑架;电机分别固定在底座A和底座B上,轮盘 安装在电机上,螺纹柱拧固在轮盘上,底座A和底座B分别设在循环加载用定滑轮支架的左 右两侧;所述试验箱用于装填试验所用土体,试验所用土体中埋置桩基础模型;所述排水控 制装置包括试验箱内表面的排水板以及试验箱四周下端预设的排水孔;所述竖向循环加载 配套装置包括弹簧、定滑轮、拉压力传感器和砝码加载杆,进行竖向循环加载模拟试验时, 弹簧两端连接钢丝绳,钢丝绳一端直接与轮盘上的螺纹柱连接,另一端绕过定滑轮,通过拉 压力传感器与砝码加载杆竖向相连;所述水平循环加载配套装置A包括弹簧、定滑轮、拉压 力传感器;弹簧两端连接钢丝绳,钢丝绳一端直接与轮盘上的螺纹柱连接,另一端绕过定滑 轮,通过拉压力传感器与粧基础模型的顶端水平相连。
[0007] 本试验系统的工作过程:在试验箱中装填试验所用土体,土体中埋置试验桩基础 模型,可以进行单桩、群桩、筒型基础和桩基础的模型试验,实验中轮盘上螺纹柱的不同位 置对应不同的荷载幅值,电机的不同档位对应不同的荷载循环次数。竖向循环加载模型试 验时,弹簧右侧的钢丝绳一端连接轮盘上的螺纹柱和砝码加载杆相连,按照设计循环幅值 在砝码加载杆上配重一定大小的砝码,然后调节轮盘使拉压力传感器的示数和砝码与砝码 加载杆重量相同,这时桩基础模型顶荷载为零,然后设置加载频率,开动电机,砝码和砝码 加载杆的重量即为桩基础模型顶的循环荷载幅值,试验时,通过采集器与桩基础模型的传 感器连接,并与计算机连接,即可即时记录竖向循环加载期间粧基础模型承载变形数据。水 平循环加载试验时,领取钢丝绳一端绕过水平循环加载用定滑轮,通过拉压力传感器和桩 基础顶部相连接,循环加载幅值设计,数据采集原理与竖向循环加载试验相同。双向循环加 载试验时,水平循环加载和竖向循环加载的钢丝绳系与同一个螺纹柱的同一位置,其余要 求分别按照水平循环加载和竖向循环加载设置,循环加载幅值设计,数据采集原理与水平、 竖向循环加载试验相同。水平方向不同夹角循环加载试验时,循环加载装置和水平循环加 载配套装置A位于固定于试验箱的右侧,循环加载装置和水平循环加载配套装置B按照角度 为底座A与桩基础的连线和底座B与桩基础的连线d的夹角,且〇°<0<18〇°)放置,其余要求 按照水平单向循环加载,循环加载幅值设计,数据采集原理与水平单向循环加载试验相同。
[0008] 与现有技术相比,本实用新型具有以下优点及有益效果:本实用新型适用范围广、 成本低、拆装方便、试验过程操作简单,突破了现有试验装置只能单独进行竖向、水平向加 载的限制,还能够模拟竖向和水平双向循环荷载加载工况,且能考虑土体含水率变化和水 平循环荷载方向夹角的影响。
附图说明
[0009] 图1为本实用新型实施例立体结构示意图;
[0010]图2为本实用新型实施例俯视结构示意图;
[0011]图3为本实用新型实施例立体结构示意图;
[0012]图4为本实用新型实施例俯视结构示意图;
[0013]图5为本实用新型实施例立体结构示意图;
[0014]图6为本实用新型实施例立体结构示意图;
[0015]图7为本实用新型实施例立体结构示意图;
[0016]图8为本实用新型实施例立体结构示意图;
[0017]图9为本实用新型循环加载用支撑架的立体结构图。
[0018]试验箱1;应变片2;定滑轮3;桩基础模型4;位移传感器5;循环加载用支撑架6;拉 压力传感器7;砝码加载杆8;弹簧9;电机1〇;轮盘丨丨;螺纹柱丨2;底座Al3;底座b丨4;排水孔 15〇
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0020]测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统,包括循环荷载加载装置、试验 箱1、排水控制装置、竖向循环加载配套装置、水平循环加载配套装置A和水平循环加载配套 装置B。
[0021] 循环荷载加载装置包括底座A13、底座B14、电机10、轮盘11、螺纹柱12、循环加载用 支撑架6,电机10分别固定在底座A13和底座B14上,轮盘11安装在电机10上,螺纹柱12拧固 在轮盘11上,底座A13和底座B14分别用于固定安放电机10。
