JP2021110221A - Device and method for simulating dynamic load on pile top - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、杭体の動的載荷シミュレーションに関し、特に杭頭の動的載荷シミュレーション装置及びその方法に関するものである。 The present invention relates to a dynamic loading simulation of a pile body, and more particularly to a dynamic loading simulation device for a pile head and a method thereof.
高速道路技術は迅速に発展しており、その応用範囲は既に近海又は沿海部まで及んでいるが、道路地盤の基礎においてよく見られる土層は泥質土であり、盛土で換えるだけでは地盤の耐荷力を保証し難いため、正常使用における耐荷力要求を満たすためには、それらの地区内に杭基礎を設置しなければならない。一方で、杭体の耐荷力は、地盤基礎全体の耐荷性能に直接影響する。そのため、単杭に対して設計荷重における動的特性の測定・解析を行い、最終的に杭体の寿命の状況を予測分析して得ることが必要となる。 Highway technology is developing rapidly, and its application range has already extended to the coastal areas or coastal areas, but the soil layer that is often found in the foundation of road ground is muddy soil, and simply replacing it with embankment is enough to replace the ground. Since it is difficult to guarantee the load bearing capacity, pile foundations must be installed in those areas in order to meet the load bearing capacity requirements for normal use. On the other hand, the load bearing capacity of the pile body directly affects the load bearing capacity of the entire ground foundation. Therefore, it is necessary to measure and analyze the dynamic characteristics of a single pile under the design load, and finally predict and analyze the life condition of the pile body.
従来の杭頭の垂直載荷装置は、載荷の実施時に上方への引抜き力が生じやすく、これにより杭体に引張応力作用が生じ、圧縮杭においては大きな損傷が生じる可能性がより高くなる。また、従来の杭頭の垂直載荷装置は、装置全体がかさばって重いうえに、経済性も悪い。 In the conventional vertical loading device of the pile head, an upward pulling force is likely to be generated at the time of carrying out the loading, which causes a tensile stress action on the pile body, and it is more likely that a large damage is caused in the compressed pile. In addition, the conventional vertical loading device with a pile head is bulky and heavy as a whole, and is not economical.
室内モデル試験及び現場試験の現状を鑑みると、分解・組立や移動が便利で、可変周波数可変段階で荷重を加力する試験装置の早急な開発が必要である。 Considering the current status of indoor model tests and field tests, it is convenient to disassemble, assemble and move, and it is necessary to urgently develop a test device that applies a load in a variable frequency variable stage.
本発明は、従来技術に存在する上述の欠点を克服し、質量ブロックの大きさを変えることによってモータ周波数を変換し、様々な載荷力、様々な載荷周波数をシミュレートして、実際の荷重下における杭体の状態をシミュレートする、杭頭の動的載荷シミュレーション装置及びその方法を提供することを目的としている。 The present invention overcomes the above-mentioned drawbacks existing in the prior art, converts the motor frequency by changing the size of the mass block, simulates various loading forces and various loading frequencies, and under actual load. It is an object of the present invention to provide a dynamic loading simulation device for a pile head and a method thereof for simulating the state of a pile body in the above.
本発明の技術案は、以下の通りである。杭頭の動的載荷シミュレーション装置であって、そのうちには筐体ケース、円盤式載荷機構、歯車群動力伝達機構及び外部支持機構を含み、円盤式載荷機構及び歯車群動力伝達機構は筐体ケース内に設置され、筐体ケースは杭体の頂部に置かれる。 The technical proposal of the present invention is as follows. It is a dynamic loading simulation device for pile heads, including a housing case, a disk type loading mechanism, a gear group power transmission mechanism and an external support mechanism, and the disk type loading mechanism and the gear group power transmission mechanism are housing cases. Installed inside, the housing case is placed on top of the pile.
歯車群動力伝達機構は、動力伝達歯車I、動力伝達歯車II及び主歯車を含み、主歯車は主歯車用三角支持フレームを介して筐体ケースに接続され、主歯車の中心にはモータ接続軸が固定されており、モータ接続軸は可変周波数モータの出力軸に接続され、主歯車が動力伝達歯車Iに噛み合って動力伝達され、動力伝達歯車Iが動力伝達歯車IIに噛み合って動力伝達され、動力伝達歯車Iと動力伝達歯車IIは反対方向に回動し、動力伝達歯車Iと動力伝達歯車IIの中央部にはいずれも動力伝達主軸が固定されており、動力伝達主軸の端部にはそれぞれ円盤式載荷機構が設けられており、同じ側に位置する円盤式載荷機構は反対方向に回動する。 The gear group power transmission mechanism includes a power transmission gear I, a power transmission gear II, and a main gear. The main gear is connected to a housing case via a triangular support frame for the main gear, and a motor connection shaft is at the center of the main gear. Is fixed, the motor connection shaft is connected to the output shaft of the variable frequency motor, the main gear meshes with the power transmission gear I to transmit power, and the power transmission gear I meshes with the power transmission gear II to transmit power. The power transmission gear I and the power transmission gear II rotate in opposite directions, and the power transmission spindle is fixed at the center of both the power transmission gear I and the power transmission gear II, and at the end of the power transmission spindle. Each is provided with a disk-type loading mechanism, and the disk-type loading mechanisms located on the same side rotate in opposite directions.
