CN212514042U - 一种室内模型桩竖向加荷试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种室内模型桩竖向加荷试验装置，装置包括试验槽、支架、加压荷载施加装置和上拔荷载施加装置，所述试验槽内放置有模型桩与土体，加压荷载施加装置包括加压杠杆、压力传感器、第一加压装置，加压杠杆的一端被支架支撑、另一端连接第一加压装置，压力传感器设置在加压杠杆的底部且位于模型桩的顶部；上拔荷载施加装置包括滑轮、钢绞线、滑轮固定杆和第二加压装置，滑轮固定杆设置在可移动立架与第二纵向支撑杆之间，滑轮设置在滑轮固定杆的侧面，钢绞线穿过滑轮且钢绞线的一端与模型桩顶部连接、另一端与位于滑轮下方的第二加压装置连接。加压荷载施加装置和上拔荷载施加装置分别可实现加压荷载试验和上拔荷载试验。

Description

一种室内模型桩竖向加荷试验装置

技术领域

本实用新型载荷试验技术领域，具体涉及一种室内模型桩竖向加荷试验装置。

背景技术

建筑工程是城市建设的重要组成部分，而基坑工程作为建筑工程的一部分，时至今日，其对于各种类型的工程桩的应用已经特别广泛，尤其是在基坑支护与地基处理方面。为探究不同类型桩的力学性能，相关的试验是必不可少的，考虑到现场试验往往耗费巨大，且不可控因素较多，于是室内模型桩试验成为了可供选择的有效方法之一。在室内模型桩试验中，对桩顶施加荷载的方法很多，一般都通过加载设备和试验装置产生，可用于试验的加载设备有重物、气压、机械机具、液压、动力激荡以及他们相匹配的各种试验装置等。这类设备的优点是足够智能化，且易于操控，但缺点也足够明显，比如造价偏高，灵活度较差等。最简单的加压方式还有重物堆载，但加压精度又难以掌握，桩顶压力的施加会比较分散，对于模型桩这种桩顶可施加荷载的接触面积较小的情况，重物堆载的方法便难以实施。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构和操作简单、精度高的室内模型桩竖向加荷试验装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种室内模型桩竖向加荷试验装置，包括试验槽、支架和加压荷载施加装置，所述试验槽内放置有模型桩与土体，所述加压荷载施加装置包括加压杠杆、压力传感器、第一加压装置，所述加压杠杆的一端被所述支架支撑、另一端连接第一加压装置，所述压力传感器设置在加压杠杆的底部且位于模型桩的顶部。

优选地，所述支架包括位于试验槽一侧的纵向底座、下端与所述纵向底座连接上端与位于纵向底座上方的第一纵向支撑杆连接的第一固定立架、下端与所述第一固定立架连接的且与纵向底座平行设置的第一纵向支撑杆以及位于试验槽另一侧的第二固定立架。

优选地，所述支架还包括可移动立架，所述可移动立架设置于第一纵向支撑杆与所述纵向底座之间且能够沿所述纵向底座的轴向方向移动，所述可移动立架在其上部两侧开设有螺栓滑槽，所述可移动立架在其上部开设有加压杠杆孔，所述加压荷载施加装置还包括铰接螺栓，所述加压杠杆的所述一端穿过所述加压杠杆孔，所述铰接螺栓穿过所述螺栓滑槽和所述加压杠杆设置。

优选地，还包括上拔荷载施加装置，所述上拔荷载施加装置包括滑轮、钢绞线、滑轮固定杆和第二加压装置，所述支架还包括设置在第二固定立架的上部的第二纵向支撑杆，所述滑轮固定杆设置在所述可移动立架的顶部与所述第二纵向支撑杆之间，所述滑轮包括第一滑轮和第二滑轮，第一滑轮设置在所述滑轮固定杆位于可移动立架的一端的侧面，第二滑轮设置在滑轮固定杆位于可移动立架与第二纵向支撑杆之间的部分的侧面，所述钢绞线穿过第一滑轮和第二滑轮且钢绞线的一端与模型桩顶部连接、另一端与位于第一滑轮下方的第二加压装置连接。

优选地，所述第二纵向支撑杆的内侧面设置有滑轮固定杆滑槽，所述可移动立架在位于加压杠杆孔的上部开设有滑轮固定杆孔，所述滑轮固定杆的一端穿过所述滑轮固定杆孔、另一端位于滑轮固定杆滑槽内。

优选地，所述第一加压装置包括悬挂于加压杠杆另一端下方的第一砝码盘以及位于所述第一砝码盘内的第一砝码，所述第二加压装置包括与钢绞线另一端连接的第二砝码盘以及位于所述第二砝码盘内的第二砝码。

