CN207935208U - 一种液压式模型桩荷载试验加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液压式模型桩荷载试验加载装置，包括模型箱，模型箱中心埋设有模型桩，模型桩上方设有荷载加载装置，荷载加载装置包括一弧形导轨和滑动安装在弧形导轨上的液压油缸，弧形导轨跨设在模型桩的上方，其两端分别与模型箱箱体固接，液压油缸的内腔通过活塞分隔为密闭的上、下油腔，液压泵通过两条油路分别与上油腔和下油腔连接，活塞中心固接有传动导杆，传动导杆底端通过活动组件与模型桩桩头连接，当活塞上下运动时通过传动导杆向模型桩加载荷载。能够实现模型桩受斜向、水平及竖直等多种形式的拉、压荷载加载试验，适用荷载形式广泛，结构合理，操作便捷，且能模拟实况荷载加载，试验结果准确性高。

Description

一种液压式模型桩荷载试验加载装置

技术领域

本实用新型属于土工试验仪器技术领域，涉及一种模型桩荷载试验加载装置，具体指一种液压式模型桩荷载试验加载装置。

背景技术

随着建筑产业的发展，建筑桩基的理论和技术都有了很大的创新与进步，其作为建筑物的主要承载结构被广泛应用于高层建筑、桥梁、高铁、海上作业平台等工程中。其中桥梁、港口及近海平台等工程中的桩基础，主要用来承受斜向荷载，而不仅仅只承受水平或竖向荷载。目前，在对斜向荷载作用下的桩基的工作机理及性状进行研究时，通常是将斜向荷载分解成竖向和水平荷载，将二者分开单独计算桩的响应后，再按小变形叠加原理合并其计算的内力和位移，并在桩身截面强度验算时将截面弯矩乘以一修正系数加以修正。上述斜向荷载计算方法简单易行，但计算精度较低，不能评定竖向荷载和水平荷载共同作用时桩身内力位移大小及分布影响。而确定桩基斜向荷载作用下的工作性状又是十分必要的，对保障建筑整体安全性研究具有重要意义。

研究桩基在斜向荷载作用下工作性状最精确的方法是进行现场原位试验，但是现场试验需要花费大量的人力、物力和时间，并且由于场地条件等因素的限制，造成原位试验难以实现。因此，室内模型试验成为研究和解决该问题的有效方法。

然而，现有的室内模型桩荷载试验加载装置存在诸多不足，主要表现在以下几个方面：1、荷载加载时普遍是独立分开为竖向加载和水平加载，需利用斜向荷载的倾角计算水平荷载和竖向荷载再求合，荷载加载无法模拟实况，造成试验结果不准确、精度低。2、采用的是“杠杆-滑轮”加载***，不能实现基桩斜向拉拔加载，只能斜向受压加载，对于桩基斜向受荷的加载方式存在局限性；并且，加载及卸载操作极其复杂，需多次调节杠杆-滑轮，多次加减砝码，操作复杂且不易控制。3、只能适用于竖直桩的荷载加载试验，不能实现倾斜桩的荷载加载试验。

因此，亟需对现有的模型桩荷载试验加载装置的结构进行改进，以满足模型桩受斜向拉、压荷载等复杂荷载条件下的工作性状的研究要求。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种液压式模型桩荷载试验加载装置，有效解决了现有模型桩荷载试验加载装置结构复杂、操作不便，无法模拟实况荷载，试验结果不准确、精度低，以及适用荷载形式有限的技术问题。

本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种液压式模型桩荷载试验加载装置，包括模型箱，所述模型箱中心埋设有模型桩，模型桩上方设有荷载加载装置，所述荷载加载装置包括一弧形导轨和滑动安装在弧形导轨上的液压油缸，所述弧形导轨跨设在模型桩的上方，其两端分别与模型箱箱体固接，所述液压油缸的内腔通过活塞分隔为密闭的上油腔和下油腔，液压泵通过两条油路分别与上油腔和下油腔连接，所述活塞中心固接有传动导杆，传动导杆底端通过活动组件与模型桩桩头连接，当活塞上下运动时通过传动导杆向模型桩加载荷载。

作为本案的优化方案，所述上、下油腔与液压泵之间的油路上设有液压控制盒，液压控制盒上设有油路选择旋钮和输油速率调控旋钮。

作为本案的优化方案，所述活动组件由固接为一体的万向接头、万向接头底座和桩头钢帽组成，所述传动导杆底端与万向接头活动连接，万向接头固接在万向接头底座的上部，桩头钢帽固接在万向接头底座的底部，桩头钢帽固定卡装在模型桩桩头上。

