[發明專利]模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201911020720.3
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110607811A
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 陳耀春;王新國;吳文兵;姚趙田;余興勝;李波;柏華軍;秦寰宇
• 申請（專利權）人: 中鐵第四勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 11228 北京匯澤知識產權代理有限公司
• 代理人: 秦曼妮

1.一種模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置，其特征在于：包括模型組件、加載系統、控制系統以及數據采集系統；

所述模型組件包括模型箱、承臺以及多個模型樁，所述承臺設置于所述模型箱中，多個所述模型樁均固定在所述承臺下方且下部通過試驗土樣埋置于所述模型箱中；

所述加載系統包括水平反力架和伺服電動缸，所述水平反力架安裝在所述模型箱的頂端，所述伺服電動缸固定在所述水平反力架上，所述伺服電動缸的活塞桿的前端與所述承臺的上表面抵接；

所述控制系統包括PLC控制器、伺服驅動器以及上位機PC，所述上位機PC與所述PLC控制器電連接，所述PLC控制器與所述伺服驅動器電連接，所述伺服驅動器與所述伺服電動缸電連接，所述上位機PC用于對所述PLC控制器進行編程以輸入用于模擬高鐵橋梁運營荷載的不同的靜態波和正弦波的疊加波形和頻率，所述伺服驅動器用于根據所述PLC控制器的相關指令控制所述伺服電動缸對所述承臺施加相應的荷載；

所述數據采集系統包括位移傳感器、應變片以及應變儀，所述位移傳感器安裝在所述承臺上，所述應變片具有多個且布置在各所述模型樁內部，所述位移傳感器以及各所述應變片均與所述應變儀連接，所述應變儀與數據處理計算機連接。

2.如權利要求1所述的模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置，其特征在于：還包括設置于所述伺服電動缸的活塞桿以及所述承臺之間的壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述伺服驅動器電連接，所述壓力傳感器用于測量承臺實際受到的荷載信號并反饋給所述伺服驅動器，所述伺服驅動器用于根據所述壓力傳感器反饋的信號調節伺服電動缸施加給承臺的荷載。

3.如權利要求1所述的模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置，其特征在于：所述水平反力架與所述模型箱可拆卸連接。

4.如權利要求1所述的模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置，其特征在于：所述壓力傳感器固定于所述伺服電動缸的活塞桿的前端或者固定于所述承臺的上表面且與所述伺服電動缸的活塞桿垂直接觸。

5.如權利要求1所述的模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置，其特征在于：所述模型樁為空心的金屬管，所述應變片粘貼于所述模型樁的內壁上，所述模型樁的上部設置有用于供所述應變片的導線穿出的圓孔。

6.如權利要求5所述的模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置，其特征在于：所述模型樁包括兩個半圓樁，兩個半圓樁的頂部和底部均設有相對的固定孔，通過螺栓穿過相對的兩個固定孔將兩個半圓樁連接閉合。

7.如權利要求1所述的模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置，其特征在于：所述應變片的表面涂抹有硅膠。

8.一種如權利要求1-7任一所述的模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置的加載試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）根據實際高鐵橋梁運營荷載的振動特征通過上位機PC對PLC控制器進行編程，以輸入用于模擬高鐵橋梁運營荷載的靜態波和正弦波的疊加波形和頻率；

（2）伺服驅動器接收PLC控制器的相關指令并驅動伺服電動缸對承臺施加荷載；

（3）壓力傳感器將測得的承臺實際受到的荷載信號反饋給伺服驅動器，伺服驅動器根據反饋的信號調節伺服電動缸施加給承臺的荷載；

（4）加載試驗過程中，位移傳感器、應變片以及應變儀實時采集相應的數據并傳遞給數據處理計算機。

9.如權利要求8所述的模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置的加載試驗方法，其特征在于：所述步驟（1）中，采用靜態波和三組動態的正弦波疊加的激振力函數來模擬實際高鐵橋梁運營荷載的振動特性，其函數形式為：

式中F(t)為高鐵橋梁實際運營荷載，P_O為橋梁上部結構自重，P₁、P₂、P₃分別為三組正弦波的振動幅值，ω₁、ω₂、ω₃分別為三組正弦波的振動頻率。

10.如權利要求8所述的模擬高鐵橋梁運營荷載的群樁加載試驗裝置的加載試驗方法，其特征在于：在上位機PC中對荷載的加載量、維持時間、加載裝置的開關進行人為控制。