CN209620130U - 高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统 - Google Patents
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Abstract
高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统，涉及土木工程技术，本实用新型包括下述部分：坡体基岩模拟区；受测桥墩和抗滑桩；梁跨荷载模拟单元，包括一个滑行轨道，以及可在轨道上滑行的重物，滑行轨道设置于受测桥墩的顶部；基本指标测试单元，包括设置于受测桥墩基础前后侧的应变片、竖向埋设于桥墩前后侧土体的动土压力盒、设置于坡体基岩模拟区的水平加速度计、设置于抗滑桩和桥墩的水平位移计；土体应变测试单元，包括埋设于桥墩前后侧土体的应变测试带，所述应变测试带设置有应变片。本实用新型能真实再现桥墩顶部简支箱梁的地震动力响应，确保高陡边坡桥墩基础受力变形分析真实可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木工程技术，特别涉及土木工程的测试技术。
背景技术
振动台模型试验具有成本低、可控制、试验周期短等特点，广泛应用于各类地震工程研究。通过振动台模型试验，可以研究结构的地震响应特性和破坏机理，分析结构抗震的薄弱环节，评价结构整体的抗震能力，为抗震加固设计提供技术依据。国内外尚未开展高陡边坡桥墩基础的振动台模型试验研究，相应测试工作缺乏实践经验，若振动台模型的试验工况不能和现场吻合，将导致测试数据失真，使振动台模型试验失去研究意义。
受地形地质条件影响，大量山区桥梁基础不可避免地位于高陡边坡等不良地质体上，同时线路穿越高烈度地震区，需要设计抗滑支挡结构进行抗震加固。《铁路桥涵地基和基础设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》从基础倾覆滑动稳定性、桩基承载力、桩基构造等方面对桥墩桩基设计提出相应标准和要求。对于抗滑支挡结构加固桥墩基础的抗震设计，如果忽略高陡边坡效应，必然导致桥墩桩基受力变形计算存在较大误差，甚至危及桥梁结构整体安全性评价。
工程实践中，特别是汶川地震后，抗滑支挡结构加固高陡边坡桥墩基础的工况大量存在，如果仍然采用半经验半理论的方法确定高陡边坡桥墩基础的加固方案，将导致工程设计偏于保守或存在潜在风险。
我国铁路、公路建设规模庞大，大量桥墩基础不可避免的位于高陡边坡和地震断裂带上。如能掌握高陡边坡桥墩基础的地震受力变形特性，进行对应的抗震加固设计，将会带来巨大的经济及社会效益。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种研究高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统，能够真实再现地震时梁跨荷载对桥墩基础受力变形的影响，准确获得高陡边坡桥墩基础附近土体的压力、加速度峰值、剪切变形，以及桥墩基桩桩身应变、承台的水平位移，掌握高陡边坡桥墩基础的地震受力变形规律，为高陡边坡桥墩基础的抗震加固设计提供技术支持，满足地震时桥墩基础的受力变形要求。
本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是，高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统，其特征在于，包括下述部分：
坡体基岩模拟区；
受测桥墩和抗滑桩；
梁跨荷载模拟单元，包括一个滑行轨道，以及可在轨道上滑行的重物，滑行轨道设置于受测桥墩的顶部；重物用来模拟桥梁上的轨道以及列车荷载。
基本指标测试单元，包括设置于受测桥墩基础前后侧的应变片、竖向埋设于桥墩前后侧土体的动土压力盒、设置于坡体基岩模拟区的水平加速度计、设置于抗滑桩和桥墩的水平位移计；沿边坡主滑方向为前侧，对称位置为后侧。
土体应变测试单元，包括埋设于桥墩前后侧土体的应变测试带，所述应变测试带设置有应变片。
应变测试带的顶部自由端设置于坡体表面。所述轨道方向与铁道设计线路方向一致。
本实用新型的有益效果是，利用重物(秤砣)在单向轨道上的惯性滑动和碰撞模拟现场地震工况，真实再现桥墩顶部简支箱梁的地震动力响应，确保高陡边坡桥墩基础受力变形分析真实可靠；通过系统测试高陡边坡桥墩基础前后侧土体的动土压力、水平加速度峰值，以及桥墩基桩应变、承台水平位移，将高陡边坡桥墩基础的受力变形与土体的动力响应联系，分析高陡边坡桥墩基础受力变形的主要影响因素；利用粘贴应变片的磷青铜带测试土体剪切变形，研究地震时土体应变对高陡边坡桥墩基础受力变形的影响。
附图说明
图1是本实用新型一种研究高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试装置的纵断面示意图。
图2是本实用新型一种研究高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试装置的俯视图。
图3是本实用新型一种研究高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试装置中梁跨荷载模型的俯视图。
图4是本实用新型一种研究高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试装置中梁跨荷载模型的剖面图。
图5是本实用新型一种研究高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试装置中梁跨荷载模型的正视图。
图6是本实用新型一种研究高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试装置中圆筒形薄壁塑料容器的俯视图。
图7是本实用新型一种研究高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试装置中圆筒形薄壁塑料容器的剖面图。
图8是本实用新型一种研究高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试装置中粘贴应变片的磷青铜带示意图。
图9是桥墩承台的俯视图。
