[发明专利]一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统

说明书

一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统。该系统包括一个加载连接器、三个油压活动推力器、四个力传感器、一个数据采集仪、一个控制器和三个油泵组成。其中加载连接器包含：两根整体竖向加载杆、一个凹槽连接器、一个带滑轮的卡头和一根水平收拉钢绞线。连接器上部用两个铰约束构件连接两个竖向加载臂，其中一竖向加载臂由包含一个铰约束的两段杆件单元组成，另外一个由一个独立的杆件加载杆构成。连接器中部有一个光滑滑轮用来连接下部的竖向连接杆。连接器使两个油压加载仪能够独立地施加竖直荷载、施加偏心力矩对、施加竖直和弯矩以及竖直水平弯矩组合荷载。本发明系统可实现大比例模型试验V‑H‑M三向荷载的同时加载。

技术领域

本发明涉及岩土工程结构物受力特性领域，具体是大比例尺模型试验领域。

背景技术

岩土工程中常用的土工结构物承载力设计方法一般为：通过计算分析确定出最不利的荷载组合及其所在的平面或方向（同一平面），然后基于简单的叠加原理计算桩基础内力，并根据进行桩基础承载力验算。对于上述实际工程中受竖向荷载-水平向荷载-弯矩荷载（V-H-M）组合荷载作用的桩基础，由于组合荷载的极限承载力小于单一荷载的最小值，故这种设计方案很可能偏于危险或不安全。但由于不同类型荷载的空间耦合机制非常复杂，导致复杂组合荷载作用下的桩基承载力研究进展缓慢甚至停滞不前。因此，开展考虑土工结构物在VHM组合荷载作用下的承载特性研究具有重要的实际意义，能使设计更为精确，提高工程安全稳定性。因此有必要发明一种新式的组合加载装置，以在实验室中进行大比例尺模型试验以得知实际工程中结构物所受荷载。促进加桩基础的设计和应用推广。

本发明要解决的技术问题是在大比例尺模型试验中，如何同步而独立地施加竖直、水平和偏心力矩对的组合荷载。核心技术是如图所示的连接器和用于传递水平荷载的钢绞线。连接器的两臂与两个油压加载仪相连，钢绞线与第三个油压加载仪相接。连接器使两个油压加载仪能够独立地施加竖直荷载（V）、施加偏心力矩对（M）、施加竖直-弯矩（V-M）组合荷载以及水平-竖直-弯矩（V-H-M）组合荷载。

类似的VHM组合荷载加载装置，目前国内还未有先例，国外有同样功能的的现有装置价格昂贵。西澳大学Zhang等设计的VHM组合加载仪耗资300-500万人民币与本装置有着相似的功能。（Zhang Y , Bienen B , Cassidy M J . Development of a combined VHMloading apparatus for a geotechnical drum centrifuge[J]. InternationalJournal of Physical Modelling in Geotechnics, 2013, 13(1):13-30.）本发明造价为仅为西澳大学设计装置的1%~2%，能够满足1g小模型试验试验要求。连接杆处设计一光滑的滑动卡头，可有效消除可能产生的额外的水平向力及弯矩。该装置可实现大比例模型试验V-H-M三向荷载的同时加载。

发明内容

本发明克服上述缺陷提供一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统，该系统可实现大比例模型试验V-H-M三向荷载的同时加载。