[發(fā)明專利]一種采用橡膠和原木模擬彈性地基的裝置和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810370250.2
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN110686968A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張望喜;王雄;肖龍杰
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01B7/16
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本發(fā)明公開了一種采用橡膠和原木模擬彈性地基的裝置和方法，該模擬裝置包括用于測量支承力大小的原木塊，用于控制變形大小的橡膠塊，用于定位橡膠和原木塊的格柵和用于支承原木塊、橡膠塊和格柵的底座。該模擬地基的方法，包括：1.橡膠原木支承單元選定和設(shè)計；2.在原木塊兩個或四個側(cè)面布置電阻應(yīng)變片或其它應(yīng)變計，連接應(yīng)變采集儀；3.在材料試驗機或其它高一級計量裝置上對橡膠原木單元進行標定；4.橡膠原木支承單元頂部變形通過位移計測量；5.橡膠原木單元間距和承載性能設(shè)計。本發(fā)明設(shè)計合理、加工制作方便且安全經(jīng)濟，能簡便、高效完成實際地基性能的模擬，并可反復(fù)用于土－結(jié)構(gòu)相互作用試驗研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木工程土—結(jié)構(gòu)相互作用研究領(lǐng)域，尤其是涉及土—結(jié)構(gòu)相互作用試驗研究中的彈性地基模擬方法。

背景技術(shù)

土木工程中，建筑物或構(gòu)造物均通過一定的傳力路線將上部荷載從上向下傳遞到基礎(chǔ)，再傳給地基(持力層)，地基土與基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)之間存在相互作用，土—結(jié)構(gòu)相互作用(Soil-Structure Interaction，簡稱SSI)是土木工程領(lǐng)域重點研究的內(nèi)容之一。土—結(jié)構(gòu)相互作用研究方法包括試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬等。

試驗研究土—結(jié)構(gòu)相互作用時，地基的模擬是研究者必須面對的問題。在上部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)作用下，基礎(chǔ)底部的地基會產(chǎn)生反力和變形，反力和變形的大小及分布與地基性能、上部結(jié)構(gòu)性能和所承受的荷載及作用有關(guān)。

土—結(jié)構(gòu)相互作用試驗研究中，地基的設(shè)置和模擬是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其直接影響試驗結(jié)果甚至試驗的成敗。大多數(shù)情況下，用真實土體按實際結(jié)構(gòu)所在的場地土的真實情況進行試驗?zāi)M是不太現(xiàn)實的。

由于實際土體所固有的復(fù)雜性，理想化彈性地基模型被應(yīng)用于模擬分析土—結(jié)構(gòu)相互作用時土介質(zhì)的反應(yīng)。Winkler(1867)最早提出的理想化地基模型假設(shè)地基由一系列各自獨立且互不影響的彈簧組成，彈簧常數(shù)k稱為基床系數(shù)。

基于Winkler地基模型的思想，采用彈簧或其它彈性材料來模擬地基，用于土—結(jié)構(gòu)相互作用的研究成為一種新的途徑。傳統(tǒng)的模擬方法，同時實現(xiàn)反力和變形的等效存在困難，且支承力的大小也不便于測量控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有模擬方法和技術(shù)中的不足，提供一種采用橡膠和原木模擬彈性地基的裝置，其設(shè)計合理、加工制作方便且安全經(jīng)濟，能簡便、高效完成實際地基性能的模擬，并可反復(fù)用于土－結(jié)構(gòu)相互作用試驗研究。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種采用橡膠和原木模擬彈性地基的裝置，其特征是：包括粘貼疊放在一起的原木塊(1)和橡膠塊(2)組成橡膠原木支承單元、原木塊側(cè)面粘貼的應(yīng)變片(3)、定位格柵(4)和底座(5)；橡膠原木支承單元性能(荷載－應(yīng)變曲線)通過標定曲線確定；橡膠原木支承單元間距根據(jù)被模擬的地基性能與橡膠原木支承單元性能按地基反力和變形分布等效原則確定。

上述原木塊(1)順紋抗壓，品質(zhì)均勻無裂紋及其它明顯缺陷，平面尺寸根據(jù)原木市場情況確定，一般取80mm×80mm至150mm×150mm；高度一般為截面寬度的1.5至2.5倍。

上述橡膠塊(2)平面尺寸與所粘貼疊加的原木塊平面尺寸一致，根據(jù)性能要求選取成品制作，厚度一般為平面寬度的0.2到0.8倍。

上述應(yīng)變片(3)粘貼在原木塊側(cè)面，對面或四面粘貼，與應(yīng)變儀連接，形成原木塊軸力應(yīng)變測試橋路。

上述格柵(4)一般木結(jié)構(gòu)，也可采用鋁結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)，用于定位橡膠原木支承單元。

上述底座(5)一般木結(jié)構(gòu)，也可采用鋁結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)，用于支承橡膠原木支承單元和格柵。

同時，本發(fā)明還公開了一種步驟簡單、工藝合理、實現(xiàn)方便且高效快捷、效果良好的實現(xiàn)方法，其特征在于該方法包括以下環(huán)節(jié)：