本实用新型专利技术公开了一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，包括预先埋设在模型槽内土体中的模型桩；模型槽侧面设有三角支撑架A、上方设反力梁C；所述模型桩上部设桩头连接构件B，桩头连接构件B通过钢丝绳分别绕过三角支撑架A的水平加载定滑轮和反力梁C的上拔组合滑轮，并连接到定滑轮下的装载构件；调整水平加载定滑轮和上拔组合滑轮的位置，根据试验需要在对应装载构件上放置砝码，实现对模型桩的径向、轴向或两个方向组合的加载试验。本实用新型专利技术能够对模型桩同时独立施加水平荷载和上拔荷载，桩顶发生水平位移以及竖向位移时能够实现上拔和水平荷载的变化很小可以忽略，以更好的分析模型桩在上拔和水平向组合荷载下的承载性状。
A Combined Loading Device of Level and Uplift for Pile Foundation Model Test
【技术实现步骤摘要】
一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置
本技术涉及岩土工程地基基础领域，具体涉及一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置。
技术介绍
抗拔桩作为抗拔基础的一种主要形式，由于其承载能力强和性价比高等优点，被广泛应用于地下建(构)筑物基础、输电和通信线路杆塔基础、高耸结构物基础、海上石油钻井平台基础以及桩静载荷试验、索道桥和斜拉桥的锚桩基础等。近些年，随着我国城市化的快速推进，城市用地越来越紧张，这促使众多建(构)筑物向更深的地下空间发展。相应地，将有更多的基础承受越来越大的上拔荷载作用，故对抗拔桩的研究也受到越来越多的重视。目前为止，已有众多国内外学者采用理论分析和模型试验等方法对抗拔桩进行了大量研究，取得了一定的成果。但是，对抗拔桩的研究大多仍停留在经验性的基础上，未进行系统和深入的机理研究，其研究成果仍不完善，当前对抗拔桩的设计方法仍主要借鉴抗压桩的设计方法，即以桩的抗压极限摩阻力值乘以抗拔折减系数作为抗拔桩桩侧摩阻力，进而估算抗拔桩的承载力，可见上拔桩荷载传递机制和承载力计算等方面的研究尚不成熟。另一方面，当前对抗拔桩的研究主要集中在承受单一的上拔荷载作用，而实际工程中，在其承受竖向拉拔荷载的同时，还承受一定比例的水平向荷载作用，例如输电线路杆塔基础和叉桩结构等。当然，在特定环境条件下，原来的水平受荷桩也可能承受上拔拔荷载作用，例如处于季节性冻土或膨胀土地区承受两侧不平衡土压力的桩基础等。对于承受组合荷载作用的桩基础，少量学者通过理论分析对其进行了研究，仍缺乏现场试验和模型试验方面的实例验证，当前对组合荷载作用下抗拔桩的设计也忽视了水平荷载和上拔荷载相互作用的影响，可能造成桩基承载不足等问题。因此，为了保证抗拔桩在组合荷载作用下的安全性，亟需对抗拔桩进行水平与上拔组合加载试验以研究其荷载传递机理及承载力计算方法。现场试验作为桩基础研究的方法之一，虽能准确反映桩基的承载变形特性，但其涉及的土层复杂，变量不易控制。此外，现场试验周期长、耗资巨大，受场地及试验设备等限制，只能应用于少数工程。相比现场试验，模型试验可以更好地设定边界条件和桩土材料特性，可以更有针对性地研究特定因素对桩基承载变形性状的影响，从中获取的信息远比现场试验多。同时，模型试验具有试验周期短、花费少和不受场地限制等优点，还可用来验证数值模拟分析，有助于对桩基承载变形机理的认识，因此，模型试验被广大研究者所采用。
技术实现思路
