基于多向加載的全機(jī)械式樁基模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大型粧基模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多向加載的全機(jī)械式粧基模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，粧基礎(chǔ)在超高層建筑、高鐵、深基坑支護(hù)等工程中的應(yīng)用越來(lái)越多，與粧基礎(chǔ)相關(guān)的粧基測(cè)試也變得越來(lái)越重要。由于粧基現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試具有費(fèi)用高、工程粧不能加載到破壞的程度、考慮因素有限等缺陷，因此，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件有限的情況下進(jìn)行大比例尺模型試驗(yàn)，各種工況下都可以加載到破壞，更能綜合考慮單粧和群粧承載性能的影響因素，對(duì)掌握各種粧基礎(chǔ)粧土相互作用機(jī)理以及優(yōu)化粧基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具有重要的意義。
[0003]目前，專利號(hào)為ZL 03125454.3的發(fā)明專利公開了一種非飽和土粧基模型試驗(yàn)裝置，其由上蓋和底座可以拆卸的壓力容器組成，通過(guò)對(duì)上蓋、底座和凹槽特殊處理，可在試驗(yàn)中方便地控制土樣的地質(zhì)吸力，實(shí)現(xiàn)非飽和土體中模型粧的承載性能測(cè)試；但是，該裝置中模型比例小，且屬于非全機(jī)械式連接，不能實(shí)現(xiàn)水平粧的有效加載。另有專利號(hào)為ZL201210081275.3的發(fā)明專利，其公開了一種土工離心模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ突挼膲夯捬b置，該裝置能針對(duì)單粧和群粧等實(shí)施壓入操作，能夠調(diào)節(jié)粧的壓入角度和速度，保證模型粧埋設(shè)位置的準(zhǔn)確性，能夠在lg和離心環(huán)境下完成壓粧過(guò)程；但是，該裝置僅局限于離心環(huán)境下實(shí)現(xiàn)模型粧的準(zhǔn)確壓入，沒(méi)有涉及大比例尺模型粧多向加載試驗(yàn)方法，且屬于非全機(jī)械式連接方式。
[0004]另外，普通模型試驗(yàn)裝置多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，模型側(cè)壁無(wú)法調(diào)節(jié)，大多只能實(shí)現(xiàn)單向靜載荷試驗(yàn)，且在加載中所模擬的粧長(zhǎng)和測(cè)試方法單一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)多向加載或不同粧長(zhǎng)的模型試驗(yàn)，使用局限性較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理、便于調(diào)節(jié)、操作簡(jiǎn)便和可對(duì)模型單粧或群粧進(jìn)行多向加載試驗(yàn)的基于多向加載的全機(jī)械式粧基模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案為:基于多向加載的全機(jī)械式粧基模型試驗(yàn)裝置，包括槽底座和槽底座上垂直設(shè)置的四根槽立柱，相鄰槽立柱之間設(shè)有槽側(cè)壁，同側(cè)兩根槽立柱上部分別設(shè)有柱頂橫梁，兩柱頂橫梁之間連接有反力架。
[0007]所述槽底座包括地下室頂層和地下室頂層上預(yù)設(shè)的錨固孔；槽立柱包括柱基座和垂直設(shè)于柱基座上的Η形鋼柱，柱基座通過(guò)錨固孔內(nèi)的基礎(chǔ)螺栓固定于地下室頂層上，Η形鋼柱的翼板邊緣處均布設(shè)有螺栓孔，且Η形鋼柱的翼板所在平面與柱頂橫梁的長(zhǎng)度方向一致；柱頂橫梁為Η形箱體梁，Η形箱體梁兩端與對(duì)應(yīng)的Η形鋼柱卡裝固連，Η形箱體梁的邊緣均布設(shè)有螺栓孔；反力架包括反力梁和反力梁兩端的固定機(jī)構(gòu)，固定機(jī)構(gòu)包括邊緣設(shè)孔的固定板和穿設(shè)在孔內(nèi)的螺栓，反力梁通過(guò)固定板和螺栓安裝在柱頂橫梁上；槽側(cè)壁包括多級(jí)擋板，每級(jí)擋板包括邊框和邊框內(nèi)的面板，同一側(cè)面內(nèi)的相鄰擋板通過(guò)邊框相連。
[0008]所述面板包括鋼板或者鋼化玻璃板；邊框上均布設(shè)有螺栓孔，同一側(cè)面內(nèi)的相鄰擋板通過(guò)邊框螺紋連接。
[0009]所述Η形鋼柱的翼板邊緣螺接有側(cè)面反力架，側(cè)面反力架為等邊角鋼，側(cè)面反力架的兩邊均設(shè)有螺栓孔，側(cè)面反力架另一邊與邊框螺紋連接。
[0010]所述槽側(cè)壁的上方縱向疊加設(shè)置有空心方鋼，空心方鋼兩端與側(cè)面反力架螺紋連接或者與Η形鋼柱的槽內(nèi)壁相接。
[0011 ] 所述空心方鋼最上方低于柱頂橫梁。
[0012]所述柱基座為槽型，柱基座的槽內(nèi)壁與側(cè)面反力架之間、基礎(chǔ)螺栓與側(cè)面反力架或者擋板之間均設(shè)有槽底墊塊，槽底墊塊為矩形長(zhǎng)鋼條。
