CN211621722U - 一种桩基负荷试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种桩基负荷试验系统，应用于桩基负荷模拟技术领域，包括：模型槽，包括一开口端；模型桩，其第一端向开口端延伸，第二端设置于模型槽内的填充物内；第一施力装置，设置于模型桩的第一端，并对模型桩施加与桩体垂直的力；第二施力装置，设置于模型桩的第一端与第二端之间，并对模型桩施加与桩体平行的力；第一位移采集装置，用于检测模型桩在竖直方向的位移；第二位移采集装置，用于检测模型桩在水平方向的位移；施力接收装置，其输入端与第一位移采集装置和第二位移采集装置相连；上位机，与施力接收装置的输出端相连。应用本实用新型实施例，能够实现对模型桩进行竖向静动态加载、水平向随机加载的组合。

Description

一种桩基负荷试验系统

技术领域

本实用新型涉及桩基负荷模拟技术领域，尤其涉及一种桩基负荷试验系统。

背景技术

桩基的作用是将上部结构承受的荷载传递到深部的岩层或土层中，随着桩基技术的成熟与发展，桩基础被广泛应用于大型跨江公路、铁路桥梁、跨海大桥、海上平台等大型工程中。大型跨江跨海桥梁及海上平台基础常承受上部结构自重、车辆及其它竖向活载、以及船舶撞击、波浪等水平随机荷载构成的复杂组合荷载，所以对桩基承载特性的要求很高。

因此，有必要对桩基的承载负荷特性进行施工前的模拟研究，现有桩基模型试验设备主要针对室内竖向静态加载和简单水平向加载的组合加载，无法真实准确地模拟出大型跨江跨海桥梁等特殊桩基础实际所承受的复杂组合荷载。

因此，现有技术中缺少实现竖向静动态加载、水平向随机加载的复杂组合加载。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种桩基负荷试验系统，旨在实现桩基竖向动态循环加载和水平向随机加载，克服了现有组合装置的不足，能够更加真实地模拟大型跨海跨江桥梁等桩基础在复杂组合荷载下的受力特性。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种桩基负荷试验系统，包括：