图中示出部件、部位名称及所对应的标记：秤砣1、单向轨道2、铁盒3、圆筒形薄壁塑料容器4、水平加速度计5、螺母扣件6、磷青铜带7、应变片8、动土压力盒9、水平位移计10。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
本实用新型包括梁跨荷载模拟部分、基本指标测试部分、土体应变测试部分，其特征是：所述梁跨荷载模拟部分是在墩顶固定一个铁盒，铁盒内沿线路方向焊接一个供秤砣单向自由滑行的轨道，根据相似关系，轨道上间隔一定距离拖挂两个秤砣，秤砣重量为墩顶两侧承担的简支箱梁荷载；基本指标测试部分为粘贴在桥墩基础前后侧的中间基桩上的应变片，桥墩前后侧土体中竖向埋设的动土压力盒、固定在圆筒形薄壁塑料容器内的水平加速度计，承台表面安放的水平位移计；土体应变测试部分为桥墩前后侧土体中粘有应变片的磷青铜带，底部固定在基岩内，顶部自由端到达坡体表面。
方向解释：坡体的滑动方向为前侧，反之为后侧，例如图1的虚线箭头所示方向为前侧。
参见图1和图2，本实用新型包括梁跨荷载模拟部分、基本指标测试部分、土体应变测试部分，所述梁跨荷载模拟部分是在墩顶固定一个铁盒3，铁盒3内沿线路方向焊接一个供秤砣1单向自由滑行的轨道2，根据相似关系，轨道2上间隔一定距离拖挂两个秤砣1，秤砣1重量为墩顶两侧承担的简支箱梁荷载；基本指标测试部分为粘贴在桥墩基础前后侧的中间基桩上的应变片8，桥墩前后侧土体中竖向埋设的动土压力盒9、固定在圆筒形薄壁塑料容器4内的水平加速度计5，承台表面安放的水平位移计10；土体应变测试部分为桥墩前后侧土体中粘有应变片8的磷青铜带7，底部固定在基岩内，顶部自由端到达坡体表面。利用秤砣1在单向轨道2上的惯性滑动和碰撞模拟现场地震工况，真实再现桥墩顶部简支箱梁的地震动力响应，确保高陡边坡桥墩基础受力变形分析真实可靠；通过系统测试高陡边坡桥墩基础前后侧土体的动土压力、水平加速度峰值，以及桥墩基桩应变、承台水平位移，将高陡边坡桥墩基础的受力变形与土体的动力响应联系，分析高陡边坡桥墩基础受力变形的主要影响因素；利用粘贴应变片8的磷青铜带7测试土体剪切变形，研究地震时土体应变对高陡边坡桥墩基础受力变形的影响。振动台模型测试系统可以真实再现地震时梁跨荷载对桥墩基础受力变形的影响，准确获得高陡边坡桥墩基础附近土体的压力、加速度峰值、剪切变形，以及桥墩基桩桩身应变、承台的水平位移，掌握高陡边坡桥墩基础的地震受力变形规律，为高陡边坡桥墩基础的抗震加固设计提供技术支持，满足地震时桥墩基础的受力变形要求。本实用新型不仅适用于高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试，且仍可用于岩土工程土工结构受力变形特性的振动台模型测试。
参照图1，所述动土压力盒9竖向埋设在桥墩前后侧岩土体中，动土压力盒9直径为(0.5-1.5)倍桥墩基桩桩径，在动土压力盒9前后两侧填埋厚1cm的粒径为(0.3-1.18)mm的均匀细砂，确保动土压力盒9均匀受力。桥墩基桩粘贴应变片8处为打磨后的平整清洁平面，应变片8工作桥路为四分之一桥。水平位移计10固定在模型箱刚架结构上，随振动台台面实时运动。
参照图3、图4、图5，所述梁跨荷载模拟部分的轨道2摩擦系数和原型墩顶支座相等，秤砣1间距满足长度相似比，秤砣1重量等于相邻桥墩水平梁跨荷载的一半，模拟梁跨荷载的地震惯性作用。
参照图6和图7，所述圆筒形薄壁塑料容器4的筒壁水平埋设在测点位置，圆筒直径为2.5倍水平加速度计5外径，圆筒高为1.5倍水平加速度计5轴向尺寸，水平加速度计5用螺母6固定在圆筒形薄壁塑料容器4底部，圆筒形薄壁塑料容器4内填埋的土体密度与附近保持一致。
图8示出的磷青铜带7两侧对称粘贴应变片8，应变片8工作桥路为二分之一桥。磷青铜带7厚0.3mm，可保证柔韧性和抗疲劳性，磷青铜带7顶部为自由端，到达坡面位置，底部为固定端，锚固在基岩内，振动时磷青铜带7随土体产生变形。
Claims (3)
1.高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统，其特征在于，包括下述部分：
坡体基岩模拟区；
受测桥墩和抗滑桩；
梁跨荷载模拟单元，包括一个滑行轨道，以及可在轨道上滑行的重物，滑行轨道设置于受测桥墩的顶部；
基本指标测试单元，包括设置于受测桥墩基础前后侧的应变片、竖向埋设于桥墩前后侧土体的动土压力盒、设置于坡体基岩模拟区的水平加速度计、设置于抗滑桩和桥墩的水平位移计；
土体应变测试单元，包括埋设于桥墩前后侧土体的应变测试带，所述应变测试带设置有应变片。
2.如权利要求1所述的高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统，其特征在于，应变测试带的顶部自由端设置于坡体表面。
3.如权利要求1所述的高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统，其特征在于，所述轨道方向与铁道设计线路方向一致。
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|---|---|---|---|---|
| CN109706981A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-03 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统 |
| CN112924649A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-08 | 四川农业大学 | 一种滑坡模型水平加速度放大系数测试方法 |
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| CN109706981A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-03 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统 |
| CN109706981B (zh) * | 2018-12-29 | 2023-09-22 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 高陡边坡桥墩基础受力变形特性的振动台模型测试系统 |
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