模型樁身內(nèi)力率定裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種粧基模型試驗(yàn)過程中模型粧內(nèi)力測量裝置，具體來說，涉及一種 粧身內(nèi)力率定裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 粧基礎(chǔ)具有較大的承載力、穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)不均勻沉降的能力，對不同地質(zhì)條件有 較強(qiáng)的適應(yīng)能力，雖然已被廣泛使用，但是仍然存在一些有待進(jìn)一步研宄問題?；捇Ｐ驮?驗(yàn)是一種有效且常用的研宄手段。在室內(nèi)模型試驗(yàn)中，粧基礎(chǔ)按一定的模型比尺縮小，粧的 各項(xiàng)性能也按比例縮小，準(zhǔn)確測量粧的受力情況是個(gè)重要的問題。通過在模型粧上貼應(yīng)變 片，通過應(yīng)變片測得的變形來計(jì)算粧的內(nèi)力是目前模型試驗(yàn)中常用的方法。
[0003] 在模型試驗(yàn)中多假定模型粧截面尺寸沿粧長不變、粧身材質(zhì)分布均勻，通過測定 不同粧身截面處應(yīng)變來換算模型粧的內(nèi)力。但是實(shí)際上因制作工藝等多方面因素的影響， 模型粧截面尺寸并非沿粧長嚴(yán)格不變、粧身材質(zhì)分布也非一定均勻。這樣基于應(yīng)變與假定 不變的截面尺寸、材料參數(shù)計(jì)算公式，難以得到完全準(zhǔn)確的粧身內(nèi)力。此外，應(yīng)變片通過膠 水黏貼于模型粧壁，由于膠水影響，那么模型粧應(yīng)變并非都全部傳遞到應(yīng)變片上，同樣影響 試驗(yàn)的結(jié)果精確性。
[0004] 為了能準(zhǔn)確測量出粧的內(nèi)力，就必須對貼完應(yīng)變片后的豐旲型粧進(jìn)彳丁率定，通過率 定直接建立應(yīng)變片數(shù)值與粧身軸力、彎矩的實(shí)測聯(lián)系。已有的粧身軸力率定裝置多利用堆 載的方式對模型粧進(jìn)行加載，加載值通常較小，無法有效模擬模型粧承受較大荷載的情況， 根據(jù)較小荷載值率定的系數(shù)不一定能準(zhǔn)確代表較大荷載時(shí)的情況。而對于彎矩率定，先多 采用將粧平放、施加荷載形成預(yù)定粧身彎矩分布的方法。該方法，一方面無法與軸力率定采 用一套裝置實(shí)現(xiàn)，增大試驗(yàn)成本，此外也與模型粧多豎向設(shè)置承受彎矩作用的實(shí)際情況不 同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于模型粧身內(nèi)力 率定的裝置，該裝置利用小型液壓千斤頂對模型粧精確軸向加載，通過測得模型粧不同位 置應(yīng)變片的應(yīng)變數(shù)值，以求得應(yīng)變片應(yīng)變與所在位置粧身軸力之間的軸力率定系數(shù)。通過 滑輪在粧中段施加集中荷載，通過測得模型粧截面應(yīng)變片的應(yīng)變差，以求得應(yīng)變片應(yīng)變差 與所在粧身截面處彎矩的彎矩率定系數(shù)。從而達(dá)到模型試驗(yàn)更加準(zhǔn)確的測定粧身內(nèi)力的目 的。
