地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置及試驗方法
【專利摘要】一種地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置及試驗方法，有效的解決了地基基礎模型試驗荷載施加過程中操作復雜、不靈活且沒有辦法有效準確的連續記錄數據等問題；地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，包括承荷平臺，其特征在于，承荷平臺四周安裝有架腿，架腿下方連接腳墊，承荷平臺上方放置有配重塊，承荷平臺連接反力荷載傳遞裝置，反力荷載傳遞裝置包括托盤，托盤上方設有測平儀，托盤下方連接傳力柱，傳力柱上設置有電動千斤頂，電動千斤頂下方設有荷載盤，架腿上伸出有指針，指針連接數顯百分表；本發明結構合理規范，使用方便，適用于各種規模的地基基礎模型試驗的荷載施加，施加方式便于控制，精度較高。
【專利說明】
地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置及試驗方法
技術領域
[0001]本發明涉及土木工程試驗領域，特別是涉及一種地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置及試驗方法。
【背景技術】
[0002]在巖土工程中，地基和基礎的受力情況往往較為復雜，很難通過簡單的理論計算來確定某種形式的地基和基礎的性能。人們為了研究地基基礎的工程性能，通常需要進行不同尺寸的模型試驗。施加荷載是進行模型試驗的關鍵的一步，一般來講人們施加荷載時通常需要根據施加荷載的不同不斷調整配重，過程繁瑣，且不能對荷載進行精確的控制。
[0003]同時，地基或者基礎在既定荷載作用下的沉降，往往需要另外的手段來測量，這樣既增大了操作的難度，降低了準確性，也沒有辦法獲得其準確值。而且，荷載施加裝置的支撐腳如果處理不當，往往會產生不均勻沉降，嚴重的干擾了試驗的準確度。
【發明內容】
[0004]針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本發明之目的就是提供一種地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置及試驗方法，有效的解決了地基基礎模型試驗荷載施加過程中操作復雜、不靈活且沒有辦法有效準確的連續記錄數據等問題。
[0005]其解決的技術方案是，地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，包括承荷平臺，其特征在于，承荷平臺四周安裝有多個可伸縮的架腿，架腿下方連接腳墊，承荷平臺上方放置有多個裝配式配重塊，承荷平臺中心位置連接反力荷載傳遞裝置，反力荷載傳遞裝置包括托盤，托盤上方設有測平儀，托盤下方連接傳力柱，傳力柱上設置有電動千斤頂，電動千斤頂下方設有荷載盤，構成電動千斤頂控制荷載盤上下移動的結構，架腿上伸出有壓在荷載盤上表面的指針，指針連接數顯百分表，構成數顯百分表可以顯示荷載盤沉降的結構。
[0006]本發明還包括地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟:
第一步:安裝試驗裝置
第1.1步，根據地基/基礎試驗模型尺寸，將各個可伸縮的承荷梁調整到要求的尺寸，使用“T”型管和正三通管將承荷梁連接成承荷平臺，并穿過托盤上方的十字型鋼管，將承荷平臺與反力荷載傳遞裝置連接到一起；
第1.2步，根據地基/基礎試驗模型尺寸，調節架腿的長度，拉動手柄使六棱塊脫出凹槽，轉動手柄，通過齒輪帶動齒條運動，從而調節上架腿在下架腿內的長度，使得架腿總長度得以改變，根據上架腿上的刻度，將架腿長度設置好后，推動手柄使六棱塊進入凹槽內，使得上架腿和下架腿的位置固定；
第1.3步，將架腿插入承荷平臺四周的正三通管內，連接架腿與承荷平臺，并將裝置放置在實驗地點；
第1.4步，將一定數量的配重塊在承荷平臺上方沿中心對稱放置，如果承荷平臺面積較小，可將配重塊堆疊為多層；
第1.5步，觀察測平儀，并根據測平儀調整腳墊的高度，使得承荷平臺保持水平；