优选地，所述试验槽包括挡板和透明有机玻璃板，所述挡板包括四个侧挡板和底挡板，所述透明有机玻璃板设置在四个侧挡板中的前侧挡的中部，透过所述透明有机玻璃板能够观察到所述试验槽的内部。

优选地，所述加压荷载施加装置还包括橡胶垫圈，所述橡胶垫圈设置在压力传感器与模型桩的顶部之间，所述第一纵向支撑杆的底面轴向开设有可移动立架滑槽，所述纵向底座上表面沿轴向开设有纵向底座滑槽，所述可移动立架能够沿可移动立架滑槽和纵向底座滑槽移动。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)与传统焊接的固定支架结构不同，本实用新型在多个纵向支撑杆或底座中加入了滑槽(内部可根据需求加滑珠)，使得与之相连的立架在滑槽内可自由移动，在加压荷载施加装置中的可移动立架中还加入了螺栓滑槽，这使得加压杠杆不仅可以随着立架前后移动，还可以随着螺杆上下移动，可以对试验槽内任意位置进行加压，具有极大的自由度，弥补了现有技术中在进行试验时只能定点施加荷载的弊端，尤其是在研究多桩、群桩性能的时候极其方便；

(2)在上拔荷载模拟装置中，用于固定滑轮的受力杆滑轮固定杆，不仅可以随着立架前后自由滑动，还可以从左侧立架孔处抽出，在不需要使用的情况下进行拆卸，能为试验人员提供更大的操作空间，具有极大的自由度；

(3)与现有的机械设施加载的方式不同，本实用新型采用杠杆原理进行加压，在对模型桩桩顶进行加压时，考虑到模型桩的桩顶面积较小，试验中要加载的荷载一般也不会特别大，综合考虑造价与灵活度需求，杠杆加压的方式更为合适，试验中根据需求调整左侧螺栓与杠杆的高度(可利用平衡尺内的水准气泡辅助调平，减少力的不平衡施加)，在杠杆右侧施加砝码荷载，杠杆与桩顶通过压力传感器间接接触，操作方便，成本低，加荷精准，稳定度较好，荷载数据的采集也足够明了；

(4)实用新型采用滑轮连接钢绞线的方式将砝码施加的重力转换成了对桩顶的上拔力，这种方法的应用在现实中比较实用，操作简便且精度高。

附图说明

图1为本实用新型室内模型桩竖向加荷试验装置第一个视角的立体结构图。

图2为本实用新型室内模型桩竖向加荷试验装置第二个视角的立体结构图。

图3为试验槽的结构示意图。

图4为加压荷载施加装置的示意图。

图5为上拔荷载施加装置的示意图。

图6为纵向底座的结构示意图。

图7为可移动立架的结构示意图。

图8为第二纵向支撑杆的结构示意图。

图9为第一纵向支撑杆的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细的描述。

一种室内模型桩竖向加荷试验装置，如图1-2所示，其主要包括四个部分：①试验槽1：放置模型桩6与土体5，模拟所要研究的桩土布置情况，所有的试验都围绕试验槽内1的桩与土开展。②支架2：用于固定并向下传递荷载施加装置产生的竖向力的稳定架构。3.加压荷载施加装置。③加压荷载施加装置3：对模型桩6桩顶施加向下的荷载，模拟桩体受压情况。④上拔荷载施加装置4：对模型桩6桩顶施加向上的荷载，模拟桩体上拔受力情况。

装置中试验槽1的示意图如图3所示，其主要由以下几个部分组成：挡板1-1，分为侧挡板和底挡板，布置在槽四个侧面以及底部，彼此紧密连接；透明有机玻璃板1-2，布置在试验槽1前面板中部，方便观察槽内试验情况。

装置中支架2的细部构造可分别在图1与图2中看到，其主要由以下几个部分组成：①纵向底座2-1，与地面接触，具有足够的重量，避免整体支架结构受力倾覆，内部设有滑槽2-1-1，保证与之相接的可移动立架2-4可以移动，具体示意图见附图6；②固定立架，支架2的竖向结构之一，可将上部荷载传递到底部，第一固定立架2-2同底坐2-1和第一顶部纵向支撑杆2-5焊接固定，第二固定立架2-3则与第二纵向支撑杆2-6以及下部试验槽焊接固定；③可移动立架2-4，支架的竖向结构之一，也可向下传递荷载。内设有螺栓滑槽2-4-1，保证与之相连的加压杠杆3-1能随铰接螺栓3-2在螺栓滑槽2-4-1和加压杠杆孔2-4-2内上下移动，从而灵活调节加荷装置的位置，方便对槽内不同位置的模型桩施加荷载，上部开有滑轮固定杆孔2-4-3，方便滑轮固定杆4-3的安装与拆除，其具体细部构造如附图7所示。④纵向支撑杆，用于连接同侧的立架，使其成为稳定结构，第一纵向支撑杆2-5位于顶部，下面设有滑槽2-5-1，便于可移动立架2-4的前后移动，第二纵向支撑杆2-6也设置在偏上的位置，内侧面设有滑槽2-6-1，便于滑轮固定杆4-3的移动与拆除，具体细部构造分别如附图8、9所示。