模型槽，包括一开口端；

模型桩，其第一端向开口端延伸，第二端设置于模型槽内的填充物内；

第一施力装置，设置于所述模型桩的第一端，并对所述模型桩施加与桩体垂直的力；

第二施力装置，设置于所述模型桩的第一端与第二端之间，并对所述模型桩施加与桩体平行的力；

第一位移采集装置，用于检测所述模型桩在竖直方向的位移；

第二位移采集装置，用于检测所述模型桩在水平方向的位移；

施力接收装置，其输入端与所述第一位移采集装置和所述第二位移采集装置相连；

上位机，与所述施力接收装置的输出端相连。

进一步地，所述模型槽的主体为立方体结构，所述模型桩垂直设置于所述模型槽的中心位置。

进一步地，所述第一施力装置包括：第一水平横梁、第一伺服电动缸、垫板、加载板、压力传感器；

其中，第一位移采集装置为位移传感器，所述位移传感器设置于所述模型桩与所述第一施力装置之间；

所述第一水平横梁的一端固定于所述模型槽的第一侧壁，另一端固定于第二侧壁，其中，所述第一侧壁和所述第二侧壁为相对的两个侧壁；

所述第一伺服电动缸通过所述垫板固定在所述水平横梁的底部，并向所述模型桩的第一端延伸；

所述位移传感器的一端与所述第一水平横梁相连，另一端连接于所述加载板，所述加载板设置于所述模型桩的第一端；

所述压力传感器设置于所述加载板与所述第一伺服电动缸之间；

其中，所述第一水平横梁与所述模型桩垂直。

进一步地，所述第二施力装置包括：第二水平横梁、环形导轨、连接件、驱动件；

所述第二水平横梁的一端固定于所述模型槽的第一侧壁，另一端固定于第二侧壁；

所述环形导轨水平固定于所述第二水平横梁；

所述连接件的一端与所述模型桩相连，另一端与所述驱动件相连；

所述连接件与所述驱动件设置于所述环形导轨上。

进一步地，所述连接件包括：固定槽块、环形钢箍；

所述环形钢箍环设于所述模型桩，且所述槽块的一端与所述环形钢箍相连；

所述槽块的另一端与所述驱动件相连。

进一步地，所述驱动件包括：第二伺服电动缸、电动滑轮、变频电机、连接绞架；

所述伺服电动缸的一端通过所述连接绞架与所述电动滑轮相连，所述伺服电动缸的另一端与所述固定槽块相连；

所述电动滑轮与所述变频电机通信相连。

进一步地，还包括PLC控制器、伺服驱动器；

所述PLC控制器与所述伺服驱动器相连，所述伺服驱动器分别与第一伺服电动缸和所述第二伺服电动缸相连；

所述压力传感器与所述伺服驱动器相连。

进一步地，所述第一位移采集装置为位移传感器；

所述第二位移采集装置为应变片，应变片设置于所述模型桩对应所述填充物的外表面。

进一步地，所述施力接收装置为应变仪。

应用本实用新型的桩基负荷试验系统，有益效果包括但不限于如下：

(1)实现桩基竖向动态循环加载和水平向的随机加载，克服了现有组合装置的不足，能够更加真实地模拟大型跨海跨江桥梁等桩基础在复杂组合荷载下的受力特性。

(2)本实用新型的桩基负荷试验系统结构简单，操作方便，通过控制上位机和PLC控制器即可实现对加载时间和加载量等选项的精确控制，自动化程度较高可提高试验效率，安全可靠。

(3)利用PLC、伺服驱动器、压力传感器建立开放式的控制系统，采用闭环控制模式其加载精度较高，误差较小。

(4)可根据实际需求对PLC进行相关编程处理以此来任意选择竖向静载或动载和水平随机加载的组合形式，适用范围较广，可进行多种类型、多种组合的试验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的桩基负荷试验系统的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的桩基负荷试验系统的另一种结构示意图。

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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1和图2所示，本实用新型提供一种桩基负荷试验系统，包括如下部件：

模型槽12，包括一开口端；模型槽12的主体为立方体结构，模型槽的开口端朝上，通过规则形状的立方体设计能够保持整体的平衡性和稳定性。

模型桩13，其第二端固定设置于模型槽12的填充物内，具体的，填充物可以是各种类型的土体，用于模型桩基的施工区域环境，所以将模型桩13的第二端的一部分桩基插入土体中，第一端向开口端延伸；具体的，模型桩13竖直设置于模型槽12的中心位置，以提高模型桩13和模型槽12组成整体的稳定性。可以理解的是，模型槽12的内部包括用于模拟现场环境的土质，以将模型桩13 设置于模型槽12的内部。

第一施力装置，设置于模型桩13的第一端，并对模型桩13施加与桩体垂直的力。

本实用新型的一种具体实现方式中，第一施力装置包括：第一水平横梁10、第一伺服电动缸2、垫板1、压力传感器4、加载板5；第一水平横梁10的一端固定于模型槽12的第一侧壁，另一端固定于第二侧壁，其中，第一侧壁和第二侧壁为相对的两个侧壁；第一伺服电动缸2通过垫板1固定在水平横梁的底部，并向模型桩13的第一端延伸。位移传感器3通过夹具布置在模型槽12最顶端的第一水平横梁10上，位移传感器3的一端与第一水平横梁10相连，另一端连接于加载板5，加载板5设置于模型桩的第一端；压力传感器4设置于加载板 5与第一伺服电动缸2之间；其中，第一水平横梁10与模型桩13垂直。

需要说明的是，模型槽12最顶端的水平横梁10上安装有用于竖向静动荷载的第一伺服电动缸2，第一水平横梁10通过螺栓安装在模型槽12的顶部，用于提供反力，垫板1和第一水平横梁10上预设有与第一伺服电动缸2支座尺寸相同的圆孔，通过螺栓9可将电动缸2固定在最顶端的水平横梁10和垫板1上。