第二步:安裝測量設備
第2.1步，將數顯百分表的磁力座固定在架腿上，通過機械臂控制數顯百分表，使數顯百分表的指針垂直方向與荷載盤接觸并產生壓力，并將實現百分表歸零操作，精度要求高時可設置多個數顯百分表；
第2.2步，將電動千斤頂和數顯百分表的接線連接到控制箱的電腦上；
第三步:試驗方法與數據記錄
第3.1步，安裝好試驗設備后，靜置24小時，消除本身重量對地面沉降等造成的影響，提高試驗的準確度；
第3.2步，將電動千斤頂和數顯百分表歸零，在電腦上設定施加荷載的方式和時間；
第3.3步，荷載施加
a.恒載時，在對應的程序上設定荷載和時間即可；
b.連續/逐級荷載時，在對應的程序上設定每級荷載和每級荷載所需的時間，每級荷載所需時間最小時間為I Omin;
第3.4步，將記錄的數據保存為.Csv文件，以便用excel打開；
第四步:分析數據
將得到的試驗數據進行匯總，根據數顯百分表反饋的數據分析荷載盤的沉降情況，并根據數據運用算法消除荷載盤產生的不均勻沉降導致的試驗誤差。
[0007]本發明結構簡單，合理規范，便于組裝并可以根據需要來調節其高度和尺寸，使用方便，使用于各種規模的地基基礎模型試驗的荷載施加，施加方式便于控制，精度較高，而且可以同時記錄連續試驗的荷載和沉降。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的立體圖；
圖2是本發明反力荷載傳遞裝置的立體圖；
圖3是本發明腳墊的示意圖；
圖4是本發明架腿的示意圖；
圖5是圖4的左視圖；
圖6是本發明承荷梁的示意圖；
圖7是本發明緊固裝置的示意圖；
圖8是本發明施加恒載時的數據記錄表；
圖9是本發明施加逐級荷載時的數據記錄表。
【具體實施方式】
[0009]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0010]由圖1至圖9給出，地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，包括承荷平臺3，其特征在于，承荷平臺3四周安裝有多個可伸縮的架腿2，架腿2下方連接腳墊I，承荷平臺3上方放置有多個裝配式配重塊4，承荷平臺3中心位置連接反力荷載傳遞裝置5，反力荷載傳遞裝置5包括托盤501，托盤501上方設有測平儀502，托盤501下方連接傳力柱503，傳力柱503上設置有電動千斤頂504，電動千斤頂504下方設有荷載盤505，構成電動千斤頂504控制荷載盤505上下移動的結構，架腿2上伸出有壓在荷載盤505上表面的指針601，指針601連接數顯百分表6，構成數顯百分表6可以顯不荷載盤505沉降的結構。
[0011]所述的腳墊I包括墊板101，墊板101為不同直徑的剛性圓盤，墊板101上連接外管103，外管103周圍設有刻度盤104，刻度盤104對應有置于101上的102，外管103與墊板101經螺紋105連接，構成外管101旋轉后調節腳墊I高度的結構，外管103上方連接有支桿106，支桿106與外管103連接處設有鋼珠107，構成外管103在支桿106外側自由轉動的結構，支桿106連接架腿2下端。
[0012]所述的架腿2包括上架腿201和下架腿202，上架腿201伸入下架腿202內部，上架腿201上設有可以讀出架腿2長度的刻度212，上架腿201—側設有齒條203，下架腿202上與齒條203對應邊上設有可與齒條203嚙合的齒輪204，構成齒輪204控制上架腿201在下架腿202內側位置從而改變架腿2長度的結構，下架腿202上開設有寬度為齒輪204兩倍的長條孔205，構成齒輪202可在長條孔205內移動的結構，長條孔205兩側設有支架206，支架206上連接轉軸207，轉軸207上設有位于支架206外側的六棱塊208，支架206外側設有與六棱塊208對應的六邊形凹槽209，構成六棱塊208進入凹槽209內將轉軸207鎖死不再轉動的結構，轉軸207—端設有位于六棱塊208外側的圓形手柄210，轉軸207另一端設有堵頭211，構成堵頭211阻止轉軸207從支架206上脫出的結構。
[0013]所述的托盤501上焊接有十字型鋼管506。
