專利名稱：模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種模型試驗加載裝置，尤其是涉及一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置。
背景技術：
隨著我國國民經濟的持續快速增長，越來越多交通工程陸續興建，包括高速公路、 高速鐵路以及跨江、跨海大橋等。在這些工程中，上部結構在運行期內要承擔風、海浪、交通等具有周期性的循環荷載，因此，樁基除了要承擔上部結構自重產生的恒載之外，還要長期承擔一定幅值的循環荷載。針對高速交通橋梁樁基來說，面臨兩個問題需要解決一是樁基在高速荷載作用下的動力特性問題，如在軟土中樁的動承載力、樁頂豎向累積位移、樁頂振動位移幅值以及動剛度等，這不僅是橋梁樁基抗震承載力評價的需要，同時也是評價車輛過橋舒適性問題的需要；二是橋梁樁基的沉降問題，尤其是通車后的沉降，包括車輛動力荷載引起的沉降和恒載長期作用下引起的沉降，為保證車輛運行的長期平順性，對橋梁樁基的沉降研究是必要的。這兩個問題的實質是樁基在軸向循環荷載下的承載和變形特性問題。橋梁樁基除受交通荷載產生的軸向循環荷載外，還受到由于波浪、風力等環境荷載的水平循環作用。水平循環荷載作用下樁土之間的關系更加錯綜復雜，使樁產生與短期靜載明顯不同的作用效應①循環荷載作用下，樁的水平位移會有較大的增大，在樁的水平位移增大的同時，土的水平地基系數減小，水平承載力降低，其減小和降低的程度與土質、 循環次數等因素有較大關系。②往復荷載下的樁土系統發生軟化現象，即當水平位移達到一定程度后，隨著位移的增大土抗力逐漸減小。③對于承受波浪等循環荷載的樁，由于荷載循環次數的增加而且積累剩余變形，當變形穩定時會產生樁的震蕩破壞。對軸向和水平向循環荷載作用下，樁基承載及變形特性的研究已成為土木工程建設亟待解決的難點問題，然而目前國內外還缺乏實用有效的分析方法，對此類問題的分析通常是依靠工程經驗估算，具有很大的盲目性。為彌補理論分析的局限性，對于重要工程， 需要結合室內模型試驗進行分析，其中的關鍵技術是如何模擬樁基受軸向和水平向雙向循環荷載的作用，而目前尚未發現有關該問題的報道。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種適用范圍廣、模擬精度高的模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置，其特征在于，包括承載框架；模型槽，該模型槽安裝在承載框架內部；模型樁，該模型樁設在模型槽內；
垂向加載框架，該垂向加載框架連接在承載框架上端；垂向加載橫梁，該垂向加載橫梁連接在垂向加載框架上；垂向加載作動器，該垂向加載作動器一端固定在垂向加載橫梁上，另一端垂直對準模型樁；水平向加載作動器，該水平向加載作動器一端固定在垂向加載框架上，另一端水平對準模型樁。所述的模型槽包括槽鋼骨架、有機玻璃和加固角鋼，所述的槽鋼骨架的前后左右四面通過有機玻璃密封，所述的加固角鋼設置在槽鋼骨架的中間部位。所述的承載框架由鋼材焊接而成。所述的承載框架上設有可拆卸的支撐梁。所述的垂向加載框架兩側翼緣上各設有兩排可調節垂向加載橫梁高度的螺孔。所述的垂向加載框架一端設有無級微調孔槽。所述的水平向加載作動器沿垂向加載框架上的無級微調孔槽調節高度，并通過螺栓鎖緊。所述的垂向加載作動器沿垂向加載橫梁調節到任意位置并通過螺栓鎖緊。與現有技術相比，本發明具有以下優點適用范圍廣、模擬精度高，突破了現有試驗裝置進行垂向和水平向循環加載的限制，能夠模擬多種荷載的組合加載工況，且作動器的位置任意可調，能夠很好的適應模型樁的布置情況。
圖1為本發明的主視結構示意圖；圖2為本發明的測試結構示意圖；圖3為本發明的俯視結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例如圖1-3本發明模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置包括承載框架 1、槽鋼骨架2、有機玻璃3、垂向加載框架4、螺孔5、螺栓6、無級微調孔槽7、垂向加載橫梁 8、水平加載作動器9、垂向加載作動器10、模型樁11、支撐梁12。模型槽由槽鋼骨架2和有機玻璃3構成，并在模型槽中間部位設置加固角鋼13，使用有機玻璃3可方便觀察試驗中土體及樁的位移情況；模型槽和承載框架獨立設計加工，模型槽可由一端推入承載框架1 ；垂向加載框架4可通過螺栓6固定在承載框架1的上部槽鋼上，位置可任意調節；垂向加載框架4上設有均布螺孔5，垂向加載橫梁8通過螺栓連接在垂向加載框架4上，通過連接不同的螺孔來調節垂向加載橫梁8的高度；垂向加載框架4接近模型槽的一端，設有一定長度的孔槽7，水平向加載作動器9的高度可通過孔槽7進行無級微調；垂向加載作動器10與垂向加載橫梁8通過螺栓6連接，且位置任意可調。