円盤式載荷機構は、質量ブロックスライド軸、円盤ケース、動力伝達主軸節点、大質量ブロック及び小質量ブロックを含み、質量ブロックスライド軸は円盤ケース内に設置され、質量ブロックスライド軸の両端はそれぞれガスケットを介して円盤ケースの内壁に固定接合され、質量ブロックスライド軸の中央部には動力伝達主軸節点が固定されており、動力伝達主軸節点は動力伝達主軸の端部と固定接合されており、大質量ブロック及び小質量
ブロックは動力伝達主軸節点の両側に設置され、大質量ブロック及び小質量ブロックは質量ブロックスライド軸上にスライド可能に被せられ、質量ブロックスライド軸の外表面には電磁石コイルが被せられており、大質量ブロック及び小質量ブロックの内環は永久磁石であり、質量ブロックスライド軸は大質量ブロック及び小質量ブロックとの間に斥力を形成し、大質量ブロックとガスケットとの間、小質量ブロックとガスケットとの間にはそれぞれダンパーばねが設けられており、大質量ブロックと動力伝達主軸節点との間、小質量ブロックと動力伝達主軸節点との間にはそれぞれ電磁石及びダンパーブロックが設けられており、電磁石は質量ブロックの方向に向けられており、電磁石及びダンパーブロックは質量ブロックスライド軸上に固定して被せられ、電磁石とダンパーブロックは固定接合され、動力伝達主軸節点の両側の電磁石及びダンパーブロック同士は対称を呈して設置されている。
The disk-type loading mechanism includes a mass block slide shaft, a disk case, a power transmission spindle node, a large mass block and a small mass block, the mass block slide shaft is installed in the disk case, and both ends of the mass block slide shaft are gaskets. It is fixedly joined to the inner wall of the disk case via, and the power transmission spindle node is fixed to the center of the mass block slide shaft, and the power transmission spindle node is fixedly joined to the end of the power transmission spindle. The mass block and the small mass block are installed on both sides of the power transmission spindle node, the large mass block and the small mass block are slidably covered on the mass block slide shaft, and the outer surface of the mass block slide shaft is covered with an electromagnet coil. The inner ring of the large mass block and the small mass block is a permanent magnet, and the mass block slide shaft forms a repulsive force between the large mass block and the small mass block, and between the large mass block and the gasket, Damper springs are provided between the small mass block and the gasket, respectively, and an electromagnet and a damper block are provided between the large mass block and the power transmission spindle node, and between the small mass block and the power transmission spindle node, respectively. Provided, the electromagnet is oriented in the direction of the mass block, the electromagnet and damper block are fixed and covered on the mass block slide shaft, the electromagnet and damper block are fixedly joined, on both sides of the power transmission spindle node. The electromagnet and the damper block are installed symmetrically.
本発明では、動力伝達歯車Iと動力伝達歯車IIはいずれも動力伝達歯車用三角支持フレームを介して筐体ケースに接続され、動力伝達歯車用三角支持フレームは、三角形フレーム体II及び調心軸受IIを含み、三角形フレーム体IIの一端は溶接ベース板Iを介して筐体ケースの縦方向側壁と固定接合され、三角形フレーム体IIの他端は溶接ベース板IVを介して筐体ケースの水平底部と固定接合され、三角形フレーム体IIの角部には調心軸受IIが設けられており、調心軸受IIは三角形フレーム体IIと固定接合され、調心軸受IIの中心には動力伝達主軸が設けられている。 In the present invention, both the power transmission gear I and the power transmission gear II are connected to the housing case via the triangular support frame for the power transmission gear, and the triangular support frame for the power transmission gear is the triangular frame body II and the centering bearing. Including II, one end of the triangular frame body II is fixedly joined to the vertical side wall of the housing case via the welded base plate I, and the other end of the triangular frame body II is horizontal to the housing case via the welded base plate IV. It is fixedly welded to the bottom, and a centering bearing II is provided at the corner of the triangular frame body II. Is provided.
主歯車は主歯車用三角支持フレームを介して筐体ケースに接続され、主歯車用三角支持フレームは三角形フレーム体I及び調心軸受Iを含み、三角形フレーム体Iの一端は溶接ベース板IIを介して筐体ケース1の縦方向側壁と固定接合され、三角形フレーム体Iの他端は溶接ベース板IIIを介して筐体ケースの水平底部と固定接合され、三角形フレーム体Iの角部には調心軸受Iが設けられており、調心軸受Iは三角形フレーム体Iと固定接合され、調心軸受Iの中心にはモータ接続軸が設けられている。
The main gear is connected to the housing case via a triangular support frame for the main gear, the triangular support frame for the main gear includes a triangular frame body I and a centering bearing I, and one end of the triangular frame body I is a welded base plate II. It is fixedly joined to the vertical side wall of the
動力伝達歯車Iと動力伝達歯車IIはそれぞれ2つ設置され、主歯車が2つの動力伝達歯車Iに同時に噛み合って動力伝達され、2つの動力伝達歯車Iがそれぞれ2つの動力伝達歯車IIに噛み合って動力伝達され、2つの動力伝達歯車Iは同じ動力伝達主軸に固定され、2つの動力伝達歯車IIは同じ動力伝達主軸に固定されている。 Two power transmission gears I and two power transmission gears II are installed, and the main gear meshes with the two power transmission gears I at the same time to transmit power, and the two power transmission gears I each mesh with the two power transmission gears II. Power is transmitted, the two power transmission gears I are fixed to the same power transmission spindle, and the two power transmission gears II are fixed to the same power transmission spindle.
