本发明专利技术公开了一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置和方法，该模拟装置包括用于测量支承力大小的原木块，用于控制变形大小的橡胶块，用于定位橡胶和原木块的格栅和用于支承原木块、橡胶块和格栅的底座。该模拟地基的方法，包括：1.橡胶原木支承单元选定和设计；2.在原木块两个或四个侧面布置电阻应变片或其它应变计，连接应变采集仪；3.在材料试验机或其它高一级计量装置上对橡胶原木单元进行标定；4.橡胶原木支承单元顶部变形通过位移计测量；5.橡胶原木单元间距和承载性能设计。本发明专利技术设计合理、加工制作方便且安全经济，能简便、高效完成实际地基性能的模拟，并可反复用于土－结构相互作用试验研究。
【技术实现步骤摘要】
一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置和方法
本专利技术属于土木工程土—结构相互作用研究领域，尤其是涉及土—结构相互作用试验研究中的弹性地基模拟方法。
技术介绍
土木工程中，建筑物或构造物均通过一定的传力路线将上部荷载从上向下传递到基础，再传给地基(持力层)，地基土与基础及上部结构之间存在相互作用，土—结构相互作用(Soil-StructureInteraction，简称SSI)是土木工程领域重点研究的内容之一。土—结构相互作用研究方法包括试验研究、理论分析和数值模拟等。试验研究土—结构相互作用时，地基的模拟是研究者必须面对的问题。在上部结构结构作用下，基础底部的地基会产生反力和变形，反力和变形的大小及分布与地基性能、上部结构性能和所承受的荷载及作用有关。土—结构相互作用试验研究中，地基的设置和模拟是至关重要的环节，其直接影响试验结果甚至试验的成败。大多数情况下，用真实土体按实际结构所在的场地土的真实情况进行试验模拟是不太现实的。由于实际土体所固有的复杂性，理想化弹性地基模型被应用于模拟分析土—结构相互作用时土介质的反应。Winkler(1867)最早提出的理想化地基模型假设地基由一系列各自独立且互不影响的弹簧组成，弹簧常数k称为基床系数。基于Winkler地基模型的思想，采用弹簧或其它弹性材料来模拟地基，用于土—结构相互作用的研究成为一种新的途径。传统的模拟方法，同时实现反力和变形的等效存在困难，且支承力的大小也不便于测量控制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有模拟方法和技术中的不足，提供一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置，其设计合理、加工制作方便且安全经济，能简便、高效完成实际地基性能的模拟，并可反复用于土－结构相互作用试验研究。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置，其特征是：包括粘贴叠放在一起的原木块(1)和橡胶块(2)组成橡胶原木支承单元、原木块侧面粘贴的应变片(3)、定位格栅(4)和底座(5)；橡胶原木支承单元性能(荷载－应变曲线)通过标定曲线确定；橡胶原木支承单元间距根据被模拟的地基性能与橡胶原木支承单元性能按地基反力和变形分布等效原则确定。上述原木块(1)顺纹抗压，品质均匀无裂纹及其它明显缺陷，平面尺寸根据原木市场情况确定，一般取80mm×80mm至150mm×150mm；高度一般为截面宽度的1.5至2.5倍。上述橡胶块(2)平面尺寸与所粘贴叠加的原木块平面尺寸一致，根据性能要求选取成品制作，厚度一般为平面宽度的0.2到0.8倍。上述应变片(3)粘贴在原木块侧面，对面或四面粘贴，与应变仪连接，形成原木块轴力应变测试桥路。上述格栅(4)一般木结构，也可采用铝结构、钢结构或其它结构，用于定位橡胶原木支承单元。上述底座(5)一般木结构，也可采用铝结构、钢结构或其它结构，用于支承橡胶原木支承单元和格栅。同时，本专利技术还公开了一种步骤简单、工艺合理、实现方便且高效快捷、效果良好的实现方法，其特征在于该方法包括以下环节：环节一：橡胶原木支承单元间距根据被模拟的地基性能与橡胶原木支承单元性能按地基反力和变形分布等效原则确定；环节二：橡胶原木支承单元性能通过平面尺寸、橡胶块厚度和橡胶块性能确定；环节三：橡胶块性能可依据产品性能和实测性能确定；环节四：橡胶原木支承单元应变通过应变片及应变仪测量；环节五：橡胶原木支承单元性能(荷载－应变曲线)通过标定曲线确定，标定在材料试验机或其它高一级计量装置完成；环节六：橡胶原木支承单元顶部变形通过位移计测量。上述的方法，其特征是：根据被模拟地基变形和反力大小，初步选取制作橡胶块(1)和原木块(2)，原则是：橡胶受压始终在弹性范围内；在原木块侧面粘贴应变片，形成轴力应变测量桥路，原则是：只测轴力应变，消除弯矩应变；在材料试验机或其它高一级计量装置完成橡胶原木支承单元标定，获取真实荷载－应变标定曲线；依据标定曲线和被模拟的地基反力与变形分布确定橡胶原木支承单元间距，原则是：地基反力和变形分布等效；根据橡胶原木支承单元间距加工定位格栅；根据地基实际平面加工底座；在底座上安装定位格栅、橡胶原木支承单元，即完成被模拟地基的模拟，可用于土－结构相互作用试验；安装好上部结构后再连接应变仪、位移计及其它仪器仪表，进入试验测试阶段。