[0022] 试验箱1用于装填试验所用土体,试验所用土体中埋置桩基础模型4。
[0023]竖向循环加载配套装置包括弹簧9、定滑轮3、拉压力传感器7、砝码加载杆8,进行 竖向循环加载模拟试验时,弹簧9两端连接钢丝绳,钢丝绳一端直接与轮盘11上的螺纹柱12 连接,另一端绕过定滑轮3,通过拉压力传感器7与砝码加载杆8竖向相连。
[0024]水平循环加载配套装置A包括弹簧9、定滑轮3、拉压力传感器7,进行水平循环加载 模拟试验时,弹簧9两端连接钢丝绳,钢丝绳一端直接与轮盘11上的螺纹柱12连接,另一端 绕过定滑轮3,通过拉压力传感器7与桩基础模型4的顶端水平相连。
[0025]底座A13包括将电机10固定在底座A13的定位螺孔、水平板、横杆支撑和竖杆支撑。 水平板为长800mm,宽500mm,厚10mm的钢板,电机10采用6mm螺栓与水平板固定,底座A13的 四根竖杆支撑采用高400mm的边长为40mm的方钢管制作,四根横向支撑采用4mm厚680mm、 380mm的角钢。
[0026]底座B14包括将电机10固定在底座B14的定位螺孔、水平板、横杆支撑和竖杆支撑。 水平板为长800mm,宽500mm,厚10mm的钢板,电机10采用6麵螺栓与水平板固定,底座B14的 四根竖杆支撑采用高1200mm的边长为40mm的方钢管制作,四根横向支撑采用4mm厚680mm、 380mm的角钢。
[0027] 循环加载用支撑架6包括立于地面上的四根支腿、固定于四根支腿下端的四根横 杆、固定于四根支腿上端的四根斜杆、循环加载定滑轮3,横杆与竖杆之间设有斜撑。四根支 腿为左右对称布置的高2000mm的边长为40mm方钢管,方钢管间距700mm,采用6mm螺栓固定 在试验箱1的角钢骨架上,两根横杆采用长700ram的边长为40ram方钢管,斜撑采用长800mm的 边长为40mm方钢管,斜杆为长450mm的边长为40mm方钢管。
[0028] 试验箱1包括角钢骨架、有机玻璃和加固角钢,角钢骨架的左右两面通过有机玻璃 密封成型,加固角钢设置在角钢骨架的中间部位,试验箱1内四周设置排水板控制土体含水 量。加固角钢设置在角钢骨架的中间部位。试验箱1长900mm、宽900mm、高1200mm。角钢骨架 由8mm厚角钢焊接而成,8mm厚钢板与角钢骨架焊接,有机玻璃12厚度为10mm,与角钢骨架采 用A级胶密封粘贴,排水板由4块长宽各为700mm,厚为10mm的透水性较好的木板组成,在有 机玻璃的下端各设直径为lOram的排水孔15。
[0029] 本系统还包括位移传感器5,位移传感器5固定于复合基础的上表面。
[0030] 本系统还包括应变片2,应变片2贴于复合基础的外表面。
[0031] 本测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统的工作过程:在试验箱1中装 填试验所用土体,土体中埋置试验桩基础模型4,可以进行单桩、群桩、筒型基础和桩基础的 模型试验,实验中轮盘11上螺纹柱12的不同位置对应不同的荷载幅值,电机1〇的不同档位 对应不同的荷载循环次数。竖向循环加载模型试验时,弹簧9右侧的钢丝绳一端连接轮盘11 上的螺纹柱12和砝码加载杆8相连,按照设计循环幅值在砝码加载杆8上配重一定大小的砝 码,然后调节轮盘丨丨使拉压力传感器7的示数和砝码与砝码加载杆8重量相同,这时粧基础 模型4顶荷载为零,然后设置加载频率,开动电机10,砝码和砝码加载杆8的重量即为桩基础 模型4顶的循环荷载幅值,试验时,通过采集器与桩基础模型4的传感器连接,并与计算机连 接,即可即时记录竖向循环加载期间粧基础模型4承载变形数据。水平循环加载试验时,领 取钢丝绳一端绕过水平循环加载用定滑轮3,通过拉压力传感器7和粧基础顶部相连接,循 环加载幅值设计,数据采集原理与坚向循环加载试验相同。双向循环加载试验时,水平循环 加载和竖向循环加载的钢丝绳系与同一个螺纹柱12的同一位置,其余要求分别按照水平循 环加载和竖向循环加载设置,循环加载幅值设计,数据采集原理与水平、竖向循环加载试验 相同。水平方向不同夹角循环加载试验时,循环加载装置和水平循环加载配套装置A位于固 定于试验箱1的右侧,循环加载装置和水平循环加载配套装置B按照角度¢(0为底座A13与粧 基础的连线和底座B14与桩基础的连线d的夹角,且0°〈fKl8〇°)放置,其余要求按照水平单向 循环加载,循环加载幅值设计,数据采集原理与水平单向循环加载试验相同。