さらに、外部支持機構を含み、外部支持機構は四角支持フレーム及びボールヒンジ支持ロッドを含み、筐体ケースの四面の外側にそれぞれ四角支持フレームが設置され、四角支持フレームの底部は四角支持フレーム安定プレートを介して地面に接続され、四角支持フレームの頂部はボールヒンジを介してボールヒンジ支持ロッドの一端に接続され、ボールヒンジ支持ロッドの他端は筐体ケースとヒンジ接続されている。 Further, an external support mechanism is included, the external support mechanism includes a square support frame and a ball hinge support rod, square support frames are installed on the outside of each of the four surfaces of the housing case, and the bottom of the square support frame is a square support frame stabilizing plate. The top of the square support frame is connected to one end of the ball hinge support rod via a ball hinge, and the other end of the ball hinge support rod is hinged to the housing case.
四角支持フレーム及びボールヒンジ支持ロッドは伸縮自在式構造であり、ボールヒンジ支持ロッドは外管及び内管を含み、内管は外管内に設置され、内管は外管内でスライドし、外管及び内管にはいずれもボルト孔が設けられており、ボルト孔にボルトを挿入して、外管と内管を固定接合させる。四角支持フレームの構造はボールヒンジ支持ロッドの構造と同じであり、ここでは説明を省略する。 The square support frame and ball hinge support rod have a telescopic structure, the ball hinge support rod includes an outer tube and an inner tube, the inner tube is installed in the outer tube, the inner tube slides in the outer tube, and the outer tube and Each of the inner pipes is provided with a bolt hole, and a bolt is inserted into the bolt hole to fix and join the outer pipe and the inner pipe. The structure of the square support frame is the same as that of the ball hinge support rod, and the description thereof is omitted here.
メイン収集器、サブ収集器及び圧力センサを含むインテリジェンスデータ収集出力システムをさらに含み、メイン収集器及びサブ収集器は筐体ケースの底部内側に設置され、圧力センサは筐体ケースの底部外側に設置され、且つ筐体ケースと杭体の頂部との間に位置している。 It further includes an intelligence data collection and output system that includes a main collector, sub-collector and pressure sensor, with the main collector and sub-collector installed inside the bottom of the housing case and the pressure sensor installed outside the bottom of the housing case. And is located between the housing case and the top of the pile.
大質量ブロック及び小質量ブロックは、いずれも2つの同じ半円形質量ブロックが係止
方式により固定接合されて成っている。
Both the large mass block and the small mass block are made up of two identical semicircular mass blocks fixedly joined by a locking method.
本発明はさらに、上述した杭頭の動的載荷シミュレーション装置を利用して載荷のシミュレーションを実現する方法を含み、それには以下の工程を含む。 The present invention further includes a method of realizing a loading simulation by utilizing the above-mentioned dynamic loading simulation device of a pile head, which includes the following steps.
上半円載荷過程中、大質量ブロック側の電磁石が大質量ブロックを引き付け、大質量ブロックの載荷半径はrであり、小質量ブロック側の電磁石は小質量ブロックと反発し、ダンパーばねの阻害作用下において、小質量ブロックの載荷半径は2rであり、大質量ブロックの質量はM、小質量ブロックの質量はmであり、M=2mとなり、このとき同じ側に位置する2つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りである。 During the loading process of the upper half circle, the electric magnet on the large mass block side attracts the large mass block, the loading radius of the large mass block is r, and the electric magnet on the small mass block side repels the small mass block and inhibits the damper spring. Below, the loading radius of the small mass block is 2r, the mass of the large mass block is M, the mass of the small mass block is m, and M = 2m, at which time two disk-type loading mechanisms located on the same side. The stress status of is as follows.
下半円載荷過程中、大質量ブロックが上半円載荷段階を終えて中心軸に至ると、電磁石の極性が変わり、大質量ブロック側の電磁石が大質量ブロックと反発し、大質量ブロックの載荷半径は2rであり、小質量ブロック側の電磁石が小質量ブロックを引き付け、小質量ブロックの載荷半径はrであり、このとき同じ側に位置する2つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りである。 During the lower half circle loading process, when the large mass block finishes the upper half circle loading stage and reaches the central axis, the polarity of the electromagnet changes, the electromagnet on the large mass block side repels the large mass block, and the large mass block is loaded. The radius is 2r, the electromagnet on the small mass block side attracts the small mass block, and the loading radius of the small mass block is r. At this time, the stress status of the two disk-type loading mechanisms located on the same side is as follows. Is.
大質量ブロックが下半円載荷段階を終えて再び中心軸まで移動すると、上述の応力循環過程が繰り返される。 When the mass block finishes the lower semicircular loading stage and moves to the central axis again, the stress circulation process described above is repeated.
本発明は、次の有利な効果を有する。 The present invention has the following advantageous effects.
(1)円盤式載荷機構は、その内部の質量ブロックにより可変段階の載荷を実現可能であり、電磁石により磁極を変更し、永久磁石同士に吸引力と斥力を生じさせることができ、これにより、上半円載荷過程で半径を変える方式によって杭の引抜き力が解消され、同時に下半円載荷過程で半径を変える方式によって下方への載荷力が提供されるため、当該装置は杭頭の載荷過程中に上方への引抜き力が生じず、下方への垂直な載荷力だけを生じさせる。 (1) The disk-type loading mechanism can realize variable-stage loading by the mass block inside it, and can change the magnetic poles by the electromagnet to generate attractive force and repulsive force between the permanent magnets. Since the pulling force of the pile is eliminated by the method of changing the radius in the upper half circle loading process, and at the same time the downward loading force is provided by the method of changing the radius in the lower half circle loading process, the device is used in the pile head loading process. No upward pulling force is generated inside, only a downward vertical loading force is generated.
(2)分解・組立の面では、全体の重量が軽く、経済的であり、加工に都合がよい。 (2) In terms of disassembly and assembly, the overall weight is light, economical, and convenient for processing.