作为本案的优化方案，所述模型桩桩头与桩头钢帽之间设有橡皮垫。

作为本案的优化方案，所述弧形导轨两端分别通过可伸缩横梁与模型箱箱体连接，可伸缩横梁与模型箱箱体之间通过角钢夹具固定。

作为本案的优化方案，所述弧形导轨上刻有角度标尺，从水平正方向到水平负方向为0~180°，标尺精度为0.1°。

作为本案的优化方案，所述液压油缸底部通过球铰与弧形导轨滑动铰接。

本实用新型的有益效果是：

1、本荷载试验加载装置能够实现模型桩受斜向、水平及竖直等多种形式的拉、压荷载加载试验，适用荷载形式广泛，结构合理，操作便捷；

2、将加载装置滑动安装在弧形导轨上，可实现斜度在0~180°范围内的斜向荷载加载试验，能够模拟实况荷载加载，确保试验结果的准确性；

3、采用液压加载***，既能实现模型桩拉力荷载或压力荷载，克服传统加载装置只能实现压力荷载的缺陷，又能便于控制加、卸载速率，且液压加、卸载时荷载稳定，解决了“杠杆-滑轮”***荷载波动大影响试验结果的问题，大大提高了加载稳定性；

4、本荷载试验加载装置的加载荷载大小可直接由显示器读出，精度高，实验数据方便记录及计算。

附图说明

图1为本实用新型模型桩荷载试验加载装置的结构示意图；

图2为本实用新型模型桩荷载试验加载装置中液压油缸与弧形导轨的安装示意图

图3为本实用新型模型桩荷载试验加载装置中传动导杆与桩头的安装示意图；

图4为本实用新型模型桩荷载试验加载装置中弧形导轨的结构示意图；

图中：1-模型箱，2-模型桩，3-可伸缩横梁，4-传动导杆，5-弧形导轨，6-液压油缸，7-上油腔，8-下油腔，9-活塞，10-球铰，11-万向接头，12-万向接头底座，13-桩头钢帽，14-液压控制盒，15-油路选择旋钮，16-输油速率调控旋钮，17-液压泵，18-角钢夹具，19-油路A，20-油路B，21-橡皮垫，22-角度标尺。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型及其效果作进一步阐述。

如图1-4所示，一种液压式模型桩荷载试验加载装置，能够实现室内模型桩受斜向、水平及竖直等多种形式的拉、压荷载加载试验。包括模型箱1，模型箱1为土工试验常用模型箱，模型箱1中心埋设有模型桩2，模型桩2上方设有荷载加载装置，所述荷载加载装置包括一弧形导轨5和滑动安装在弧形导轨5上的液压油缸6，所述弧形导轨5跨设在模型桩2的上方，其两端分别与模型箱1箱体固接；液压油缸6底部通过球铰10与弧形导轨5铰接，并与之滑配，液压油缸6滑动到一定位置后，通过球铰10上的锁紧螺丝固液压油缸6的位置；液压油缸6的内腔通过活塞9分隔为密闭的上油腔7和下油腔8，液压泵17通过油路A和油路B分别与上油腔7和下油腔8连接，活塞9中心固定连接有传动导杆4，传动导杆4底端通过活动组件与模型桩2桩头连接，当活塞9上下运动时通过传动导杆4向模型桩2加载荷载。其中，弧形导轨5上刻有角度标尺22，从水平正方向到水平负方向为0~180°，标尺精度为0.1°，试验时可通过传动导杆4中心线所指位置读取加载荷载的倾角，简单明了。

具体地，所述活动组件是由固接为一体的万向接头11、万向接头底座12和桩头钢帽13组成，所述传动导杆4底端与万向接头11活动连接，万向接头11固接在万向接头底座12的上部，桩头钢帽13固接在万向接头底座12的底部，桩头钢帽13固定卡装在模型桩2桩头上并且模型桩2桩头与桩头钢帽13之间先设置橡皮垫21，再将桩头钢帽与桩头夹紧。传动导杆4底端与桩头通过钢帽夹紧固定，使得加载装置不受模型桩2安放角度的限制，既可以对竖直模型桩2进行加载，也可以对倾斜模型桩2进行加载，使本试验加载装置应用范围更广。

进一步地，上油腔7和下油腔8与液压泵17之间的油路上设有液压控制盒14，液压控制盒14上设有油路选择旋钮15和输油速率调控旋钮16。通过油路选择旋钮15选择出油线路，目的是选择实现拉力加载或压力加载。当对模型桩2施加压力荷载时，对应液压泵17通过油路A向上油腔7进油，活塞9下移；当对模型桩2施加拉力荷载时，对应液压泵17通过油路B向下油腔8进油，活塞9上移。通过输油速率调控旋钮16控制液压泵17的输油速率，进而控制对模型桩的荷载加载速率。其中，液压泵17选用数显式小型液压器，液压控制盒14初次使用前经过了率定，确保其数显读数为经过油压换算的传动导杆的作用力，便于后续计算及记录。采用液压加载***，既能实现模型桩拉力荷载或压力荷载，克服传统加载装置只能实现压力荷载的缺陷，又能便于控制加、卸载速率，且加、卸载时荷载稳定，不会因荷载的波动较大而影响试验结果，大大提高了加载稳定性。

进一步地，弧形导轨5两端分别通过可伸缩横梁3与模型箱1箱体连接，可根据模型箱1的实际尺寸而水平伸缩，满足尺寸要求后通过其上的螺钉螺帽将弧形导轨5与模型箱1进行固定，使得加载装置能够适用于不同尺寸的模型箱1；可伸缩横梁3采用刚度较大的型钢，可伸缩横梁3与模型箱1箱体之间进一步通过可拆卸角钢夹具18连接固定，占用空间小，不影响加载前模型桩2的安放、填土等操作。