[0032]上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用 新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明 的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本实用新型不限于上述 实施例,本领域技术人员根据本实用新型的揭示,不脱离本实用新型范畴所做出的改进和 修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1. 测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统,其特征在于,包括循环荷载加载 装置、试验箱(1)、排水控制装置、竖向循环加载配套装置、水平循环加载配套装置A及水平 循环加载配套装置B; 所述循环荷载加载装置包括底座A (13)、底座B (14)、电机(10)、轮盘(11)、螺纹柱(12) 和循环加载用支撑架(6);电机(10)分别固定在底座A (13)和底座B (14)上,轮盘(11)安装在 电机(10)上,螺纹柱(12)拧固在轮盘(11)上,底座A (13)和底座B (14)分别设在循环加载用 定滑轮(3)支架的左右两侧; 所述试验箱(1)用于装填试验所用土体,试验所用土体中埋置粧基础模型(4); 所述排水控制装置包括试验箱(1)内表面的排水板以及试验箱(1)四周下端预设的排 水孔(15); 所述竖向循环加载配套装置包括弹簧(9)、定滑轮(3)、拉压力传感器(7)和砝码加载杆 (8),进行竖向循环加载模拟试验时,弹簧(9)两端连接钢丝绳,钢丝绳一端直接与轮盘上的 螺纹柱(12)连接,另一端绕过定滑轮(3),通过拉压力传感器(7)与砝码加载杆(8)竖向相 连; 所述水平循环加载配套装置A包括弹簧(9)、定滑轮(3)、拉压力传感器(7);弹簧(9)两 端连接钢丝绳,钢丝绳一端直接与轮盘(11)上的螺纹柱(12)连接,另一端绕过定滑轮(3), 通过拉压力传感器(7)与桩基础模型(4)的顶端水平相连。
2. 根据权利要求1所述的测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统,其特征在 于,底座A(13)包括将电机(1〇)固定在底座A(13)的定位螺孔、水平板、横杆支撑和竖杆支 撑,底座、水平板、支撑及定位螺丝采用钢材料制作;底座B (14)包括将电机(10)固定在底座 B (14)的定位螺孔、水平板、横杆支撑和竖杆支撑,底座、水平板、支撑及定位螺丝采用钢材 料制作;轮盘(11)包括固定螺纹柱(12)的定位螺孔。
3. 根据权利要求1所述的测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统,其特征在 于,循环加载用支撑架(6)包括立于地面上的四根支腿、固定于四根支腿下端的四根横杆、 固定于四根支腿上端的四根斜杆、循环加载定滑轮(3),横杆与竖杆之间设有斜撑。
4. 根据权利要求1所述的测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统,其特征在 于试验箱(1)包括角钢骨架、有机玻璃和加固角钢,角钢骨架的左右两面通过有机玻璃密封 成型,加固角钢设置在角钢骨架的中间部位。
5. 根据权利要求1所述的测试基础建筑施工中桩土作用力的循环加载系统,其特征在 于,还包括位移传感器(5),位移传感器(5)固定于复合基础的上表面;还包括应变片(2),应 变片(2)贴于复合基础的外表面。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109959574A (zh) * 2019-03-21 2019-07-02 上海海事大学 一种小型多工况绳子磨损试验机及工作方法

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