(3)磁気軸受原理、遠心原理を採用し、可変周波数モータ、歯車群によって杭頭の多段階可変周波数載荷を実現可能であり、その荷重シミュレーションは実際の作動状態に近い。 (3) By adopting the magnetic bearing principle and the centrifugal principle, it is possible to realize multi-step variable frequency loading of the pile head by a variable frequency motor and gear group, and the load simulation is close to the actual operating state.
(4)装置がリアルタイムでデータを収集・出力することができ、リモートインテリジェンスによるデータのモニタリング・解析を実現することができる。 (4) The device can collect and output data in real time, and can realize data monitoring and analysis by remote intelligence.
本発明の上記目的、特徴及び利点をより明解にするため、以下で図面に基づき本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 In order to clarify the above object, features and advantages of the present invention, specific examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
本発明を十分に理解できるよう、以下の説明では細部を具体的に詳述する。但し、本発明はここでの説明とは異なる各種の他の方法により実施することが可能であり、当業者は本発明の意図を逸脱することなく同様の拡張が可能である。従って、本発明は以下に開示する具体的な実施形態に限定されない。 In order to fully understand the present invention, the details will be described in detail in the following description. However, the present invention can be carried out by various other methods different from those described here, and those skilled in the art can make similar extensions without deviating from the intent of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the specific embodiments disclosed below.
図1〜図4に示す通り、本発明の杭頭の動的載荷シミュレーション装置は、筐体ケース1、円盤式載荷機構2、歯車群動力伝達機構10、外部支持機構及びインテリジェンスデータ収集出力システムを含み、筐体ケース1は箱体状を呈し、円盤式載荷機構2及び歯車群動力伝達機構10は筐体ケース1内に設置され、筐体ケース1は杭体6の頂部に置かれる。筐体ケース1の外部には外部支持機構が設置されており、外部支持機構の底部は地面に接続され、外部支持機構の頂部は筐体ケース1に接続され、外部支持機構は、筐体ケース1及び円盤式載荷機構2の位置を小さな幅で調節して、載荷過程中で円盤式載荷機構2が下方の杭頭と十分に接触させることで、円盤式載荷機構2の安定性を保証し、載荷により生じる過大な衝撃作用によって装置全体が倒れないよう防ぐことができる。
As shown in FIGS. 1 to 4, the pile head dynamic loading simulation device of the present invention includes a
図7に示す通り、歯車群動力伝達機構10は、動力伝達歯車I1001、動力伝達歯車II1002及び主歯車1003を含み、主歯車1003は主歯車用三角支持フレーム5を介して筐体ケース1に接続され、主歯車1003の中心にはモータ接続軸501が固定されており、モータ接続軸501は軸継手を介して可変周波数モータの出力軸に接続され、可変周波数モータはデジタル入力によりモータ回転数を制御することができ、これにより装置全体の載荷周波数を制御する。主歯車1003が動力伝達歯車I1001に噛み合って動力伝達され、動力伝達歯車I1001が動力伝達歯車II1002に噛み合って動力伝達されるため、動力伝達歯車I1001と動力伝達歯車II1002は反対方向に回動する。動力伝達歯車I1001と動力伝達歯車II1002はいずれも動力伝達歯車用三角支持フレーム9を介して筐体ケース1に接続される。動力伝達歯車I1001と動力伝達歯車II1002の中央部にはいずれも動力伝達主軸14が固定されており、動力伝達主軸14の端部には円盤式載荷機構2が接続されている。本実施例中、動力伝達歯車I1001と動力伝達歯車II1002はそれぞれ2つ設置され、即ち主歯車1003が2つの動力伝達歯車I1001に同時に噛み合って動力伝達され、2つの動力伝達歯車I1001がそれぞれ2つの動力伝達歯車II1002に噛み合って動力伝達され、2つの動力伝達歯車I1001は同じ動力伝達主軸14に固定され、2つの動力伝達歯車II1002も同じ動力伝達主軸14に固定されており、2つの動力伝達主軸14の両端にはそれぞれ円盤式載荷機構2が固定されており、同じ側に位置する円盤式載荷機構2の回動方向は反対である。主歯車1003の基礎円半径は150mmであり、歯数は36丁であり、厚さは300mmで
あり、動力伝達歯車I1001及び動力伝達歯車II1002の基礎円半径は150mmであり、歯数は36丁であり、厚さは50mmである。
As shown in FIG. 7, the gear group
図9に示す通り、主歯車の両側にはそれぞれ主歯車用三角支持フレーム5が設置されており、主歯車用三角支持フレーム5は、三角形フレーム体I及び調心軸受I503を含み、三角形フレーム体Iの一端は溶接ベース板II4を介して筐体ケース1の縦方向側壁と固定接合され、三角形フレーム体Iの他端は溶接ベース板III12を介して筐体ケース1の水平底部と固定接合されている。三角形フレーム体Iの角部には調心軸受I503が設けられており、調心軸受I503は三角形フレーム体Iと固定接合され、調心軸受I503の中心にはモータ接続軸501が設けられている。主歯車用三角支持フレーム5は主歯車1003に対して支持作用を果たす。
As shown in FIG. 9, triangular support frames 5 for main gears are installed on both sides of the main gear, and the triangular support frame 5 for main gears includes a triangular frame body I and a centering bearing I503, and is a triangular frame body. One end of I is fixedly joined to the vertical side wall of the