为了完善现有抗拔桩组合荷载加载装置，本技术的目的在于提供一种能够对模型桩同时独立施加水平荷载和上拔荷载的室内试验装置，该装置能够有效减小桩头位移引起的各荷载分量对试验结果的影响。本技术是通过下述技术方案来实现的。一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，包括模型槽和预先埋设在模型槽内土体中的模型桩；所述模型槽侧面设有三角支撑架A、上方设反力梁C；所述模型桩上部设桩头连接构件B，所述桩头连接构件B通过钢丝绳分别绕过三角支撑架A的水平加载定滑轮和反力梁C支撑架的上拔组合滑轮，并连接到所述定滑轮下的装载构件；分别调整水平加载定滑轮和上拔组合滑轮的位置，根据试验需求在对应装载构件上加装砝码，实现对模型桩的径向、轴向或两个方向组合加载试验。对于上述技术方案，本技术还有进一步优选的方案：优选的，所述三角支撑架A包括固端横梁、悬臂梁和一号斜支撑；所述悬臂梁通过螺栓连接固定在模型槽侧面的固端横梁上，悬臂梁的底板连接有水平加载定滑轮，所述一号斜支撑一端连接在悬臂梁延伸端，另一端支撑在模型槽侧面的一号大水平角钢上。优选的，所述一号定滑轮与悬臂梁底板之间放置钢垫片来微调定滑轮上下位置；所述固端横梁上设有用来调整悬臂梁在固端横梁上位置的长条状螺孔。优选的，所述反力梁C包括一对横梁、纵梁和二号斜支撑；所述纵梁通过一对横梁架设在模型槽上，纵梁的底板连接有上拔组合滑轮，包括一号定滑轮和二号定滑轮；在与三角支撑架A相对侧的模型槽上延伸出纵梁，所述二号斜支撑一端连接在纵梁延伸端，另一端支撑在模型槽侧面的二号大水平角钢上。优选的，可再进一步增加一个动滑轮与纵梁底板上的一号定滑轮形成滑轮。优选的，所述一对横梁在与纵梁搭接处开有沿其轴线方向的长条状槽，所述纵梁底板上也开有沿其轴线方向的长条状槽，横梁上的长条状槽与纵梁上的长条状槽相互垂直并构成“十”字形以调整纵梁的位置，从而实现对一号定滑轮位置的调整。优选的，所述桩头连接构件B包括连接在模型桩上的桩帽、穿过桩帽的桩头丝杆及两个呈90°布置的U型连接件，U型连接件分别连接绕过三角支撑架A和反力梁C的滑轮的钢丝绳，钢丝绳分别连接到水平装载构件与上拔装载构件上。优选的，所述U型连接件由丝杆与两块钢片的一端连接构成，两块钢片对称分布在丝杆两端；两块钢片的另一端连接桩头丝杆；丝杆中间通过环形活动扣连接拉力传感器。优选的，所述水平装载构件和上拔装载构件由一根长钢条连接一个底板构成，或用钢桶取代装载构件；砝码放置在所述底板上或钢桶中。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：(1)桩身加载点发生水平位移时能够实现上拔荷载的变化很小可以忽略。本次模型试验停止加载的标准为水平位移达到0.15D，模型桩直径为40mm，对应的最大水平位移为6mm，二号定滑轮距离桩身加载点的距离取700mm，则水平位移引起的竖直上拔荷载变化率为0.86％，可以忽略不计。(2)桩身加载点发生竖向位移时能够实现水平荷载的变化很小可以忽略。试验加载装置中悬臂梁长度为500mm，为消除边界效应影响，桩身距离模型槽边缘大于6D＝240mm，滑轮距离桩身加载点取740mm，按6mm上拔位移计算得纯水平荷载的变化率为0.81％，可以忽略不计。(3)本技术能够对模型桩同时独立施加上拔荷载和水平荷载。因此，利用该装置不仅能对桩基础进行组合加载的模型试验研究，还能进行水平(竖向荷载为零)、上拔(水平荷载为零)及斜拉荷载的模型试验研究，实现不同加载情况下桩基础承载变形数据之间的对比。(4)该装置能够保证初始施加的水平力通过桩身轴线且无竖向分力或竖向分力很小，可以忽略，能够保证初始施加的上拔力无水平分力或水平分力很小，可以忽略。(5)该装置结构简单，受力明确，易于加工及组装，其制造成本及维护成本低。