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1、所采用橡胶原木块支承单元结构简单、设计合理、质量较轻、加工方便且造价较低。2、所采用的定位格栅和底座加工制作方便，可就地取材，反复使用。3、橡胶原木块支承单元的标定、应变桥路连接和测量、位移计安装和测量均为常规且成熟的技术，为普通研究者所掌握和熟知。4、地基反力和变形等效计算和过程简单，使用操作简易、施工方便。5、使用效果好且实用价值高、经济实用，能快速完成地基性能的模拟，操作方便，省工省时，施工效率高，性能可靠，具有良好的经济效益。采用本专利技术进行施工时，不需要大型或复杂的机械设备和机具，也不需要配备专门电源，施工现场接近干作业，节能环保。综上，本专利技术综合了传统模拟的优势，解决了土—结构相互作用试验研究中地基快速模拟的困难，安全可靠，加工制作及施工简单易行，综合性能比很高。7、适用面广且推广应用前景广泛，能应用于土—结构相互作用试验研究中地基的快速反复模拟。下面通过附图和实施实例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为模拟装置及组件图2为等效计算示意图图3为实物例照片图4为实物例标定装置和曲线附图标记说明：1—原木块2—橡胶块3—应变片4—格栅5—底座6—上部结构a、b—橡胶块平面尺寸L1、L2、L3、L4—橡胶块间的净距具体实施方式如图1所示的一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置，包括粘贴叠放在一起的原木块(1)和橡胶块(2)组成橡胶原木支承单元、原木块侧面粘贴的应变片(3)、定位格栅(4)和底座(5)。如图2、图3和图4所示的一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的方法。如图2所示等效计算示意图，本实施例中，原型地基基床系数k与橡胶原木块支承单元弹性模量E之间，满足下式(1)。按此式实现弹性地基的模拟与等效。式中，t为橡胶层厚度。如图3所示实物例照片。本实施例中，所述原木块(1)为松木，从市场购得，顺纹抗压，加工后实测截面尺寸80mm×80mm至150mm×150mm，高度为截面宽度的1.5至2.5倍。本实施例中，所述橡胶块(2)为普通丁苯橡胶，从市场购得，厚度为60至100mm，加工后平面尺寸与所粘贴叠加的原木块一致。本实施例中，所述应变片(3)为120欧姆阻值的电阻应变片，标距为100mm，粘贴在原木块的两相对侧面或四个侧面。本实施例中，所述应变片(3)为120或2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置，其特征在于：粘贴叠放在一起的原木块(1)和橡胶块(2)组成橡胶原木支承单元；原木块侧面粘贴有应变片(3)；通过格栅(4)和底座(5)固定系列橡胶原木支承单元。/n
【技术特征摘要】
1.一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置，其特征在于：粘贴叠放在一起的原木块(1)和橡胶块(2)组成橡胶原木支承单元；原木块侧面粘贴有应变片(3)；通过格栅(4)和底座(5)固定系列橡胶原木支承单元。
2.按照权利要求1所述的一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置，其特征在于：所述原木块(1)顺纹抗压，品质均匀无裂纹及其它明显缺陷，平面尺寸根据原木市场情况确定，一般取80mm×80mm至150mm×150mm；高度一般为截面宽度的1.5至2.5倍。
3.按照权利要求1所述的一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置，其特征在于：所述橡胶块(2)平面尺寸与所叠加的原木块平面尺寸一致，根据性能要求选取成品制作，厚度一般为平面宽度的0.2到0.8倍。
4.按照权利要求1所述的一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置，其特征在于：所述应变片(3)粘贴在原木块侧面，对面或四面粘贴，与应变仪连接，形成原木块轴力应变测试桥路。
5.按照权利要求1所述的一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置，其特征在于：所述格栅(4)一般木结构，也可采用铝结构、钢结构或其它结构，用于定位橡胶原木支承单元。
6.按照权利要求1所述的一种采用橡胶和原木模拟弹性地基的装置，其特征在于：所述底座(5)一般木结构，也可采用铝结构、钢结构或其它结构，用于支承橡胶原木支承单元和格栅...
【专利技术属性】
技术研发人员：张望喜，王雄，肖龙杰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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