図10に示す通り、動力伝達歯車用三角支持フレーム9は、三角形フレーム体II及び調心軸受II901を含み、三角形フレーム体IIの一端は溶接ベース板I3を介して筐体ケース1の縦方向側壁と固定接合され、三角形フレーム体Iの他端は溶接ベース板IV13を介して筐体ケース1の水平底部と固定接合されている。三角形フレーム体IIの角部には調心軸受II901が設けられており、調心軸受II901は三角形フレーム体IIと固定接合され、調心軸受II901の中心には動力伝達主軸14が設けられている。動力伝達歯車用三角支持フレーム9は動力伝達歯車I1001及び動力伝達歯車II1002に対して支持作用を果たす。
As shown in FIG. 10, the
図8に示す通り、外部支持機構は四角支持フレーム8及びボールヒンジ支持ロッド11を含み、本実施例中、筐体ケース1の四面の外側にそれぞれ四角支持フレーム8が設置され、四角支持フレーム8の底部は四角支持フレーム安定プレート801を介して地面に接続され、四角支持フレーム安定プレート801により地面との接触面積を拡げている。四角支持フレーム8の頂部はボールヒンジ17を介してボールヒンジ支持ロッド11の一端に接続され、ボールヒンジ支持ロッド11の他端は筐体ケース1とヒンジ接続されている。四角支持フレーム8とボールヒンジ支持ロッド11の結合作用は、装置全体の位置決め安定性及び支持剛性を増加させると同時に、載荷の衝撃作用により載荷装置全体が倒れないよう防ぐことができる。本実施例中、四角支持フレーム8及びボールヒンジ支持ロッド11はいずれも伸縮自在式であり、ボールヒンジ支持ロッド11は外管1101及び内管1103を含み、内管1103は外管1101内に設置され、内管1103は外管1101内でスライド可能であり、外管1101及び内管1103にはいずれもボルト孔1102が設けられている。内管1103が外管1101においてスライドする過程では、ボールヒンジ支持ロッド11の長さ調整を実現しており、ボールヒンジ支持ロッド11が適当な長さに達したときにボルトをボルト孔1102内に挿入することで、ボールヒンジ支持ロッド11の長さの固定を実現している。四角支持フレーム8の伸縮自在式構造はボールヒンジ支持ロッド11と同じであり、ここでは説明を省略する。四角支持フレーム8及びボールヒンジ支持ロッド11の伸縮自在式調節により、杭頭の動的載荷シミュレーション装置の上下位置の微調整を実現している。
As shown in FIG. 8, the external support mechanism includes the
円盤式載荷機構2は、質量ブロックスライド軸206、円盤ケース201、動力伝達主軸節点209、大質量ブロック204及び小質量ブロック208を含み、質量ブロックスライド軸206は円盤ケース201内に設置され、質量ブロックスライド軸206の両端はそれぞれガスケット207を介して円盤ケース201の内壁に固定接合されている。質量ブロックスライド軸206の中央部には動力伝達主軸節点209が固定されており、動力伝達主軸節点209は動力伝達主軸14の端部と固定接合されており、動力伝達主軸14が回動すると、円盤式載荷機構2全体が動力伝達主軸節点209により連動されて回動する。大質量ブロック204及び小質量ブロック208は動力伝達主軸節点209の両側に設置され、いずれも2つの同じ半円形質量ブロックが係止方式により固定接合され、且
つ質量ブロックスライド軸206上にスライド可能に被せられており、質量ブロックスライド軸206の外表面には電磁石コイル210が被せられており、質量ブロックスライド軸206全体に均一な磁場を生じさせている。大質量ブロック204及び小質量ブロック208の内環は永久磁石であり、外管は合金鉄であり、質量ブロックスライド軸206は大質量ブロック及び小質量ブロックとの間に斥力を形成し、磁気軸受の形態を実現しており、大質量ブロック及び小質量ブロックが質量ブロックスライド軸に沿ってスライドする過程中、摩擦によって質量ブロックスライド軸の温度が過度に高くなって疲労破壊を起こすことがないよう防いでいる。大質量ブロック204とガスケット207との間、小質量ブロック208とガスケット207との間にはいずれもダンパーばね205が設けられている。小質量ブロック208と動力伝達主軸節点209との間には電磁石202及びダンパーブロック203が設けられており、電磁石202は小質量ブロック208の方向に向けられており、電磁石202及びダンパーブロック203は質量ブロックスライド軸206上に固定して被せられ、電磁石202とダンパーブロック203は接着方式により固定接合されている。動力伝達主軸節点209の両側の電磁石202及びダンパーブロック203同士は対称を呈して設置されている。当該装置には4つの円盤式載荷機構が設置されて、載荷力のニーズを満たしており、同じ側に位置する円盤式載荷機構を対にして設置することで水平力の発生を相殺している。大・小質量ブロックは電磁石の吸引及び反発により半径が変わり、これにより、垂直方向の載荷力の大きさを変更する。
The disk-
インテリジェンスデータ収集出力システムは、メイン収集器15、サブ収集器16及び圧力センサ18を含み、メイン収集器15及びサブ収集器16は筐体ケース1の底部内側に設置され、図11に示す通り、圧力センサ18は筐体ケース1の底部外側に設置され、且つ筐体ケース1と杭体6の頂部との間に位置している。メイン収集器及びサブ収集器はいずれも変位収集器、速度収集器及び加速度収集器を含む。メイン収集器15は、主に載荷装置が杭頭に接触していないときの変位、速度、加速度を収集し、載荷装置と杭頭の接触状態をモニタリングして、載荷性能に反映させるためのものである。サブ収集器は、平坦な地面との間の変位、速度、加速度を測定することにより、メイン載荷システムを補助的に裏付けると同時に、載荷過程において杭頭と載荷装置の接触前後の動的特性を記録するためのものである。マルチチャンネルデータ測定システムにより、メイン収集器15、サブ収集器16及び圧力センサ18が測定したデータをPLC、DPUなどの方式で送信し、インダストリアルインテリジェンスデータベースに入力するか又はコンピュータに直接接続し、携帯電話、タブレット、コンピュータなどの複数の端末を用いてデータの表示及び処理を行う。
The intelligence data collection and output system includes a
本発明はさらに、上述した杭頭の動的載荷シミュレーション装置を利用して載荷のシミュレーションを実現する方法を含み、当該方法の原理は以下の通りである。図12及び図13に示す通り、歯車群動力伝達機構の作動は、可変周波数モータの作動により主歯車1003が連動されて回動し、主歯車1003と動力伝達歯車I1001との間の噛み合い、及び動力伝達歯車I1001と動力伝達歯車II1002との間の噛み合いにより、円盤式載荷機構2が回動し、同じ側に位置する円盤式載荷機構2が反対方向に回動する。円盤式載荷機構2の回動過程中、大質量ブロック204及び小質量ブロック208に円盤式載荷機構全体に対する遠心力が生じ、向心力を水平方向であるX軸方向及び垂直方向であるY軸方向に分解し、同じ側に位置する2つの円盤式載荷機構2同士のX軸方向の合力が相殺され、Y軸方向の合力が相加されることにより、下方への載荷力が生じる。仮に2つの質量ブロックの質量が同じである場合、X軸方向の合力は0であり、Y軸方向の相加された力である、
だけが残り、質量ブロックmの大きさ及び秒速ωの大きさを変更することによって加力の大きさが動的に変更され、載荷力の大きさの動的な可変性を実現することができ、そのうちθは、向心力とX軸方向の力の夾角である。当該方法は、以下の工程を含む。
