[發(fā)明專利]模型樁動(dòng)力循環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810034655.5
• 申請(qǐng)日: 2008-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN101532930A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃雨;黃清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/00
• 分類號(hào): G01N3/00;E02D33/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種樁基科研試驗(yàn)系統(tǒng)，尤其涉及室內(nèi)模型樁動(dòng)力循環(huán)試驗(yàn)系 統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，在進(jìn)行地下樁基的研究中，模型試驗(yàn)是廣為應(yīng)用的研究手段。隨著近 年來諸如海洋石油鉆井平臺(tái)、大型吊裝機(jī)械廠房、高速鐵路以及高壓輸電塔等 高、大、深、重建(構(gòu))筑物的大量興建，建(構(gòu))筑基樁所承受的荷載不再 僅局限于靜載，還承受巨大的風(fēng)暴荷載、波浪荷載、機(jī)械荷載、車輛荷載以及 風(fēng)荷載等動(dòng)荷載的作用，其受力往往具有如下特點(diǎn)：(1)循環(huán)荷載頻率較低；(2) 加載的時(shí)間相對(duì)較短；(3)基樁循環(huán)位移幅值大。因此，在前述所介紹的重大 高深建(構(gòu))筑物建造中，進(jìn)行基樁承載力設(shè)計(jì)時(shí)，除應(yīng)符合規(guī)范中有關(guān)靜力 荷載的要求之外，有必要考慮循環(huán)荷載效應(yīng)。

在樁基工程中，由于進(jìn)行群樁或者單樁試驗(yàn)需要花費(fèi)大量的人力、物力和時(shí) 間，或因場(chǎng)地條件等因素的限制無法進(jìn)行原位試驗(yàn)。在這種情況下，模型試驗(yàn) 成為研究、探索和解決問題的一種有效方法。樁的模型試驗(yàn)是根據(jù)樁基的實(shí)際 工作狀態(tài)，進(jìn)行合理全面的構(gòu)思，建立與原形具有相似性規(guī)律的模型，借助科 學(xué)儀器和設(shè)備，人為的控制試驗(yàn)條件，研究樁基在某一或某些情況時(shí)的受力變 形特性的試驗(yàn)。它在裝基礎(chǔ)的理論研究應(yīng)用、設(shè)計(jì)以及施工階段都占有重要的 地位。它不僅為樁基的理論研究提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)論證，而且為工程設(shè)計(jì)提 供依據(jù)進(jìn)而指導(dǎo)工程實(shí)踐。

研究、開發(fā)滿足相似準(zhǔn)則的模型試驗(yàn)，對(duì)學(xué)術(shù)研究和工程建設(shè)具有重要意義。 模型試驗(yàn)的基本原則是使模型與原形具有全面相似性，即模型試驗(yàn)的相似律。 它是將模型試驗(yàn)的各個(gè)物理量按一定的關(guān)系聯(lián)系在一起，以全面代表實(shí)際原形。 常用的相似律有力學(xué)相似和幾何相似。通常將量綱分析法用于相似模型的試驗(yàn) 研究，可用來確定相似判斷，進(jìn)行模型設(shè)計(jì)。

以往研究使用的設(shè)備中存在如下局限：第一，模型槽的尺寸較小，一般大小 的鋼槽難以模擬實(shí)際無限大的地層情況及其力學(xué)特性，因而不能真實(shí)反映實(shí)際 樁-土相互作用。若進(jìn)行原型樁或現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)，費(fèi)用昂貴且試驗(yàn)條件往往不穩(wěn) 定，很難得到滿意的試驗(yàn)結(jié)果；第二，靜力研究可通過砝碼準(zhǔn)確進(jìn)行加載，然 而動(dòng)力研究所用的加載設(shè)備在控制精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性上稍顯不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種可供科研用的模型樁動(dòng)力循環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，它不但 能夠精確控制試驗(yàn)的加載條件，得到高精度的測(cè)量結(jié)果，最大限度的減小以往 試驗(yàn)中由于模型箱尺寸太小帶來的“模型箱效應(yīng)”，而且具有可靠的長(zhǎng)期穩(wěn)定性， 能夠用于較長(zhǎng)周期的試驗(yàn)研究。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是：

模型樁動(dòng)力循環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括模型槽、壓力架、加載裝置、信號(hào)發(fā)生系統(tǒng) 和數(shù)據(jù)采集裝置，加載裝置通過壓力架與模型槽連接固定，對(duì)樁體施加荷載， 數(shù)據(jù)采集裝置通過信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)與受力樁體相連，測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，該模型槽的底部為防水結(jié)構(gòu)，且在底部中心位置設(shè)有注水管道，槽 口均勻布置有多個(gè)用于模型槽的吊裝以及固定反力架的圓形螺栓孔。

該模型槽為圓筒形鋼槽，其直徑大于5倍模型樁的樁徑，深度超過一倍樁長(zhǎng)。

該加載裝置為改進(jìn)的C.K.C循環(huán)三軸儀，其采用了較長(zhǎng)的高壓導(dǎo)氣管件以及 量程范圍適用于較高壓力下的壓力傳感器。

該加載裝置通過氣缸控制加載，采用小氣缸控制可達(dá)到較高的控制精度，采 用大氣缸控制則可達(dá)到最大激振力10kN。

信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)包括應(yīng)變放大器、壓力傳感器、位移傳感器、應(yīng)變片，壓力傳 感器、位移傳感器和應(yīng)變片設(shè)于氣缸下，并將測(cè)得信號(hào)通過應(yīng)變放大器放大。

應(yīng)變放大器連接兩片補(bǔ)償片和兩片測(cè)試片組成全橋電路，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)放大并 傳送給與其相連的數(shù)據(jù)采集裝置。

該補(bǔ)償片設(shè)在非受力的另一模型樁體上，并埋置于受力樁體遠(yuǎn)處。

由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：本發(fā)明采用了較大的模型試驗(yàn) 槽，能夠最大限度的減小模型試驗(yàn)中普遍存在的“模型箱效應(yīng)”，且同時(shí)集成了 具有高精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的加載裝置以及量測(cè)裝置，能夠精確真實(shí)的反映模型 試驗(yàn)過程中各實(shí)測(cè)參數(shù)的變化，對(duì)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究具有重要的意義。另外， 通過注水管道控制實(shí)驗(yàn)的含水條件，可以靈活的選擇飽水試驗(yàn)或者干土試驗(yàn)。

附圖說明

圖1為反力架主支撐架左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為連接反力架與加載裝置的鋼板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為反力架主支撐架俯視結(jié)構(gòu)示意圖。