CN209907452U - 一种振动条件下钢管桩的简化试验模型 - Google Patents

Abstract

一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，所述简化试验模型包括：模型桩单元、荷载单元、岩土单元和监测单元；所述模型桩单元部分设置在所述岩土单元中，所述荷载单元作用在所述模型桩单元上，所述监测单元设置在所述模型桩单元、荷载单元或岩土单元上。本实用新型所提供的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，可以进行地震作用下钢管桩基础与土体的相互作用研究，可以研究不同加速度条件下，钢管桩和土体的位移、应变、土压力数据，分析和比较了地震激励下自由场、桩体、桩‑土接触区域的响应规律，为后续的模型研究奠定扎实基础。

Description

一种振动条件下钢管桩的简化试验模型

技术领域

本实用新型属于岩土工程试验技术领域，具体涉及一种振动条件下钢管桩的简化试验模型。

背景技术

国内外学者对地震荷载作用下的桩土相互作用问题进行了较多研究，并在各个方面取得了丰硕研究成果。由于影响钢管桩和土体动力相互作用的因素复杂多样，不同研究中均进行了大量简化，例如在试验中从桩头施加荷载，而不是在底部加载；利用简谐波荷载替代由地震引起的随机荷载等。

同时，在地震荷载作用下砂土场地桩的动力p-y曲线和用它评价桩基水平承载力时就显示出试验验证与理论分析不足，例如，目前所开展的离心振动台试验研究非常有限，较为系统的有Wilson与Gohl开展的一系列离心机试验，但这些还不足够为工程实践中桩基水平承载力评价方法提供足够的理论依据。因此，有必要提供一种简化的钢管桩振动试验模型，进一步研究振动条件下钢管桩与土体的相互作用。

实用新型内容

鉴于以上存在的问题，本实用新型提供了一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，进一步研究振动条件下钢管桩与土体的相互作用。本实用新型采用以下技术方案。

一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，所述简化试验模型包括：模型桩单元、荷载单元、岩土单元和监测单元；所述模型桩单元部分设置在所述岩土单元中，所述荷载单元作用在所述模型桩单元上，所述监测单元设置在所述模型桩单元、荷载单元或岩土单元上。

可选的，所述模型桩单元包括模型桩和底端固定板，所述模型桩与所述底端固定板相焊接。

可选的，所述荷载单元包括质量块和水平板。

可选的，所述质量块为中心有孔的长方体铁块，孔径与所述模型桩外径相同，所述质量块中心孔穿过所述模型桩后安置在所述水平板上。

可选的，所述水平板为中心带孔的铝板，孔径与所述模型桩外径相同，所述水平板中心孔穿过所述模型桩并与桩体焊接。

可选的，所述水平板的焊接高度保证质量块顶部与模型桩顶部平齐。

可选的，所述岩土单元包括岩土单元包括土层和基岩。

可选的，所述监测单元包括应变片、土压力计、加速度计和位移计。

可选的，所述应变片采用常温电阻应变片，对称布置在所述模型桩侧壁；所述土压力计为电阻应变式土压力计，所述加速度计为电容式加速度传感器，分别设置在模型桩中部和顶部，所述位移计为激光位移计。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，可以进行地震作用下钢管桩基础与土体的相互作用研究，可以研究不同加速度条件下，钢管桩和土体的位移、应变、土压力数据，分析和比较了地震激励下自由场、桩体、桩-土接触区域的响应规律，为后续的模型研究奠定扎实基础。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型的示意图。

附图标记说明：1、模型桩；2、底板固定板；3、质量块；4、水平板；5、土层；6、基岩；7、应变片；8、土压力计；9、加速度计；10、激光位移计。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考的某风力发电场钢管桩基础原型如下：发电功率为5MW的机组，单桩基础为固定式，单桩为钢管桩、直径为3m，桩体嵌入海床32m、伸出海床23m，桩的总长为55m；风力电机采用3片叶片，每片长度为27m。根据实际模型，将整体相似比定为1：40（模型：原型）。

根据图1，本实用新型所提供的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型包括：模型桩单元、荷载单元、岩土单元、监测单元。模型桩单元，用于模拟现场的钢管桩。 荷载单元，用于模拟钢管桩上部结构及其传递的荷载。岩土单元，用于模拟钢管桩周围的土体和岩体。监测单元，用于监测钢管桩和土体的受力和变形状态。