装置中加压荷载施加装置3的示意图如图1、2、4所示，其主要由以下几部分组成:①加压杠杆3-1：通过杆杆原理对模型桩6顶部施力；②铰接螺栓3-2，将加压杠杆3-1与竖向可移动立架2-4铰接，螺杆中部较为光滑，让加压杠杆3-1可围绕螺杆部位转动；③压力传感器3-3，放置在桩顶，可精确测定施加在桩顶的荷载值；④橡胶垫圈3-4，放置在加压杠杆3-1与压力传感器3-3之间，可减少受力不平衡问题。⑤第一砝码盘3-5，与加压杠杆3-1另一端相连，通过加减第一砝码3-6的方式，利用杠杆原理调整杠杆施在桩顶的压力。

装置中上拔荷载施加装置4的示意图如图1、2、5所示，其主要由以下几部分组成:①滑轮4-1，与钢绞线4-2相连，改变力的方向；②钢绞线4-2，穿过滑轮4-1，一侧与桩顶相连，另一侧连接第二砝码盘4-5，第二砝码盘4-5上放置第二砝码4-4，通过滑轮4-1将施加在第二砝码盘4-5的重力变成施加在桩顶的上拔力；③滑轮固定,4-3，用于固定滑轮4-1，承担砝码通过钢绞线4-2施加在滑轮4-1上的重力，不用时可从左侧滑轮固定杆孔2-4-3处抽出；④第二砝码盘4-5，与钢绞线4-2一侧相接，通过加减第二砝码4-4调节上拔荷载。

本实用新型中的室内模型桩竖向加荷试验装置可看成独立使用的两部分系统，分别为加压荷载施加系统与上拔荷载施加系统。

加压荷载施加系统的加压荷载施加试验包括以下步骤：

步骤1：沿着所述纵向底座2-1与所述第一纵向支撑杆2-5的轴向方向调整所述可移动立架2-4的前后位置，保证可移动立架2-4的轴向垂直线经过所要研究的预先放好在试验槽1内的模型桩6；

步骤2：在模型桩6顶部安装压力传感器3-3，并在压力传感器3-3顶部放置橡胶垫圈3-4；

步骤3：将加压杠杆3-1杆身担放在橡胶垫圈3-4上，接着将加压杠杆3-1带螺栓孔洞的一端穿过所述加压杠杆孔2-4-2设置，目测整个加压杠杆3-1大致水平后，将铰接螺栓3-2穿过加压杠杆3-1两侧的螺栓滑槽2-4-1，拧紧铰接螺栓3-2的螺母限制加压杠杆3-1的水平移动，接着利用平衡尺内的水准气泡辅助调平，松紧螺栓，微调其在螺栓滑槽2-4-1内的上下位置，将加压杠杆3-1调平；

步骤4：在第一砝码盘3-5上依据压力传感器3-3的读数加减第一砝码3-6并通过加砂微调，使模型桩6承受研究需要的不同桩顶荷载；

步骤5：若需研究不同位置的模型桩6，则重复步骤1-4，并得到试验数据；

步骤6：整理试验数据，研究承压性能。

上拔荷载施加系统的上拔荷载施加试验包括以下步骤：

步骤1：沿着所述纵向底座2-1与所述第一纵向支撑杆2-5的轴向方向调整所述可移动立架2-4的前后位置，保证可移动立架2-4的轴向垂直线经过所要研究的预先放好在试验槽1内的模型桩6；

步骤2：将滑轮固定杆4-3自所述滑轮固定杆孔2-4-3穿过并使其端部位于滑轮固定杆滑槽2-6-1内，将滑轮固定杆4-3保持水平，保证滑轮固定杆4-3处于模型桩6的上方；

步骤3：在滑轮固定杆4-3上加装第一滑轮和第二滑轮，第二滑轮固定在模型桩6的正上方，第一滑轮安置在滑轮固定杆4-3的端部，然后用钢绞线4-2跨过两个滑轮，一端与模型桩6顶部相连，另一端与第二砝码盘4-5相连；

步骤4：在第二砝码盘4-5中加减第二砝码4-4以调节不同上拔荷载；

步骤5：若需研究不同位置的模型桩6，则重复步骤1-4，并得到试验数据；

步骤6：整理试验数据，研究抗拔性能。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种室内模型桩竖向加荷试验装置，包括试验槽(1)、支架(2)和加压荷载施加装置(3)，所述试验槽(1)内放置有模型桩(6)与土体(5)，其特征在于，所述加压荷载施加装置(3)包括加压杠杆(3-1)、压力传感器(3-3)、第一加压装置，所述加压杠杆(3-1)的一端被所述支架(2)支撑、另一端连接第一加压装置，所述压力传感器(3-3)设置在加压杠杆(3-1)的底部且位于模型桩(6)的顶部。