[0006] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的模型粧身內(nèi)力率定裝置，包括豎直 的機(jī)架，所述機(jī)架的底部安裝有軸向加載裝置，所述軸向加載裝置上安裝有模型粧，所述機(jī) 架的中部安裝有用于對模型粧中段施加荷載的水平加載裝置，所述軸向加載裝置和水平加 載裝置中均設(shè)有加載傳感器，所述模型粧上設(shè)有應(yīng)變傳感器，所述加載傳感器和應(yīng)變傳感 器通過應(yīng)變采集儀連接到控制中心，所述控制中心與軸向加載裝置控制連接。
[0007] 作為優(yōu)選，所述機(jī)架是由拉桿相連接的底座和承壓頂盤，所述軸向加載裝置包括 液壓千斤頂、傳力底盤和粧尖墊塊，所述粧尖墊塊安裝于承壓頂盤的底部中心，所述液壓千 斤頂安裝于底座的中心，所述傳力底盤安裝于液壓千斤頂?shù)纳戏?，所述模型粧安裝于傳力 底盤和粧尖墊塊之間。
[0008] 作為優(yōu)選，所述機(jī)架上安裝有支撐桿，所述水平加載裝置包括安裝于支撐桿上的 上方向支架、水平受力支架和下方向支架，所述上方向支架、水平受力支架和下方向支架上 均具有用于穿設(shè)模型粧的過孔，所述水平受力支架上安裝有滑輪和傳力架，所述傳力架上 具有用于加載水平載荷的觸點(diǎn)，所述傳力架與承力盤通過鋼絲繩連接，所述鋼絲繩繞設(shè)于 滑輪上。
[0009] 作為優(yōu)選，所述加載傳感器包括壓力傳感器和拉力傳感器，所述壓力傳感器安裝 于軸向加載裝置與模型粧之間，所述拉力傳感器安裝于鋼絲繩上。
[0010] 作為優(yōu)選，所述液壓千斤頂、傳力底盤、壓力傳感器、模型粧和粧尖墊塊的中軸線 位于同一豎直線上；所述傳力拉桿是安裝于底座和承壓頂盤的四個(gè)角部的四條拉桿，其安 裝處通過拉桿固定螺栓固定連接。
[0011] 作為優(yōu)選，所述上方向支架的過孔孔處具有可拆卸的夾塊，所述下方向支架的過 孔處具有可拆卸的夾塊。
[0012] 作為優(yōu)選，所述支撐桿包括兩段直徑不同下支撐桿和上支撐桿，所述上支撐桿套 入下支撐桿中，所述下支撐桿上設(shè)有用于調(diào)整支撐桿長度的支撐桿調(diào)整螺栓。
[0013] 作為優(yōu)選，所述在支撐桿上具有通槽，所述滑輪安裝于通槽內(nèi)。
[0014] 作為優(yōu)選，所述液壓千斤頂連接到液壓泵，所述控制中心是計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)與 液壓泵相連接。
[0015] 使用時(shí)，本發(fā)明的用于模型粧身內(nèi)力率定的裝置包括小型液壓千斤頂、傳力底盤、 支撐桿固定底座、導(dǎo)正塊、下支撐桿、下方向支架、滑輪、上支撐桿、上方向支架、承壓頂盤、 粧尖墊塊、傳力拉桿、水平受力方向支架、模型粧、壓力傳感器、底座、水平傳力架、拉力傳感 器、應(yīng)變片、承力盤、千斤頂固定螺栓、底座固定螺栓、支架固定螺栓、支撐桿調(diào)整螺栓、拉桿 固定螺栓、應(yīng)變采集儀、計(jì)算機(jī)、液壓泵。
[0016] 其中，所述的小型液壓千斤頂通過千斤頂固定螺栓固定于底座的正中央；傳力底 盤搭接在小型液壓千斤頂正上方，且傳力底盤的軸承穿過導(dǎo)正塊；模型粧和壓力傳感器位 于傳力底盤的軸承上方，壓力傳感器位于軸承和模型粧之間；模型粧搭靠在下方向支架和 上方向支架上，且模型粧的粧尖抵壓在粧尖墊塊中央；粧尖墊塊貼覆于承壓頂盤中心點(diǎn)的 下側(cè)；支撐桿固定底座通過底座固定螺栓固定于底座的側(cè)邊；下支撐桿插入支撐桿固定底 