The present invention further includes a method of realizing a loading simulation by utilizing the above-mentioned dynamic loading simulation device of a pile head, and the principle of the method is as follows. As shown in FIGS. 12 and 13, in the operation of the gear group power transmission mechanism, the
Only remains, and by changing the size of the mass block m and the size of the speed ω per second, the magnitude of the applied force is dynamically changed, and the dynamic variability of the magnitude of the loading force can be realized. Of these, θ is the angle between the centripetal force and the force in the X-axis direction. The method includes the following steps.
上半円載荷過程中、電磁石の磁極を調整し、大質量ブロック側の電磁石が大質量ブロックを終始引き寄せ、このとき大質量ブロックの載荷半径はrであり、小質量ブロック側の電磁石は小質量ブロックと終始反発し、ダンパーばね205の阻害作用下において、小質量ブロックの載荷半径は2rである。大質量ブロックの質量はM、小質量ブロックの質量はmであり、M=2mとなる。このとき同じ側に位置する2つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りである。
During the loading process of the upper half circle, the magnetic poles of the electromagnet are adjusted, and the electromagnet on the large mass block side pulls the large mass block from beginning to end. At this time, the loading radius of the large mass block is r, and the electromagnet on the small mass block side has a small mass. The loading radius of the small mass block is 2r under the inhibitory action of the
下半円載荷過程中、大質量ブロックが上半円載荷段階を終えて中心軸に至ると、電磁石の極性が変わり、このとき大質量ブロック側の電磁石が大質量ブロックと突如反発し、大質量ブロックを素早く弾いて円心から2rの位置まで移動させ、さらにダンパーばねの阻害作用下で停止させることができる。小質量ブロック側の電磁石は小質量ブロックを引き寄せ、このとき小質量ブロックの載荷半径はrであり、このとき同じ側に位置する2つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りである。 During the lower semicircular loading process, when the large mass block finishes the upper semicircular loading stage and reaches the central axis, the polarity of the electromagnet changes, and at this time, the electromagnet on the large mass block side suddenly repels the large mass block and has a large mass. The block can be swiftly flipped to move it from the center of the circle to a position of 2r, and then stopped under the inhibitory action of the damper spring. The electromagnet on the small mass block side attracts the small mass block, and at this time, the loading radius of the small mass block is r, and the stress status of the two disk-type loading mechanisms located on the same side at this time is as follows.
下半円載段階の載荷段階において、
は0よりも大きく、構造は下方への載荷力を受ける。大質量ブロックが下半円載荷段階を終えて再び中心軸まで移動すると、電磁石の極性に再び変更が生じ、大質量ブロックが電磁石に引き付けられ、小質量ブロックが電磁石と反発し、大質量ブロックの載荷半径はrとなり、小質量ブロックの載荷半径は2rとなり、これにより、上述の応力循環過程が繰り返される。上述の移動過程中、電磁石はダンパーばねの阻害作用下で移動を停止し、過大な衝撃により電磁石が破壊されてしまうのを防いでいる。
In the loading stage of the lower semicircular loading stage
Is greater than 0 and the structure receives a downward loading force. When the large mass block finishes the lower half circle loading stage and moves to the central axis again, the polarity of the electromagnet changes again, the large mass block is attracted to the electromagnet, the small mass block repels the electromagnet, and the mass block The loading radius is r, and the loading radius of the small mass block is 2r, whereby the stress circulation process described above is repeated. During the above-mentioned movement process, the electromagnet stops moving under the inhibitory action of the damper spring, and prevents the electromagnet from being destroyed by an excessive impact.