如圖1-3所示，模型槽長為1200mm，高為1200mm，寬為800mm，由槽鋼骨架2和有機玻璃3構成，并在模型槽中間部位設置加固角鋼13，寬度為75mm，厚度為5mm，有機玻璃3 厚度為10mm，便于觀測土體內部位移，承載框架1長為1800mm，高為2570mm，寬為1300mm， 由槽鋼和工字鋼焊接而成，其上的支撐梁12與承載框架1通過螺栓連接，拆卸簡便，以實現模型槽從一端推入承載框架1中，垂向加載框架4為兩塊腹板和兩塊翼緣組成的型鋼，翼緣寬度為100mm，厚度為10mm，腹板寬度為100mm，厚度為10mm，高度為1250mm，可通過螺栓6 固定在承載框架1的上部槽鋼上，且位置可沿槽鋼長度方向任意調節，垂向加載框架4的翼緣兩側各等距設置15個螺孔5，垂向加載橫梁8為H型鋼，翼緣寬度為100mm，厚度為10mm， 腹板寬度為100mm，腹板厚度為10mm，通過螺栓連接在垂向加載框架4上，連接不同的螺孔 5來調節垂向加載橫梁8的高度；垂向加載框架4接近模型槽的一端，設有無級微調孔槽7， 無級微調孔槽7長度為150mm，寬為50mm，水平向加載作動器9的加載端頭和連系梁可穿過無級微調孔槽7，高度可通過無級微調孔槽7進行無級微調，并通過螺栓固定；垂向加載作動器10與垂向加載橫梁8通過螺栓6連接，且位置任意可調。調整垂向加載框架4、垂向加載橫梁8、水平向加載作動器9和垂向加載作動器10的位置，使作動器加載端與樁帽相連， 通過外部計算機控制加載作動器行為，即可實現對樁帽的循環加載模型試驗。
本裝置的工作過程在模型槽中裝填試驗用土體，土體中埋置試驗模型樁，可以進行單樁、群樁的半模或全模試驗，調整垂向加載框架4的位置，使其與樁帽中心共面，并固定在承載框架1上，調整垂向加載橫梁8的高度，將其固定在垂向加載框架4上，調整垂向加載作動器10的位置，使其下端對準樁帽中心，上端固定在垂向加載橫梁8上；水平向加載作動器9與固定在垂向加載框架4上，通過無級微調孔槽7微調其高度，使其滿足加載位置滿足要求；通過外部計算機控制，即可對樁實現雙向循環加載等多種荷載組合工況，并可即時記錄加載情況，包括荷載頻率、大小、波形等；通過測量裝置可收集數據，分析模型樁的承載及變形特性，以及樁周土體發生的位移情況。
權利要求
1.一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置，其特征在于，包括承載框架；模型槽，該模型槽安裝在承載框架內部；模型樁，該模型樁設在模型槽內；垂向加載框架，該垂向加載框架連接在承載框架上端；垂向加載橫梁，該垂向加載橫梁連接在垂向加載框架上；垂向加載作動器，該垂向加載作動器一端固定在垂向加載橫梁上，另一端垂直對準模型樁；水平向加載作動器，該水平向加載作動器一端固定在垂向加載框架上，另一端水平對準模型樁。
2.根據權利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置，其特征在于，所述的模型槽包括槽鋼骨架、有機玻璃和加固角鋼，所述的槽鋼骨架的前后左右四面通過有機玻璃密封，所述的加固角鋼設置在槽鋼骨架的中間部位。
3.根據權利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置，其特征在于，所述的承載框架由鋼材焊接而成。
4.根據權利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置，其特征在于，所述的承載框架上設有可拆卸的支撐梁。
5.根據權利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置，其特征在于，所述的垂向加載框架兩側翼緣上各設有兩排可調節垂向加載橫梁高度的螺孔。
6.根據權利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置，其特征在于，所述的垂向加載框架一端設有無級微調孔槽。
7.根據權利要求6所述的一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置，其特征在于，所述的水平向加載作動器沿垂向加載框架上的無級微調孔槽調節高度，并通過螺栓鎖緊。
8.根據權利要求1所述的一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置，其特征在于，所述的垂向加載作動器沿垂向加載橫梁調節到任意位置并通過螺栓鎖緊。
全文摘要
本發明涉及一種模擬橋梁樁基礎受雙向循環荷載作用的試驗裝置，包括承載框架；模型槽，該模型槽安裝在承載框架內部；模型樁，該模型樁設在模型槽內；垂向加載框架，該垂向加載框架連接在承載框架上端；垂向加載橫梁，該垂向加載橫梁連接在垂向加載框架上；垂向加載作動器，該垂向加載作動器一端固定在垂向加載橫梁上，另一端垂直對準模型樁；水平向加載作動器，該水平向加載作動器一端固定在垂向加載框架上，另一端水平對準模型樁。與現有技術相比，本發明具有適用范圍廣、模擬精度高等優點。
文檔編號E02D33/00GK102518152SQ201110366769
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者木林隆, 李彥初, 梁發云, 黃茂松 申請人:同濟大學