[0014]所述的承荷平臺3包括多個承荷梁303，承荷梁303插入到十字型鋼管506內，構成承荷平臺3與反力荷載傳遞裝置5連接在一起的結構，承荷梁303端部經“T”型管310和正三通管311連接，構成承荷平臺3穩定的結構。
[0015]所述的承荷梁303為內梁301和外梁302內外套接且可伸縮的結構，外梁302上在外梁302與內梁301接口處設有固定帶304，固定帶304上穿設有緊固裝置305，緊固裝置305包括圓形的壓緊頭306，壓緊頭306非圓心位置連接有可轉動長桿307，長桿307端部連接有可轉動短桿308，壓緊頭306上固接有壓柄309。
[0016]所述的架腿2的上架腿201插入到正三通管311內。
[0017]所述的架腿2上固定數顯百分表6的磁力座602，磁力座602上伸出有機械臂603，機械臂603連接數顯百分表6，構成數顯百分表6位置和角度可調的結構。
[0018]所述的電動千斤頂504和數顯百分表6連接控制箱7，控制箱7內設有操作電腦8，構成操作電腦8控制電動千斤頂504的伸長和數顯百分表6將數據反饋到電腦上8的結構。
[0019]本發明還包括地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟:
第一步:安裝試驗裝置
第1.1步，根據地基/基礎試驗模型尺寸，將各個可伸縮的承荷梁303調整到要求的尺寸，使用“T”型管310和正三通管311將承荷梁303連接成承荷平臺3，并穿過托盤501上方的十字型鋼管506，將承荷平臺3與反力荷載傳遞裝置5連接到一起；
第1.2步，根據地基/基礎試驗模型尺寸，調節架腿2的長度，拉動手柄210使六棱塊208脫出凹槽209，轉動手柄210，通過齒輪204帶動齒條203運動，從而調節上架腿201在下架腿202內的長度，使得架腿2總長度得以改變，根據上架腿201上的刻度212，將架腿2長度設置好后，推動手柄210使六棱塊208進入凹槽209內，使得上架腿201和下架腿202的位置固定；第1.3步，將架腿2插入承荷平臺3四周的正三通管311內，連接架腿2與承荷平臺3，并將裝置放置在實驗地點；
第1.4步，將一定數量的配重塊4在承荷平臺3上方沿中心對稱放置，如果承荷平臺3面積較小，可將配重塊4堆疊為多層；
第1.5步，觀察測平儀502，并根據測平儀502調整腳墊I的高度，使得承荷平臺3保持水平；
第二步:安裝測量設備
第2.1步，將數顯百分表6的磁力座602固定在架腿2上，通過機械臂603控制數顯百分表6，使數顯百分表6的指針601垂直方向與荷載盤505接觸并產生壓力，并將數顯百分表6歸零操作，精度要求高時可設置多個數顯百分表6;
第2.2步，將電動千斤頂504和數顯百分表6的接線連接到控制箱7的電腦8上；
第三步:試驗方法與數據記錄
第3.1步，安裝好試驗設備后，靜置24小時，消除本身重量對地面沉降等造成的影響，提高試驗的準確度；
第3.2步，將電動千斤頂504和數顯百分表6歸零，在電腦8上設定施加荷載的方式和時間；
第3.3步，荷載施加
a.恒載時，在對應的程序上設定荷載和時間即可；
b.連續/逐級荷載時，在對應的程序上設定每級荷載和每級荷載所需的時間，每級荷載所需時間最小時間為I Omin;
第3.4步，將記錄的數據保存為.Csv文件，以便用excel打開；
第四步:分析數據
將得到的試驗數據進行匯總，根據數顯百分表6反饋的數據分析荷載盤505的沉降情況，并根據數據運用算法消除荷載盤505產生的不均勻沉降導致的試驗誤差。
[0020]本發明相對于傳統的試驗裝置，可以隨時拆除與安裝，便于攜帶，到試驗地點再進行快速組裝，節省時間與步驟，承荷平臺所用承荷梁可以伸縮，可以根據試驗場地的大小隨時調整承荷平臺的大小，架腿可以伸縮的結構可以適應試驗場地的高低不平，且腳墊可以進行微調，保證承荷平臺的受力平衡，多個數顯百分表可以精確測量荷載盤的沉降，且能夠消除不均勻沉降帶來的試驗誤差，精度高，結果準確。
[0021]本發明結構簡單，合理規范，便于組裝并可以根據需要來調節其高度和尺寸，使用方便，使用于各種規模的地基基礎模型試驗的荷載施加，施加方式便于控制，精度較高，而且可以同時記錄連續試驗的荷載和沉降。
【主權項】