模型桩单元包括模型桩1和底端固定板2，模型桩1为钢管，钢管的外径为75mm，内径65mm，桩体埋深110cm，悬臂段80cm。底端固定板2为钢板，钢板宽225mm，厚8mm。模型桩1与底端固定板2相焊接，底端固定板2用于防止模型桩1在水平振动过程中发生整体旋转。

荷载单元包括质量块3和水平板4，将上部结构（风机）简化为一个集中质量为50kg的质量块3，其他质量忽略不计。质量块3为长方体铁块，所述质量块3中心有孔，孔径与模型桩1外径相同，质量块3中心孔穿过模型桩1后安置在水平板上4。水平板4为铝板，水平办中心带孔，孔径与模型桩1外径相同，水平板4中心孔穿过模型桩1并与桩底焊接，水平板4焊接高度保证质量块3顶部与模型桩1顶部平齐。

岩土单元包括上部土层5和下部基岩6，土层5和基岩6整体尺寸为165cm×145cm×120cm（长×宽×高，基岩厚20cm），土层5材料为海砂，海砂内摩擦角为28.1°，干密度为1540kg/m3，天然密度为1700 kg/m3，不均匀系数为2.95。基岩6材料为素混凝土，混凝土标号C20。基岩6的素混凝土浇筑一半高度时，将模型桩1和底端固定板2放置在基岩6中心位置，继续浇筑素混凝土至预定高度。土层5的海砂在下部基岩6素混凝土养护两天后，逐层堆填至预定高度。

监测单元包括应变片7、土压力计8、加速度计9、激光位移计10。应变片7采用常温电阻应变片，阻值为350Ω，灵敏系数为2.3，使用α-氰基丙烯酸乙酯作为粘接剂；为获取桩身弯矩、剪力等内力分布情况，在模型桩1两侧对称设置了七对应变片7，通过对应变数据的处理可以得到模型桩1弯矩分布、桩身剪力分布、桩身变形情况。土压力计8为DYB-2型电阻应变式土压力计，灵敏度为10.07mV/MPa，综合误差0.557%F.S，分辨率为0.046%F.S，通过土压力数据可以得到模型桩1所受土抗力分布情况。加速度计9为DH302电容式加速度传感器，水平灵敏度为20.20mV/MPa，垂直灵敏度为18.25mV/MPa，分辨率为33mg；在土层5表面、土层5中部和土层5底部分别设置了不同埋深的三对加速度计9，分析自由场和桩土作用区的不同地震响应特性。位移计10为ILD-1700型激光位移计，灵敏度为500mV/mm，综合误差0.080%F.S，分辨率为0.010%F.S。在模型桩1中部和模型桩1顶部设置了两个位移计10，其目是为了确定弯矩数据处理得边界条件，并与模型桩1变形曲线相结合，验证试验数据的有效性。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，其特征在于，所述简化试验模型包括：模型桩单元、荷载单元、岩土单元和监测单元；所述模型桩单元部分设置在所述岩土单元中，所述荷载单元作用在所述模型桩单元上，所述监测单元设置在所述模型桩单元、荷载单元或岩土单元上。

2.根据权利要求1所述的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，其特征在于，所述模型桩单元包括模型桩和底端固定板，所述模型桩与所述底端固定板相焊接。

3.根据权利要求1所述的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，其特征在于，所述荷载单元包括质量块和水平板。

4.根据权利要求3所述的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，其特征在于，所述质量块为中心有孔的长方体铁块，孔径与所述模型桩外径相同，所述质量块中心孔穿过所述模型桩后安置在所述水平板上。

5.根据权利要求3或4所述的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，其特征在于，所述水平板为中心带孔的铝板，孔径与所述模型桩外径相同，所述水平板中心孔穿过所述模型桩并与桩体焊接。

6.根据权利要求5所述的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，其特征在于，所述水平板的焊接高度保证质量块顶部与模型桩顶部平齐。

7.根据权利要求1所述的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，其特征在于，所述岩土单元包括岩土单元包括土层和基岩。

8.根据权利要求1所述的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，其特征在于，所述监测单元包括应变片、土压力计、加速度计和位移计。

9.根据权利要求8所述的一种振动条件下钢管桩的简化试验模型，其特征在于，所述应变片采用常温电阻应变片，对称布置在所述模型桩侧壁；所述土压力计为电阻应变式土压力计，所述加速度计为电容式加速度传感器，分别设置在模型桩中部和顶部，所述位移计为激光位移计。

Images