可以理解的是，在第一伺服电动缸2工作时，通过向下施加压力，对模型桩13施加向下的压力，从而模型桩13受到垂直压力时的工作状态。压力传感器4安装在第一伺服电动缸2活塞杆前端用于测量实际施加到桩身的荷载，在工作时，测量当前的第一伺服电动缸2对模型桩13所施加的压力，位移传感器 3用来采集在当前的压力下模型桩13的位移，也就是进行了第一位移采集装置的采集数据。

第二施力装置，设置于模型桩的第一端与第二端之间，并对模型桩的第一端施加与桩体平行的力。

本实用新型的一种具体实现方式中，第二水平横梁10的一端固定于模型槽 12的第一侧壁，另一端固定于第二侧壁，其中，第一侧壁和第二侧壁为相对的两个侧壁；通过第二水平横梁10的上表面将环形导轨11进行固定，并将连接件和驱动件设置于环形导轨11上，可以理解的是，连接件是连接模型桩13与驱动件，驱动件是能够施加水平方向的力，通过连接件将水平方向的力传导至模型桩13，从而实现对模型桩施加水平方向的力。

具体的，连接件包括：固定槽块7、环形钢箍8；连接绞架18与驱动件相连；环形钢箍8环设于模型桩，且槽块7的一端与环形钢箍8相连；槽块7的另一端与驱动件相连。

以及，驱动件包括：第二伺服电动缸2、电动滑轮6、变频电机、连接绞架 18；伺服电动缸2的一端通过连接绞架18与电动滑轮6相连，伺服电动缸2的一端与固定槽块7相连；电动滑轮6与变频电机通信相连。

需要说明的是，电动滑轮6安装在水平环形导轨11上，第二伺服电动缸2 的一端通过钢绞架18固定在电动滑轮6上，另一端与槽块7进行连接，模型桩 13的上端布置有一圈环形钢箍8，模型桩13通过环形钢箍8与槽块7进行连接，槽块7为具有钢块，例如为正方体的钢块，其一端为平滑的表面并通过钢丝与第二电动缸2进行紧密连接，另一端为与环形钢箍8尺寸相同的环形表面并且通过钢丝固定在环形钢箍8的导轨上，槽块7可以绕着环形钢箍8的导轨进行运动。

示例性的，第二水平横梁10的数量为两个，环形导轨11安装在两条水平横梁之间。

并且电动滑轮6与变频电机进行连接，变频电机可带动电动滑轮6在环形导轨11上运动，从而带动第二伺服电动缸2在环形导轨11上运动，第二伺服电动缸2带动槽块7绕着环形钢箍8进行运动，从而实现对模型桩13的不同方向施加荷载。

进一步地，第二位移采集装置为设置于模型桩与模型槽之间的应变片14，应变片14粘贴在桩身内侧用于测量模型桩13在组合荷载下的轴力、侧摩阻力变化情况，位移传感器3、应变片14通过导线与施力接收装置进行连接。具体的，施力接收装置为应变仪16，应变仪16再与上位机17进行连接，在上位机 17上可观测到桩身位移和桩身应变的变化规律。

需要说明的是，应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，从而将模型桩13与周围挤压所产生的形变转换为电阻的变化，从而由应变仪16进行接收。

本实用新型中，还包括PLC控制器、伺服驱动器；PLC控制器与伺服驱动器相连，伺服驱动器分别与第一伺服电动缸和第二伺服电动缸相连；压力传感器4 与伺服驱动器相连。

需要说明的是，压力传感器4会将测得的实际模型桩所受到的荷载反馈给伺服驱动器，伺服驱动器根据反馈的信号进行输出调节以进一步提高加载精度。第二伺服电动缸2通过数据线与伺服驱动器进行连接，对PLC进行相关编程处理，对水平向伺服驱动器输入随机波的荷载波形和频率，继而实现水平向随机荷载的施加。