以上、本発明が提供する杭頭の動的載荷シミュレーション装置及びその方法について詳細に紹介を行った。本明細書では、具体的な例を用いて本発明の原理及び実施形態について説明したが、上記の実施例の説明は本発明の方法及び核心思想を理解するための助けにすぎない。本技術分野の当業者であれば本発明の原理を逸脱せずに本発明に対するいくらかの改良及び修飾を行うことが可能であり、それらの改良及び修飾も本発明の特許請求の保護範囲に属することを理解されたい。開示した実施例に対する上述の説明により、当業者は本発明を実現又は使用することができる。それらの実施例に対する様々な修正は当業者にとって容易に明白なものであり、本明細書中で定義される一般的な原理は、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく他の実施例中で実現し得る。従って、本発明は本明細書に示す実施例に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるものである。 The dynamic loading simulation device for pile heads and the method thereof provided by the present invention have been introduced in detail above. In the present specification, the principles and embodiments of the present invention have been described with reference to specific examples, but the above description of the examples is merely an aid for understanding the methods and core ideas of the present invention. Those skilled in the art can make some modifications and modifications to the invention without departing from the principles of the invention, and these modifications and modifications also fall within the scope of the claims of the invention. Please understand that. Those skilled in the art can realize or use the present invention by the above description for the disclosed examples. Various modifications to those embodiments will be readily apparent to those of skill in the art, and the general principles defined herein are in the other embodiments without departing from the spirit or scope of the invention. Can be realized with. Therefore, the present invention is not limited to the examples shown herein, but is given the broadest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
1 筐体ケース
2 円盤式載荷機構
201 円盤ケース
202 電磁石
203 ダンパーブロック
204 大質量ブロック
205 ダンパーばね
206 質量ブロックスライド軸
207 ガスケット
208 小質量ブロック
209 動力伝達主軸節点
210 電磁石コイル
3 溶接ベース板I
4 溶接ベース板II
5 主歯車用三角支持フレーム
501 モータ接続軸
503 調心軸受I
6 杭体
7 固定接合バー
8 四角支持フレーム
801 四角支持フレーム安定プレート
9 動力伝達歯車用三角支持フレーム
901 調心軸受II
10 歯車群動力伝達機構
1001 動力伝達歯車I
1002 動力伝達歯車II
1003 主歯車
11 ボールヒンジ支持ロッド
1101 外管
1102 ボルト孔
1103 内管
12 溶接ベース板III
13 溶接ベース板IV
14 動力伝達主軸
15 メイン収集器
16 サブ収集器
17 ボールヒンジ
18 圧力センサ
1
4 Welding base plate II
5 Triangular support frame for
6
10 Gear group
1002 Power transmission gear II
1003
13 Welding base plate IV
14
Claims (9)
前記歯車群動力伝達機構(10)は、動力伝達歯車I(1001)、動力伝達歯車II(1002)及び主歯車(1003)を含み、前記主歯車(1003)は主歯車用三角支持フレーム(5)を介して前記筐体ケース(1)に接続され、前記主歯車(1003)の中心にはモータ接続軸(501)が固定されており、前記モータ接続軸(501)は可変周波数モータの出力軸に接続され、前記主歯車(1003)が前記動力伝達歯車I(1001)に噛み合って動力伝達され、前記動力伝達歯車I(1001)が前記動力伝達歯車II(1002)に噛み合って動力伝達され、前記動力伝達歯車I(1001)と前記動力伝達歯車II(1002)は反対方向に回動し、前記動力伝達歯車I(1001)と前記動力伝達歯車II(1002)の中央部にはいずれも動力伝達主軸(14)が固定されており、前記動力伝達主軸(14)の端部にはそれぞれ前記円盤式載荷機構(2)が設けられており、同じ側に位置する前記円盤式載荷機構(2)は反対方向に回動し、
前記円盤式載荷機構(2)は、質量ブロックスライド軸(206)、円盤ケース(201)、動力伝達主軸節点(209)、大質量ブロック(204)及び小質量ブロック(208)を含み、前記質量ブロックスライド軸(206)は前記円盤ケース(201)内に設置され、前記質量ブロックスライド軸(206)の両端はそれぞれガスケット(207)を介して円盤ケース(201)の内壁に固定接合され、前記質量ブロックスライド軸(206)の中央部には前記動力伝達主軸節点(209)が固定されており、前記動力伝達主軸節点(209)は前記動力伝達主軸(14)の端部と固定接合されており、前記大質量ブロック(204)及び前記小質量ブロック(208)は前記動力伝達主軸節点(209)の両側に設置され、前記大質量ブロック(204)及び前記小質量ブロック(208)は前記質量ブロックスライド軸(206)上にスライド可能に被せられており、前記質量ブロックスライド軸(206)の外表面には電磁石コイル(210)が被せられており、前記大質量ブロック(204)及び前記小質量ブロック(208)の内環は永久磁石であり、前記質量ブロックスライド軸(206)は前記大質量ブロック及び前記小質量ブロックとの間に斥力を形成し、前記大質量ブロック(204)と前記ガスケット(207)との間、前記小質量ブロック(208)と前記ガスケット(207)との間にはいずれもダンパーばね(205)が設けられており、前記大質量ブロック(204)と前記動力伝達主軸節点(209)との間、前記小質量ブロック(208)と前記動力伝達主軸節点(209)との間にはそれぞれ電磁石(202)及びダンパーブロック(203)が設けられており、前記電磁石(202)は質量ブロックの方向に向けられており、前記電磁石(202)及び前記ダンパーブロック(203)は前記質量ブロックスライド軸(206)上に固定して被せられ、前記電磁石(202)と前記ダンパーブロック(203)は固定接合され、前記動力伝達主軸節点(209)の両側の前記電磁石(202)及び前記ダンパーブロック(203)同士は対称を呈して設置されていることを特徴とする、杭頭の動的載荷シミュレーション装置。 The housing case (1), a disk-type loading mechanism (2), a gear group power transmission mechanism (10), and an external support mechanism are included, and the disk-type loading mechanism (2) and the gear group power transmission mechanism (10) are described above. It is installed in the housing case (1), and the housing case (1) is placed on the top of the pile body (6).