2.如权利要求1所述的室内模型桩竖向加荷试验装置，其特征在于，所述支架(2)包括位于试验槽(1)一侧的纵向底座(2-1)、下端与所述纵向底座(2-1)连接上端与位于纵向底座(2-1)上方的第一纵向支撑杆(2-5)连接的第一固定立架(2-2)、下端与所述第一固定立架(2-2)连接的且与纵向底座(2-1)平行设置的第一纵向支撑杆(2-5)以及位于试验槽(1)另一侧的第二固定立架(2-3)。

3.如权利要求2所述的室内模型桩竖向加荷试验装置，其特征在于，所述支架(2)还包括可移动立架(2-4)，所述可移动立架(2-4)设置于第一纵向支撑杆(2-5)与所述纵向底座(2-1)之间且能够沿所述纵向底座(2-1)的轴向方向移动，所述可移动立架(2-4)在其上部两侧开设有螺栓滑槽(2-4-1)，所述可移动立架(2-4)在其上部开设有加压杠杆孔(2-4-2)，所述加压荷载施加装置(3)还包括铰接螺栓(3-2)，所述加压杠杆(3-1)的所述一端穿过所述加压杠杆孔(2-4-2)，所述铰接螺栓(3-2)穿过所述螺栓滑槽(2-4-1)和所述加压杠杆(3-1)设置。

4.如权利要求3所述的室内模型桩竖向加荷试验装置，其特征在于，还包括上拔荷载施加装置(4)，所述上拔荷载施加装置(4)包括滑轮(4-1)、钢绞线(4-2)、滑轮固定杆(4-3)和第二加压装置，所述支架(2)还包括设置在第二固定立架(2-3)的上部的第二纵向支撑杆(2-6)，所述滑轮固定杆(4-3)设置在所述可移动立架(2-4)的顶部与所述第二纵向支撑杆(2-6)之间，所述滑轮(4-1)包括第一滑轮和第二滑轮，第一滑轮设置在所述滑轮固定杆(4-3)位于可移动立架(2-4)的一端的侧面，第二滑轮设置在滑轮固定杆(4-3)位于可移动立架(2-4)与第二纵向支撑杆(2-6)之间的部分的侧面，所述钢绞线(4-2)穿过第一滑轮和第二滑轮且钢绞线(4-2)的一端与模型桩(6)顶部连接、另一端与位于第一滑轮下方的第二加压装置连接。

5.如权利要求4所述的室内模型桩竖向加荷试验装置，其特征在于，所述第二纵向支撑杆(2-6)的内侧面设置有滑轮固定杆滑槽(2-6-1)，所述可移动立架(2-4)在位于加压杠杆孔(2-4-2)的上部开设有滑轮固定杆孔(2-4-3)，所述滑轮固定杆(4-3)的一端穿过所述滑轮固定杆孔(2-4-3)、另一端位于滑轮固定杆滑槽(2-6-1)内。

6.如权利要求4-5任一项所述的室内模型桩竖向加荷试验装置，其特征在于，所述第一加压装置包括悬挂于加压杠杆(3-1)另一端下方的第一砝码盘(3-5)以及位于所述第一砝码盘(3-5)内的第一砝码(3-6)，所述第二加压装置包括与钢绞线(4-2)另一端连接的第二砝码盘(4-5)以及位于所述第二砝码盘(4-5)内的第二砝码(4-4)。

7.如权利要求6所述的室内模型桩竖向加荷试验装置，其特征在于，所述试验槽(1)包括挡板(1-1)和透明有机玻璃板(1-2)，所述挡板(1-1)包括四个侧挡板和底挡板，所述透明有机玻璃板(1-2)设置在四个侧挡板中的前侧挡的中部，透过所述透明有机玻璃板(1-2)能够观察到所述试验槽(1)的内部。

8.如权利要求3所述的室内模型桩竖向加荷试验装置，其特征在于，所述加压荷载施加装置(3)还包括橡胶垫圈(3-4)，所述橡胶垫圈(3-4)设置在压力传感器(3-3)与模型桩(6)的顶部之间，所述第一纵向支撑杆(2-5)的底面轴向开设有可移动立架滑槽(2-5-1)，所述纵向底座(2-1)上表面沿轴向开设有纵向底座滑槽(2-1-1)，所述可移动立架(2-4)能够沿可移动立架滑槽(2-5-1)和纵向底座滑槽(2-1-1)移动。

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