进一步的，可以在在工控电脑上设置有开关、速度、加载量、维持时间等按钮，通过工控电脑和PLC控制器相连，根据实际荷载需求对PLC控制器输入对应的指令，对伺服驱动器进行控制和驱动。因此，第一伺服电动缸和第二伺服电动缸通过数据线与伺服驱动器进行连接，由PLC控制器进行编程处理，从而对竖向伺服驱动器输入静态波和正弦波的荷载波形和频率，可实现竖向静荷载和循环动态荷载的施加。PLC、伺服驱动器、工控电脑统一安装在电柜箱15 中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种桩基负荷试验系统，其特征在于，所述系统包括：

模型槽，包括一开口端；

模型桩，其第一端向开口端延伸，第二端设置于模型槽内的填充物内；

第一施力装置，设置于所述模型桩的第一端，并对所述模型桩施加与桩体垂直的力；

第二施力装置，设置于所述模型桩的第一端与第二端之间，并对所述模型桩施加与桩体平行的力；

第一位移采集装置，用于检测所述模型桩在竖直方向的位移；

第二位移采集装置，用于检测所述模型桩在水平方向的位移；

施力接收装置，其输入端与所述第一位移采集装置和所述第二位移采集装置相连；

上位机，与所述施力接收装置的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的桩基负荷试验系统，其特征在于，所述模型槽的主体为立方体结构，所述模型桩垂直设置于所述模型槽的中心位置。

3.根据权利要求1或2所述的桩基负荷试验系统，其特征在于，所述第一施力装置包括：第一水平横梁、第一伺服电动缸、垫板、加载板、压力传感器；

其中，第一位移采集装置为位移传感器，所述位移传感器设置于所述模型桩与所述第一施力装置之间；

所述第一水平横梁的一端固定于所述模型槽的第一侧壁，另一端固定于第二侧壁，其中，所述第一侧壁和所述第二侧壁为相对的两个侧壁；

所述第一伺服电动缸通过所述垫板固定在所述水平横梁的底部，并向所述模型桩的第一端延伸；

所述位移传感器的一端与所述第一水平横梁相连，另一端连接于所述加载板，所述加载板设置于所述模型桩的第一端；

所述压力传感器设置于所述加载板与所述第一伺服电动缸之间；

其中，所述第一水平横梁与所述模型桩垂直。

4.如权利要求3所述的桩基负荷试验系统，其特征在于，所述第二施力装置包括：第二水平横梁、环形导轨、连接件、驱动件；

所述第二水平横梁的一端固定于所述模型槽的第一侧壁，另一端固定于第二侧壁；所述环形导轨水平固定于所述第二水平横梁；

所述连接件的一端与所述模型桩相连，另一端与所述驱动件相连；

所述连接件与所述驱动件设置于所述环形导轨上。

5.如权利要求4所述的桩基负荷试验系统，其特征在于，所述连接件包括：固定槽块、环形钢箍；

所述环形钢箍环设于所述模型桩，且所述槽块的一端与所述环形钢箍相连；

所述槽块的另一端与所述驱动件相连。

6.如权利要求5所述的桩基负荷试验系统，其特征在于，所述驱动件包括：第二伺服电动缸、电动滑轮、变频电机、连接绞架；

所述伺服电动缸的一端通过所述连接绞架与所述电动滑轮相连，所述伺服电动缸的另一端与所述固定槽块相连；

所述电动滑轮与所述变频电机通信相连。

7.如权利要求6所述的桩基负荷试验系统，其特征在于，还包括PLC控制器、伺服驱动器；

所述PLC控制器与所述伺服驱动器相连，所述伺服驱动器分别与第一伺服电动缸和所述第二伺服电动缸相连；

所述压力传感器与所述伺服驱动器相连。

8.如权利要求1所述的桩基负荷试验系统，其特征在于，所述第一位移采集装置为位移传感器；

所述第二位移采集装置为应变片，所述应变片设置于所述模型桩对应所述填充物的外表面。

9.如权利要求8所述的桩基负荷试验系统，其特征在于，所述施力接收装置为应变仪。

Images