1.一種地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，包括承荷平臺(3)，其特征在于，承荷平臺(3)四周安裝有多個可伸縮的架腿(2)，架腿(2)下方連接腳墊(1)，承荷平臺(3)上方放置有多個裝配式配重塊(4)，承荷平臺(3)中心位置連接反力荷載傳遞裝置(5)，反力荷載傳遞裝置(5)包括托盤(501)，托盤(501)上方設有測平儀(502)，托盤(501)下方連接傳力柱(503)，傳力柱(503)上設置有電動千斤頂(504)，電動千斤頂(504)下方設有荷載盤(505)，構成電動千斤頂(504)控制荷載盤(505)上下移動的結構，架腿(2)上伸出有壓在荷載盤(505)上表面的指針(601)，指針(601)連接數顯百分表(6)，構成數顯百分表(6)可以顯示荷載盤(505)沉降的結構。2.根據權利要求1所述的地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，其特征在于，所述的腳墊(I)包括墊板(101)，墊板(101)為不同直徑的剛性圓盤，墊板(101)上連接外管(103)，外管(103)周圍設有刻度盤(104)，刻度盤(104)對應有置于(101)上的(102)，外管(103)與墊板(101)經螺紋(105)連接，構成外管(101)旋轉后調節腳墊(I)高度的結構，外管(103)上方連接有支桿(106)，支桿(106)與外管(103)連接處設有鋼珠(107)，構成外管(103)在支桿(106)外側自由轉動的結構，支桿(106)連接架腿(2)下端。3.根據權利要求1所述的地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，其特征在于，所述的架腿(2)包括上架腿(201)和下架腿(202)，上架腿(201)伸入下架腿(202)內部，上架腿(201)上設有可以讀出架腿(2)長度的刻度(212)，上架腿(201)—側設有齒條(203)，下架腿(202)上與齒條(203)對應邊上設有可與齒條(203)嚙合的齒輪(204)，構成齒輪(204)控制上架腿(201)在下架腿(202)內側位置從而改變架腿(2)長度的結構，下架腿(202)上開設有寬度為齒輪(204)兩倍的長條孔(205)，構成齒輪(202)可在長條孔(205)內移動的結構，長條孔(205)兩側設有支架(206)，支架(206)上連接轉軸(207)，轉軸(207)上設有位于支架(206)外側的六棱塊(208)，支架(206)外側設有與六棱塊(208)對應的六邊形凹槽(209)，構成六棱塊(208)進入凹槽(209)內將轉軸(207)鎖死不再轉動的結構，轉軸(207)—端設有位于六棱塊(208)外側的圓形手柄(210)，轉軸(207)另一端設有堵頭(211)，構成堵頭(211)阻止轉軸(207)從支架(206)上脫出的結構。4.根據權利要求1所述的地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，其特征在于，所述的托盤(501)上焊接有十字型鋼管(506)。5.根據權利要求4所述的地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，其特征在于，所述的承荷平臺(3)包括多個承荷梁(303)，承荷梁(303)插入到十字型鋼管(506)內，構成承荷平臺(3)與反力荷載傳遞裝置(5)連接在一起的結構，承荷梁(303)端部經“T”型管(310)和正三通管(311)連接，構成承荷平臺(3 )穩定的結構。6.根據權利要求5所述的地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，其特征在于，所述的承荷梁(303)為內梁(301)和外梁(302)內外套接且可伸縮的結構，外梁(302)上在外梁(302)與內梁(301)接口處設有固定帶(304)，固定帶(304)上穿設有緊固裝置(305)，緊固裝置(305)包括圓形的壓緊頭(306)，壓緊頭(306)非圓心位置連接有可轉動長桿(307)，長桿(307)端部連接有可轉動短桿(308)，壓緊頭(306)上固接有壓柄(309)。