[发明专利]一种等效水平受荷桩受力过程和荷载传递机理的模拟装置

摘要

本发明公开一种等效水平受荷桩受力过程和荷载传递机理的模拟装置，实现了对水平受荷桩(可选择增加桩顶轴向力)受力过程的物理模拟和可视化教学，对水平受荷桩研究具有一定的指导意义；施压组件和传压组件对应连接在一起对设置在反力框架内的模型桩平行于桩顶水平力施加方向施加了初始土压力，侧向摩擦系统在平行于水平力加载方向模型桩两个侧面施加了桩侧摩擦力，桩身测试系统用于测试模型桩桩身各个截面压力和位移的变化，桩顶水平向加载系统和桩顶竖向加载系统用于对模型桩桩顶分级施加水平循环力或预先在桩顶施加竖向力，并测试分级施加水平循环力过程中桩顶水平变形和竖向变形，此装置可实现水平受荷桩受力过程的模拟。

主权项

1.一种等效水平受荷桩受力过程和荷载传递机理的模拟装置，其特征在于：包括反力框架(1)、施压组件(2)、传压组件(3)、定位调节组件(4)、模型桩(5)、桩身测试系统(6)和侧向摩擦系统(7)；多个所述施压组件(2)对称设置在反力框架(1)的两侧侧面上，所述传压组件(3)和定位调节组件(4)对应施压组件(2)且均位于反力框架(1)内，其中，所述传压组件(3)对应施压组件(2)设置，且分别位于模型桩(5)的左右侧，所述定位调节组件(4)对应传压组件(3)设置，且分别位于模型桩(5)的前后侧，两组所述侧向摩擦系统(7)分别设置在模型桩(5)的前后侧，且所述侧向摩擦系统(7)位于定位调节组件(4)和模型桩(5)之间，所述施压组件(2)和传压组件(3)对应连接在一起对设置在反力框架(1)内的模型桩(5)施加载荷，所述桩身测试系统(6)用于测试模型桩(5)用于量测桩顶水平加载后桩身不同截面的水平土压力和水平位移的变化；所述反力框架(1)为矩形封闭框架，且所述反力框架(1)包括顶部横梁(11)、底部横梁(12)和侧梁(13)，所述顶部横梁(11)和底部横梁(12)均水平设置，两个所述侧梁(13)竖直设置在顶部横梁(11)和底部横梁(12)之间，与顶部横梁(11)和底部横梁(12)配合形成矩形框体结构，所述顶部横梁(11)和底部横梁(12)的内侧均设置有凹槽(14)，且所述凹槽(14)相对设置，所述顶部横梁(11)的中部在竖直方向设置有送桩孔(15)，所述送桩孔(15)为通孔，所述送桩孔(15)正下方对应的底部横梁(12)上设置有底孔(16)，所述底孔(16)为盲孔；所述施压组件(2)的结构为：包括空心螺纹杆(21)、弹簧(22)、套筒(23)、传力杆(24)、限位板(25)、活塞(26)、加载把手(27)和定位杆(28)，所述套筒(23)横向贯穿反力框架(1)一侧的侧梁(13)，且所述套筒(23)的两端均设置有内螺纹，所述套筒(23)相对侧梁(13)的外端连接有空心螺纹杆(21)，所述套筒(23)相对侧梁(13)的内端设置有限位板(25)，所述空心螺纹杆(21)的一端通过螺纹连接在套筒(23)上，所述空心螺纹杆(21)的另一端设置有加载把手(27)，所述套筒(23)内设置有定位杆(28)，所述定位杆(28)的一端插入空心螺纹杆(21)内，所述定位杆(28)的另一端连接在位于套筒(23)内的活塞(26)上，且所述活塞(26)能随定位杆(28)一起在套筒(23)内移动，所述活塞(26)和空心螺纹杆(21)之间的定位杆(28)上套装有弹簧(22)，所述传力杆(24)贯穿限位板(25)设置，所述传力杆(24)的一端与活塞(26)连接，所述传力杆(24)的另一端与传压组件(3)连接，且所述传力杆(24)与传压组件(3)连接处杆端侧面设置有连接通孔；所述传压组件(3)的结构为：包括承压板(31)、连接板(32)、传力板(33)、U型槽(34)、垫块(35)、定位孔(36)和连接销(37)，两个所述承压板(31)对称设置在模型桩(5)左右侧，且所述承压板(31)和模型桩(5)之间设置有垫块(35)，所述承压板(31)和连接板(32)之间通过两个传力板(33)连接在一起，两个所述传力板(33)呈“八”字排列，所述连接板(32)上竖向设置有U型槽(34)，所述传力杆(24)插入U型槽(34)内，所述U型槽(34)的两侧面竖向开设有定位孔(36)，并通过连接销(37)贯穿定位孔(36)和传力杆(24)的连接通孔将传力杆(24)固定在连接板(32)上；所述定位调节组件(4)的结构为：包括定位板(41)和支撑板(42)，两块所述支撑板(42)分别设置在模型桩(5)的前后侧，且所述支撑板(42)的上下端对应设置在顶部横梁(11)和底部横梁(12)的凹槽(14)内，所述支撑板(42)上纵向等距设置有两列预留孔(43)，所述预留孔(43)包括横梁槽口和测试槽口，且所述横梁槽口和测试槽口上下间隔设置，所述横梁槽口内设置有定位横梁(44)，所述测试槽口用于安装桩侧位移传感器，两块所述支撑板(42)上对应的定位横梁(44)之间均设置有两根定位板(41)，两根所述定位板(41)的一端设置在定位横梁(44)上，两根所述定位板(41)的另一端分别设置在承压板(31)和连接板(32)上；所述桩身测试系统(6)的结构为：包括压力传感器(61)、位移传感器(62)、压力传感器控制系统(63)和位移传感器控制系统(64)，多个所述压力传感器(61)分别对应设置在每个承压板(31)面向模型桩(5)所在表面的几何中心处，多个所述位移传感器(62)分别对应设置在支撑板(42)的测试槽口内，所述压力传感器(61)和位移传感器(62)分别与设置在反力框架(1)外的压力传感器控制系统(63)和位移传感器控制系统(64)连接；所述侧向摩擦系统(7)的结构为：包括橡胶膜(73)，橡胶囊(74)和侧限架(75)，所述侧限架(75)为一封闭方形框架结构，所述侧限架(75)竖直设置在模型桩(5)与支撑板(42)之间，且与模型桩(5)与支撑板(42)形成密闭腔室结构，所述橡胶囊(74)设置在该密闭腔室结构内，所述橡胶囊(74)为中空结构，所述橡胶囊(74)通过管道与位于反力框架(1)外侧的增压稳压系统(77)连通，所述橡胶囊(74)在与模型桩(5)接触的表面上粘贴有橡胶膜(73)，所述橡胶膜(73)朝向模型桩(5)一侧表面粗糙，用于模拟模型桩(5)与土界面之间的摩阻力。