试验步骤为：

（1）试验材料和测试元件的准备：实验前应备好试验用土、试验用模型桩2、土压力盒、桩顶位移百分表等测试元件。

（2）在模型箱内填土及埋设模型桩2，根据实验需要分层填土，填土至模型桩2底标高时先临时固定模型桩，后继续填土至标高，再根据实验需要埋设土压力盒、位移百分表等测试元件。

（3）根据模型箱1的长度，调节可伸缩横梁3，使可伸缩横梁3与模型箱1在长度方向大致对齐后，组装可拆卸角钢夹具18，使角钢夹具夹紧模型箱1箱壁，保证稳定性；角钢夹具18安装完成后，用锁紧螺丝固定。

（4）连接传动导杆4底端与模型桩2桩头，首先在桩头顶部安放橡皮垫21，然后将桩头钢帽13包裹住桩头，调紧锁紧螺丝使桩头钢帽13夹紧桩头，桩头与桩头钢帽13紧密接触轻微挤压橡皮垫21即可。

（5）进行荷载加载：以荷载加载倾角45度、荷载大小为600N的斜向压荷载为例。根据实验需要，首先确定需要施加的荷载大小和方向；转动液压油缸底端的球铰10，当传动导杆4对齐角度标尺22上的45°刻度时，调紧球铰10上的固定螺丝，即完成了加载角度的调节。根据实验的需要，本次加载为压荷载，因此选择上油腔7为工作油腔；启动液压泵17，调节油路选择旋钮15，使油路A出油；调节输油速率调控旋钮16控制加载速率，观察液压控制盒14的显示读数，当读数达到600N时停止输油，保持荷载稳定，此时便可按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011读取相关测试元件（土压力盒、位移计）的读数。

（6）将液压控制盒14调节到回油状态，按一定速率卸载，直到液压控制盒14显示读数为0，关闭液压控制盒14；至此，斜向45°荷载600N的压力荷载加载试验完毕，重复（5）、（6）步骤即可进行其他大小荷载的施加。

（7）调松球铰10的螺丝，使液压油缸滑动至水平状态，并整理油路，使液压控制盒14与液压油缸处于安全放置位置，拆卸角钢夹具，取下可伸缩横梁3，加载操作完毕，根据实验需要进行后续步骤。

以上实施例仅是示例性的，并不会局限本实用新型，应当指出对于本领域的技术人员来说，在本实用新型所提供的技术启示下，所做出的其它等同变型和改进，均应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种液压式模型桩荷载试验加载装置，包括模型箱，所述模型箱中心埋设有模型桩，模型桩上方设有荷载加载装置，其特征在于：所述荷载加载装置包括一弧形导轨（5）和滑动安装在弧形导轨（5）上的液压油缸（6），所述弧形导轨（5）跨设在模型桩（2）的上方，其两端分别与模型箱（1）箱体固接，所述液压油缸（6）的内腔通过活塞（9）分隔为密闭的上油腔（7）和下油腔（8），液压泵（17）通过两条油路分别与上油腔（7）和下油腔（8）连接，所述活塞（9）中心固接有传动导杆（4），传动导杆（4）底端通过活动组件与模型桩（2）桩头连接，当活塞（9）上下运动时通过传动导杆（4）向模型桩（2）加载荷载。

2.根据权利要求1所述的液压式模型桩荷载试验加载装置，其特征在于：所述上、下油腔（7、8）与液压泵（17）之间的油路上设有液压控制盒（14），液压控制盒（14）上设有油路选择旋钮（15）和输油速率调控旋钮（16）。

3.根据权利要求1所述的液压式模型桩荷载试验加载装置，其特征在于：所述活动组件由固接为一体的万向接头（11）、万向接头底座（12）和桩头钢帽（13）组成，所述传动导杆（4）底端与万向接头（11）活动连接，万向接头（11）固接在万向接头底座（12）的上部，桩头钢帽（13）固接在万向接头底座（12）的底部，桩头钢帽（13）固定卡装在模型桩（2）桩头上。

4.根据权利要求3所述的液压式模型桩荷载试验加载装置，其特征在于：所述模型桩（2）桩头与桩头钢帽（13）之间设有橡皮垫（21）。

5.根据权利要求1-4任一所述的液压式模型桩荷载试验加载装置，其特征在于：所述弧形导轨（5）两端分别通过可伸缩横梁（3）与模型箱（1）箱体连接，可伸缩横梁（3）与模型箱（1）箱体之间通过角钢夹具（18）固定。

6.根据权利要求1-4任一所述的液压式模型桩荷载试验加载装置，其特征在于：所述弧形导轨（5）上刻有角度标尺（22），从水平正方向到水平负方向为0~180°，标尺精度为0.1°。

7.根据权利要求1-4任一所述的液压式模型桩荷载试验加载装置，其特征在于：所述液压油缸（6）底部通过球铰（10）与弧形导轨（5）滑动铰接。