座中的凹槽；上支撐桿套入下支撐桿中，通過支撐桿調(diào)整螺栓固定；導(dǎo)正塊通過支架固定 螺栓固定在下支撐桿上，導(dǎo)正塊前側(cè)設(shè)有通孔，讓傳力底盤的軸承穿過；下方向支架和上方 向支架分別固定于支撐桿不同的高度上，且兩個(gè)方向支架都能分為兩部分，通過固定螺栓 固定合并在一起；底座和承壓頂盤通過位于四個(gè)角的傳力拉桿連接，且傳力拉桿和底座、承 壓頂盤連接處的上側(cè)和下側(cè)分別用拉桿固定螺栓固定；在上支撐桿開孔，滑輪固定在上支 撐桿上；水平受力方向支架和滑輪通過同一個(gè)固定螺栓固定在上支撐桿；水平傳力架固定 在水平受力方向支架上，且鋼絲繩繞著滑輪將水平傳力架與承力盤連接在一起，鋼絲繩中 間連著拉力傳感器；應(yīng)變片貼在模型粧的表面，應(yīng)變片、壓力傳感器和拉力傳感器均通過導(dǎo) 線與應(yīng)變采集儀連接；小型液壓千斤頂和液壓泵通過管道連接；應(yīng)變采集儀和液壓泵通過 數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)和控制壓力。
[0017] 通過上述的試驗(yàn)裝置，可以分別進(jìn)行模型粧軸向和水平受力的率定。利用材料力 學(xué)相關(guān)理論進(jìn)行分析，可以得到： 進(jìn)行軸向受力率定時(shí)，粧身只受軸向力，通過壓力傳感器測得軸向力N，應(yīng)變片處的應(yīng) 變e，此時(shí)他們之間有關(guān)系：
式中E為模型粧彈性模量;A為模型粧截面積；KN為軸力率定系數(shù)，反映了模型粧實(shí)際 受力和測量變形的關(guān)系。
[0018] 進(jìn)行水平受力率定時(shí)，粧身中段受到水平力作用，通過拉力傳感器測得水平作用 力F，上下兩個(gè)方向支架間的距離為1，此時(shí)作用在粧身不同截面上的彎矩M可以通過集 中荷載作用下的簡支梁彎矩計(jì)算方法得到，再通過應(yīng)變片測得截面上下的拉、壓應(yīng)變之差 Ae，此時(shí)他們之間有關(guān)系：
式中J為模型粧截面慣性矩；&為拉、壓應(yīng)變測點(diǎn)間距；&為彎矩率定系數(shù)，反映了模 型粧截面實(shí)際所受彎矩和測量變形的關(guān)系。
[0019] 率定結(jié)束后，得到&和仏把試驗(yàn)過程中測到的應(yīng)變再乘以相應(yīng)的率定系數(shù)，就 可以得到模型粧的實(shí)際內(nèi)力情況。
[0020] 有益效果：與現(xiàn)有試驗(yàn)手段相比，本發(fā)明具有以下有益效果： 1.進(jìn)行軸力率定時(shí)，相比已有的方法，本裝置利用小型液壓千斤頂進(jìn)行豎向加載，配合 壓力傳感器和計(jì)算機(jī)，可以精確控制施加在模型粧上荷載，形成明確的粧身軸力用于率定。 本裝置對模型粧因可以施加較堆載更大的軸向荷載，故有更大的軸力率定范圍，此外較大 的軸力施加值也可以減少儀器測量誤差對試驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0021] 2.進(jìn)行彎矩率定時(shí)，相比已有的方法，本裝置利用滑輪結(jié)構(gòu)可以將重物重量轉(zhuǎn)變 成水平力作用在模型粧上，實(shí)現(xiàn)了同一裝置軸力、彎矩率定一體化。同時(shí)通過水平受力方向 導(dǎo)架、水平傳力架和拉力傳感器，確保明確荷載水平作用在模型粧的中心。從而實(shí)現(xiàn)明確的