The gear group power transmission mechanism (10) includes a power transmission gear I (1001), a power transmission gear II (1002) and a main gear (1003), and the main gear (1003) is a triangular support frame (5) for the main gear. The motor connecting shaft (501) is fixed to the center of the main gear (1003), and the motor connecting shaft (501) is the output of the variable frequency motor. Connected to a shaft, the main gear (1003) meshes with the power transmission gear I (1001) to transmit power, and the power transmission gear I (1001) meshes with the power transmission gear II (1002) to transmit power. The power transmission gear I (1001) and the power transmission gear II (1002) rotate in opposite directions, and both the power transmission gear I (1001) and the power transmission gear II (1002) are located at the center of the power transmission gear I (1001) and the power transmission gear II (1002). The power transmission spindle (14) is fixed, and the disk-type loading mechanism (2) is provided at each end of the power transmission spindle (14), and the disk-type loading mechanism (2) located on the same side is provided. 2) rotates in the opposite direction,
The disk-type loading mechanism (2) includes a mass block slide shaft (206), a disk case (201), a power transmission spindle node (209), a large mass block (204), and a small mass block (208). The block slide shaft (206) is installed in the disk case (201), and both ends of the mass block slide shaft (206) are fixedly joined to the inner wall of the disk case (201) via a gasket (207). The power transmission spindle node (209) is fixed to the central portion of the mass block slide shaft (206), and the power transmission spindle node (209) is fixedly joined to the end portion of the power transmission spindle (14). The large mass block (204) and the small mass block (208) are installed on both sides of the power transmission spindle node (209), and the large mass block (204) and the small mass block (208) are the mass. The block slide shaft (206) is slidably covered, and the outer surface of the mass block slide shaft (206) is covered with an electromagnet coil (210), and the large mass block (204) and the small mass block (204) are covered. The inner ring of the mass block (208) is a permanent magnet, and the mass block slide shaft (206) forms a repulsive force between the large mass block and the small mass block, and the mass block (204) and the mass block (204) and the said. A damper spring (205) is provided between the gasket (207) and the small mass block (208) and the gasket (207), and the large mass block (204) and the power transmission are transmitted. An electromagnet (202) and a damper block (203) are provided between the spindle node (209) and the small mass block (208) and the power transmission spindle node (209), respectively, and the electromagnet (20) is provided. 202) is oriented in the direction of the mass block, the electromagnet (202) and the damper block (203) are fixed and covered on the mass block slide shaft (206), and the electromagnet (202) and the damper The block (203) is fixedly joined, and the electromagnets (202) and the damper block (203) on both sides of the power transmission spindle node (209) are installed symmetrically with each other. Dynamic loading simulation device.
ュレーション装置。 Both the power transmission gear I (1001) and the power transmission gear II (1002) are connected to the housing case (1) via a power transmission gear triangular support frame (9), and the power transmission gear triangle. The support frame (9) includes a triangular frame body II and a centering bearing II (901), and one end of the triangular frame body II is in the vertical direction of the housing case (1) via a welding base plate I (3). It is fixedly joined to the side wall, and the other end of the triangular frame body II is fixedly joined to the horizontal bottom portion of the housing case (1) via the welding base plate IV (13), and is fixedly joined to the corner portion of the triangular frame body II. The centering bearing II (901) is provided, the centering bearing II (901) is fixedly joined to the triangular frame body II, and the power transmission spindle ( The dynamic loading simulation device for a pile head according to claim 1, wherein 14) is provided.
あり、前記大質量ブロックの質量はM、前記小質量ブロックの質量はmであり、M=2mとなり、このとき同じ側に位置する2つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りであり、
下半円載荷過程中、前記大質量ブロックが上半円載荷段階を終えて中心軸に至ると、前記電磁石の極性が変わり、前記大質量ブロック側の電磁石が前記大質量ブロックと反発し、前記大質量ブロックの載荷半径は2rであり、前記小質量ブロック側の電磁石が小質量ブロックを引き付け、前記小質量ブロックの載荷半径はrであり、このとき同じ側に位置する2つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りであり、
前記大質量ブロックが下半円載荷段階を終えて再び中心軸まで移動すると、上述の応力循環過程が繰り返される、という工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載の杭頭の動的載荷シミュレーション装置を用いて載荷のシミュレーションを実現する方法。 During the loading process of the upper half circle, the electric magnet on the large mass block side attracts the large mass block, the loading radius of the large mass block is r, the electric magnet on the small mass block side repels the small mass block, and the damper spring. The loading radius of the small mass block is 2r, the mass of the large mass block is M, the mass of the small mass block is m, and M = 2m, and they are located on the same side at this time. The stress status of the two disk-type loading mechanisms is as follows.
During the lower half-circle loading process, when the large-mass block finishes the upper half-circle loading stage and reaches the central axis, the polarity of the electromagnet changes, and the electromagnet on the large-mass block side repels the large-mass block, and the above-mentioned The loading radius of the large mass block is 2r, the electromagnet on the small mass block side attracts the small mass block, and the loading radius of the small mass block is r, and at this time, two disk-type loading mechanisms located on the same side. The stress status of is as follows,
The dynamic pile head according to claim 1, further comprising a step in which the above-mentioned stress circulation process is repeated when the large-mass block finishes the lower semicircular loading step and moves to the central axis again. A method of realizing a loading simulation using a loading simulation device.
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