[发明专利]一种气压控制的复杂荷载桩基础室内试验加载装置

说明书

本发明公开了一种气压控制的复杂荷载桩基础室内试验加载装置，包括模型桩、模型箱、加载系统以及测量系统；模型桩设于模型箱中，模型箱外部设有反力架，加载系统包括连接至反力架的竖向加载装置和水平加载装置，竖向加载装置和水平加载装置分别设于模型桩桩顶和桩侧。本发明既能够展示单一竖向循环荷载、水平循环荷载或冲击荷载下的单桩、群桩承载特性，又可以展示水平循环和竖向荷载共同作用下的桩土共同作用规律，具有经济实惠、结构简单便于操作、具备先进自动化等特点。

技术领域

本发明属于室内试验加载装置技术领域，具体涉及一种气压控制的复杂荷载桩基础室内试验加载装置。

背景技术

随着社会经济的快速发展，越来越多的工程陆续兴建例如跨海大桥、高速高铁工程、 风力发电、海上平台等，桩基础以其工程操作简单、沉降量小、抗震高性能、地基承载力高等优点，成为大型建、构筑物最常用的基础形式之一，被大量用于工程建设中，尤 其适用于对沉降控制和承载力有严格要求的工程项目。由于海洋工程中桩基时常需要承 受复杂的动荷载，例如包括多种方向的循环荷载，施工建设中的冲击荷载，大小方向和 频率常常变化，这使得在开展模型试验的过程中，要充分考虑这些荷载的多变性。

在跨海大桥及风力发电工程中，桩基础在服役期间不但要承受来自上部结构的竖向 循环荷载，还可能同时要承受风浪的水平循环荷载。目前，现有的研究通常采用室内模型试验的方法对上述问题开展研究工作，一般地，只分析单一循环荷载下的单桩承载特 性模型试验，并且进行模型试验时，大多采用伺服液压系统或机械装置，这种方法的缺 点在于需要配备昂贵的伺服控制系统、液压机、伺服电机等一系列装置，成本过高，并 且结构形式复杂，操作困难，难以保证精确程度，不适合小型室内模型试验的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种气压控制的复杂荷载桩基础室内试验加载装置，以解决上述问题。

本发明中提供一种气压控制的复杂荷载桩基础室内试验加载装置，包括模型桩、模型箱、加载系统以及测量系统；模型桩设于模型箱中，模型箱外部设有反力架，加载系统包括连接至反力架的竖向加载装置和水平加载装置，竖向加载装置和水平加载装置分别设于模型桩桩顶和桩侧。

作为上述方案进一步的优选：

所述竖向加载装置包括电气比例阀和与其信号连接的函数信号发生器，电气比例阀的气压输出口连接至一气缸，气缸安装在所述反力架上，电气比例阀的气压输入口连接至一空气压缩机。

作为上述方案进一步的优选：

所述竖向加载装置还包括荷载检测系统，荷载检测系统包括plc控制箱、上部压力传感器和下部压力传感器以及电动滑轨，plc控制箱分别连接上部压力传感器、下部压力传感器以及电动滑轨，上部压力传感器连接在电动滑轨上，上部压力传感器可在气缸的输出端下方水平移动。

作为上述方案进一步的优选：

所述反力架上分布设有若干个高度不同的螺纹孔，电动滑轨通过螺纹孔连接至反力架。

作为上述方案进一步的优选：

所述水平加载装置包括功率放大器和与其连接的动态激振器，动态激振器安装在反力架上，功率放大器还连接至函数信号发生器。

作为上述方案进一步的优选：

所述模型桩与水平加载装置和竖向加载装置之间均设置有滚轴板。

作为上述方案进一步的优选：

所述模型桩桩顶设有加载插销接口，加载插销接口上方和侧部连接有承压钢板，承压钢板连接至对应的滚轴板。

作为上述方案进一步的优选：

所述测量系统包括动静态应变采集仪、土压力传感器、位移传感器、电阻应变片以及拉压传感器，位移传感器设置在模型桩桩顶，拉压传感器设置在动态激振器与模型桩之间，土压力传感器分别设置在模型桩桩端和桩侧，电阻应变片贴设于模型桩两侧。