7.根據權利要求5所述的地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，其特征在于，所述的架腿(2)的上架腿(201)插入到正三通管(311)內。8.根據權利要求1所述的地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，其特征在于，所述的架腿(2)上固定數顯百分表(6)的磁力座(602)，磁力座(602)上伸出有機械臂(603)，機械臂(603)連接數顯百分表(6)，構成數顯百分表(6)位置和角度可調的結構。9.根據權利要求1所述的地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置，其特征在于，所述的電動千斤頂(504)和數顯百分表(6)連接控制箱(7)，控制箱(7)內設有操作電腦(8)，構成操作電腦(8)控制電動千斤頂(504)的伸長和數顯百分表(6)將數據反饋到電腦上(8)的結構。10.—種上述地基基礎模型試驗用反力荷載施加裝置的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步:安裝試驗裝置 第1.1步，根據地基/基礎試驗模型尺寸，將各個可伸縮的承荷梁(303)調整到要求的尺寸，使用“T”型管(310)和正三通管(311)將承荷梁(303)連接成承荷平臺(3)，并穿過托盤(501)上方的十字型鋼管(506)，將承荷平臺(3)與反力荷載傳遞裝置(5)連接到一起； 第1.2步，根據地基/基礎試驗模型尺寸，調節架腿(2)的長度，拉動手柄(210)使六棱塊(208)脫出凹槽(209)，轉動手柄(210)，通過齒輪(204)帶動齒條(203)運動，從而調節上架腿(201)在下架腿(202)內的長度，使得架腿(2)總長度得以改變，根據上架腿(201)上的刻度(212)，將架腿(2)長度設置好后，推動手柄(210)使六棱塊(208)進入凹槽(209)內，使得上架腿(201)和下架腿(202)的位置固定； 第1.3步，將架腿(2)插入承荷平臺(3)四周的正三通管(311)內，連接架腿(2)與承荷平臺(3)，并將裝置放置在實驗地點； 第1.4步，將一定數量的配重塊(4)在承荷平臺(3)上方沿中心對稱放置，如果承荷平臺(3)面積較小，可將配重塊(4)堆疊為多層； 第1.5步，觀察測平儀(502)，并根據測平儀(502)調整腳墊(I)的高度，使得承荷平臺(3)保持水平； 第二步:安裝測量設備 第2.1步，將數顯百分表(6)的磁力座(602固定在架腿(2)上，通過機械臂(603)控制數顯百分表(6)，使數顯百分表(6)的指針(601)垂直方向與荷載盤(505)接觸并產生壓力，并將數顯百分表(6)歸零操作，精度要求高時可設置多個數顯百分表(6); 第2.2步，將電動千斤頂(504)和數顯百分表(6)的接線連接到控制箱(7)的電腦(8)上； 第三步:試驗方法與數據記錄 第3.1步，安裝好試驗設備后，靜置24小時，消除本身重量對地面沉降等造成的影響，提高試驗的準確度； 第3.2步，將電動千斤頂(504)和數顯百分表(6)歸零，在電腦(8)上設定施加荷載的方式和時間； 第3.3步，荷載施加 a.恒載時，在對應的程序上設定荷載和時間即可； b.連續/逐級荷載時，在對應的程序上設定每級荷載和每級荷載所需的時間，每級荷載所需時間最小時間為I Omin; 第3.4步，將記錄的數據保存為.Csv文件，以便用excel打開； 第四步:分析數據 將得到的試驗數據進行匯總，根據數顯百分表(6)反饋的數據分析荷載盤(505)的沉降 情況，并根據數據運用算法消除荷載盤(505)產生的不均勻沉降導致的試驗誤差。
【文檔編號】E02D33/00GK105821913SQ201610205840
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月6日
【發明人】夏英志, 梁華宇, 陶東, 王功浩, 李俊偉, 陳軻, 謝曉亮, 馬桂杰, 李輝, 付永勝
【申請人】河南城建學院