[0013]所述地下室頂層由鋼筋混凝土構(gòu)成，其厚度不小于15cm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于C40，錨固孔等間距分布，錨固孔的直徑不小于10cm ;H形鋼柱的高度為3?5m，相鄰Η形鋼柱的水平間距為2?3m，且高度與水平間距的比值為1.5?2 ;基礎(chǔ)螺栓的直徑不小于10cm ;每級(jí)擋板的高度為50cm、長(zhǎng)度為2?3m，槽側(cè)壁的高度為2?4m ;鋼板的厚度不小于3mm，鋼化玻璃板的厚度不小于1cm，空心方鋼的數(shù)量為20?30根，空心方鋼的截面邊長(zhǎng)為5cm ;反力梁的截面寬度不小于15cm、厚度不小于1cm。
[0014]所述的基于多向加載系統(tǒng)的大型粧基模型試驗(yàn)方法，包括如下步驟:(1)、鋪設(shè)槽底座、固定模型粧，在槽底座上圍繞模型粧安裝基于多向加載的全機(jī)械式粧基模型試驗(yàn)裝置，包括自下而上安裝面板為鋼板的槽側(cè)壁與面板為鋼化玻璃板的槽側(cè)壁以及安裝柱頂橫梁和反力架，且在需要提供水平反力的槽側(cè)壁上方固定空心方鋼；(2)、安裝水平反力裝置:在空心方鋼內(nèi)側(cè)固定液壓千斤頂，液壓千斤頂端部安裝荷載傳感器，使用球形支座連接荷載傳感器與模型粧的粧頭，以保證模型粧始終受到水平荷載的作用；(3)、安裝豎向反力裝置:首先，根據(jù)模型粧所處位置調(diào)整反力架在柱頂橫梁上的位置，使反力架位于待測(cè)模型粧的正上方，以保證各個(gè)位置模型粧的豎向加載能夠順利進(jìn)行；然后，在反力架上固定荷載傳感器，模型粧的粧頭設(shè)置液壓千斤頂，連接荷載傳感器與液壓千斤頂；(4)、布置多向加載系統(tǒng):以匹配基于多向加載的全機(jī)械式粧基模型試驗(yàn)裝置為原則，多向加載系統(tǒng)包括主機(jī)、端前測(cè)控器和無(wú)線通信器，主機(jī)可滿足最多同時(shí)控制三個(gè)方向加載的要求，以實(shí)現(xiàn)控制單根模型粧三個(gè)方向同時(shí)加載或者三根模型粧同時(shí)單向加載的目的；(5)、加載測(cè)試:通過(guò)無(wú)線通信器控制多向加載系統(tǒng)，試驗(yàn)中多向加載系統(tǒng)自動(dòng)判穩(wěn)、自動(dòng)穩(wěn)壓維荷、自動(dòng)加載、自動(dòng)記錄，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。
[0015]所述模型粧為單粧或者群粧，即單根模型粧或者多根模型粧；在步驟(2)中，空心方鋼內(nèi)側(cè)設(shè)有位于液壓千斤頂?shù)撞康膲|板，使空心方鋼受力均勻，墊板的高度與空心方鋼的疊加高度相等、長(zhǎng)度不小于lm;在步驟(3)中，模型粧的粧頭上設(shè)有墊板，墊板與液壓千斤頂相連，墊板與模型粧的粧頭之間鋪設(shè)5mm厚的砂土，以保證模型粧均勻受力；在步驟
(4)中，主機(jī)放置在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明公開了一種基于多向加載的全機(jī)械式粧基模型試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置各部件間多通過(guò)螺栓連接，為全機(jī)械式連接，便于拆裝，可依據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行多種組合，且可根據(jù)試驗(yàn)要求調(diào)整裝置的寬度和高度，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)；槽側(cè)壁為多級(jí)拼接而成，槽側(cè)壁的面板選用鋼化玻璃板時(shí)，便于觀測(cè)土體特性，同時(shí)可根據(jù)試驗(yàn)需要增設(shè)空心方鋼，根據(jù)試驗(yàn)需要可在單面、雙面、三面或四面布置空心方鋼，空心方鋼能承受較大的水平載荷，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)多向水平加載。
[0017]2、本發(fā)明的試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)合理，工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，可同時(shí)進(jìn)行多根單粧加載試驗(yàn)或者單粧多向加載試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判穩(wěn)、自動(dòng)穩(wěn)壓維荷、自動(dòng)加載、自動(dòng)記錄和自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，可確保試驗(yàn)精度，可提高試驗(yàn)效率，且主機(jī)放置在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，通過(guò)無(wú)線控制操作，作業(yè)環(huán)境好；多向加載系統(tǒng)為無(wú)線傳輸裝置，能滿足單粧多向加載或者多粧同時(shí)加載的要求，適用范圍寬。
[0018]3、在同側(cè)兩根槽立柱上部分別設(shè)有柱頂橫梁，兩柱頂橫梁之間連接有反力架，柱頂橫梁的作用為:固定4根Η形鋼柱，形成整體鋼架結(jié)構(gòu)，使裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)；可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)要求調(diào)整自身高度，使裝置能夠適應(yīng)不同長(zhǎng)度模型粧的多向載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)范圍寬；為反力架提供支撐，給槽底座內(nèi)的單粧或群粧提供豎向反力；作為反力架的支