[實用新型]一種橋梁深水基礎三向靜動力加載模型試驗平臺

有效

• 申請號: 201320582827.9
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN203639954U
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 劉高;張喜剛;過超;付佰勇
• 申請（專利權）人: 中交公路長大橋建設國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本實用新型涉及基礎工程技術領域，具體涉及一種橋梁深水基礎三向靜動力加載模型試驗平臺。

背景技術

隨著橋梁建設從內陸走向外海，深水、軟基、強風、急流、波浪、強震等建設條件更加復雜，所需的橋梁跨徑也越來越大。與中小跨徑橋梁基礎相比，長大橋梁深水基礎不僅需要承受更大的豎向荷載，還由于面臨船撞、強震、大風、巨浪等災害作用產生的巨大水平力，這些水平力及其引起的附加彎矩對基礎的作用甚至能達到與豎向力相同的量級，基礎的受力模式和承載性能明顯異于常規的內河及陸上的橋梁基礎，豎向力、多點水平力、彎矩、扭矩等的共同靜、動力作用是長大橋深水基礎的主要特點，也是目前國內外研究較薄弱的部分。

由于土體材料的各向異性和分布的不均勻性，巖土工程領域的各種理論及數值模擬方法均存在諸多假定。因此，模型試驗是研究地基基礎的最有效方法之一，跨海工程或長大橋梁在初步設計、施工圖設計及施工階段都要安排相關的深水基礎模型試驗，用于檢驗基礎受力性能及關鍵工藝的可靠性、校核理論分析與數值模擬結果的合理性、為設計施工提供技術支撐。國內外常用的深水基礎模型試驗主要有離心模型試驗、室內及現場比尺模型試驗等幾類。離心模型試驗優點在于可以用較小的模型重現原型應力場，其不足之處在于土的顆粒尺寸效應，此外由于模型尺寸較小，測量儀器的選擇、布置和埋設比較困難；現場模型試驗與原型的一致性較好，但費用昂貴、周期長、干擾因素多，多數作為一些重要工程的最終驗證。所以，利用模型試驗平臺開展大比尺或足尺模型試驗是揭示橋梁深水基礎承載性能、檢驗理論設計方法、開發新型結構的有效手段，在國內外已得到廣泛應用。

目前國內已有的試驗平臺如大型樁基模型試驗系統、地基與邊坡工程模型試驗平臺等規模較大，能開展大比尺模型試驗研究，但試驗對象主要針對常規的建筑結構基礎等主要承受上部結構及基礎自重荷載為主，試驗平臺偏重于豎向荷載模擬，無法實現真三維加載。部分試驗平臺在技術上進行了改良，實現了多向加載和水位模擬等功能。如城市地下工程模擬試驗系統，可對多種類型的城市地下工程實現三維加載及地下水影響模擬試驗，但這類試驗平臺的槽體結構為較小尺寸的鋼結構，加載能力有限，且水平向作動器需沿立柱安裝而無法靈活調整加載位置，可實現的加載方式仍較為單一。

因此，重點突破現有基礎試驗平臺加載方式單一、偏重于豎向力作用模擬等薄弱環節，開發可移動式多點加載裝置和水位模擬系統，搭建一種橋梁深水基礎三向靜動力加載模型試驗平臺，既能針對深水基礎的特點模擬多方向靜動力荷載，又能開展不同地質及水位條件下多類型基礎多工況試驗，對于基礎工程的發展具有重要意義。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

為了克服現有土工模型試驗技術的不足，本實用新型的主要目的是提供一種橋梁深水基礎三向靜動力加載模型試驗平臺，使其能夠模擬豎向、橫橋向、縱橋向所受的豎向力、水平力、彎矩、扭矩單一或組合工況的靜動力作用，能夠比較真實地模擬三向靜動力作用下地基土—水—橋梁深水基礎—橋塔(墩)的相互作用。

(二)技術方案

為達到上述目的，本實用新型提供了一種橋梁深水基礎三向靜動力加載模型試驗平臺，該平臺包括：用于設置地基土30、水位31、深水基礎模型32和橋塔模型33的試驗基槽1；安裝于試驗基槽1的頂部用于給模型施加豎向靜動力作用的豎向加載系統2；安裝于試驗基槽1的內側壁上部用于給模型施加兩個及以上水平向靜動力作用的水平雙向加載系統3；以及安裝于試驗基槽1的底部及外側壁外側用于試驗基槽1內給排水及試驗水位控制的水位模擬系統4。

上述方案中，所述試驗基槽1包括實體鋼筋混凝土底板5、實體鋼筋混凝土側壁板6和帶加載孔的反力墻7。在所述試驗基槽1外圍上部沿帶加載孔的反力墻7布置有安裝操作室8，作為將水平雙向加載系統3安裝在帶加載孔的反力墻7上的操作空間。

上述方案中，所述豎向加載系統2包括橫梁9、立柱10、滑動導軌11、雙向滑動板12、豎向電液伺服作動器13和球形鉸14，其中：橫梁9安裝在立柱10上，安裝位置能夠沿立柱10上下調整；立柱10安裝在滑動導軌11上；滑動導軌11預埋于試驗基槽1的頂部；雙向滑動板12固定于橫梁9上；豎向電液伺服作動器13安裝在雙向滑動板12上；球形鉸14位于豎向電液伺服作動器13的下端。在水平高頻動載作用下，豎向電液伺服作動器13上端用球形鉸14替代雙向滑動板12，加載過程中通過控制系統實時計算修正水平向電液伺服作動器17的荷載值，消除豎向電液伺服作動器13角度變化引起的荷載偏差。