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术的不当限定，在附图中：图1为本技术桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置的主视图；图2为图1中A部分放大主视图；图3为图1中B部分放大主视图；图4为图1中B部分放大侧视图；图5为图1中B部分放大俯视图；图6为图1中C部分放大主视图；图7为一号斜支撑、一号滑轮与悬臂梁连接示意图；图8为二号斜支撑、三号滑轮与纵梁连接示意图；图9为悬臂梁与固端横梁连接处示意图；图10为纵梁与横梁连接处示意图。图中1为固端横梁；2为悬臂梁；3为螺栓；4为钢垫片；5为水平加载定滑轮；6为钢丝绳；7为水平装载构件；8为一号砝码；9为一号斜支撑；10为一号大水平角钢；11为模型槽；12为纵梁；13为一号横梁；14为一号定滑轮；15为竖向拉力传感器；16为二号U型连接件；17为桩帽；18为桩头丝杆；19为一号U型连接件；20为水平拉力传感器；21为土体；22为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，包括模型槽(11)和预先埋设在模型槽(11)内土体(21)中的模型桩(22)；所述模型槽(11)侧面设有三角支撑架A、上方设反力梁C；所述模型桩(22)上部设带有拉力传感器的桩头连接构件B，桩头连接构件B通过钢丝绳(6)分别绕过三角支撑架A的水平加载定滑轮和反力梁C的上拔组合滑轮，并连接到所述定滑轮下的装载构件；调整水平加载定滑轮和上拔组合滑轮的位置，根据试验需要在对应装载构件上加装砝码，实现对模型桩(22)的径向、轴向或两个方向组合的加载试验。
【技术特征摘要】
1.一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，包括模型槽(11)和预先埋设在模型槽(11)内土体(21)中的模型桩(22)；所述模型槽(11)侧面设有三角支撑架A、上方设反力梁C；所述模型桩(22)上部设带有拉力传感器的桩头连接构件B，桩头连接构件B通过钢丝绳(6)分别绕过三角支撑架A的水平加载定滑轮和反力梁C的上拔组合滑轮，并连接到所述定滑轮下的装载构件；调整水平加载定滑轮和上拔组合滑轮的位置，根据试验需要在对应装载构件上加装砝码，实现对模型桩(22)的径向、轴向或两个方向组合的加载试验。2.根据权利要求1所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，所述三角支撑架A包括固端横梁(1)、悬臂梁(2)和一号斜支撑(9)；所述悬臂梁(2)通过螺栓(3)连接固定在模型槽(11)侧面的固端横梁(1)上，悬臂梁(2)底板连接有水平加载定滑轮(5)，所述一号斜支撑(9)一端连接在悬臂梁(2)延伸端，另一端支撑在模型槽(11)侧面的一号大水平角钢(10)上。3.根据权利要求2所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，所述水平加载定滑轮(5)与悬臂梁(2)底板之间放置钢垫片(4)来微调水平加载定滑轮(5)的上下位置；所述固端横梁(1)上设有用来调整悬臂梁(2)在固端横梁(1)上位置的长条状槽孔。4.根据权利要求1所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，所述反力梁C包括一对横梁(13、23)、纵梁(12)和二号斜支撑(25)；所述纵梁(12)通过一对横梁(13、23)架设在模型槽(11)上，在与三角支撑架A相对侧的模型槽(11)上延伸出纵梁(12)，纵梁(12)的底板连接上拔组合滑轮，包括一...
【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，海维深，甘浩，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61
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