本实用新型专利技术公开了一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，包括在岩土箱中固定的城墙夯土试样，刚性传力板设于城墙夯土试样一侧，岩土箱外侧设有与刚性传力板连接的反力架，反力架通过水平加载机构连接锚杆连接机构至刚性传力板，刚性传力板上连接有若干个锚固于城墙夯土试样中的均匀分布的锚杆；数据处理系统将数据采集系统采集的城墙锚杆与城墙夯土试样的拟静力试验数据进行处理后得到包砖城墙锚固体系拟静力试验结果。通过上部和下部作动器的差异化位移加载等效模拟水平地震作用下包砖墙体相对内部夯土的刚性转动、平移及复合位移趋势，实现考虑加速度放大效应与锚杆位置差异的包砖城墙锚固体系地震动力响应测试。
【技术实现步骤摘要】
一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置
本技术涉及包砖城墙遗址锚固
，特别涉及一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，用于测试锚固后包砖城墙在水平地震作用下不同部位锚杆的动力响应差异与城墙变形破坏规律。
技术介绍
包砖城墙作为我国规模宏伟、存量巨大且分布广泛的典型历史建筑遗迹，凝聚着古人高超的建筑理念和精湛的筑造技艺，是我国璀璨历史文明和文化根脉之影映，具有极高的科学意义和社会价值。包砖城墙主要由内部夯土和外部包砖组成，由于其在古代多用于军事防御功能，所以通常体型高大，而其内部夯土与外部包砖材料的强度、刚度差异较大，砌筑时间也不尽相同，二者在水平地震作用下的变形与位移难以协调，易造成包砖墙体产生相对内部夯土的位移，进而导致沿两类材料界面出现纵向裂隙等病害，直至局部或整体坍塌破坏。针对此问题，文物保护工作者依据“安全第一、最小干预、不改变原貌”的加固原则，逐渐达成了采用“锚固”技术来隐蔽地增强城墙遗址稳定性的共识，即在遗址表面钻孔并植入锚杆，并在孔内注入锚固浆体将锚杆与遗址本体粘接，从而起到拉结危险体与稳定体的作用，避免遗址的进一步失稳破坏。要实现对包砖城墙的科学合理锚固，在保证遗址安全的前提下尽量减小锚固施工对遗址的损坏，首先要了解地震作用下锚杆与包砖城墙的相互作用机理，明确各锚杆的锚固界面应力分布与演化规律，确定锚固系统失效模式与遗址损伤破坏规律，进而为锚固方案设计提供参考。因此，开展包砖城墙锚固体系拟静力试验能够为实际锚固工程方案制定提供理论依据和数据支撑，对我国珍贵包砖城墙遗址的合理保护和长远传承具有重要意义。现有的锚固系统试验存在的问题：(1)单锚杆拉拔试验方面现有的单锚杆锚固系统拉拔试验主要采用轴向单点拉拔加载方法，通过岩土箱内夯土试样等效模拟真实夯土体，或直接在土质边坡进行现场加载试验，获得加载过程中锚固界面的应力分布与传递情况，评估其极限承载力与临界锚固长度，进而指导锚固方案设计。上述方法虽能对单根锚杆的受力过程进行准确量测，但已有研究表明，实际锚固工程一般由多根锚杆共同承担外部荷载，不同锚杆布设形式、布设间距等参数均会显著影响单根锚杆的锚固效率(即：群锚效应)，因此上述方法无法全面反应包砖城墙不同位置处锚杆的受力差异。(2)多锚杆群锚效应试验方面为明确群锚效应对多根锚杆锚固效率与受力机理的影响，相关学者开发了多种类型的群锚拉拔试验装置。此类试验系统与单锚杆拉拔试验系统的主要区别在于：拉拔加载装置与锚杆间增设了多孔加载板，并将多根锚杆按照不同布设形式(三角形、四边形、梅花形等)与布设间距固定于多孔加载板上，通过拉拔加载使得多孔加载版与锚杆发生同步位移，从而实现同时对多根锚杆应力分布与传递过程的准确量测。上述方法虽能测试多根锚杆在同步拉拔荷载作用下的应力状态和演化机制，且能对单锚与群锚的锚固效率进行对比分析，但大量实践表明，实际工程中由于城墙或岩土边坡体型高大，在地震作用下存在显著的地震放大效应，包砖墙体在不同高度处的位移、加速度等动力响应存在显著差异，使得不同高度处锚杆所承担的轴向荷载也不尽相同。因此，上述同步加载的群锚效应试验方法对局部位置相近锚杆的锚固性能测试较为适用，但无法考虑真实地震作用下城墙等高大建筑中不同位置锚杆所受到的轴向荷载差异，导致其测试结果与实际情况存在一定差异。(3)锚固体系模型振动台试验锚固体系模型振动台试验是目前能够最为全面、真实地反应加锚遗址地震动力特性的试验方法。该方法主要通过在锚固后岩土体的缩尺模型底部人工施加地震激励(即：振动台加载)来等效模拟结构的真实地震响应情况，能够全面分析夯土体的变形、开裂过程及相应破坏模式等，准确监测不同部位锚杆的应力、应变、滑移量的分布与演化规律，实现锚固系统与夯土体破坏间的关联分析。上述测试方法虽然最接近实际工程情况，但由于其模型试样制作与试验费用高昂，且振动台试验对加载条件要求较高，需在高水平专业实验室进行，因此目前主要用于少数重大工程项目研究领域，难以在普通工程项目中大规模推广应用。综上所述，现有试验方法难以在较低试验费用下实现对包砖城墙遗址锚固体系地震动力响应规律的准确量测，因此，急需开发一种能够同时考虑地震作用放大效应与群锚效应的包砖城墙遗址锚固体系拟静力试验装置，对深入理解锚杆-城墙相互作用机理，进而制定科学合理的包砖城墙遗址的锚固设计方案具有重要意义。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本技术的目的在于提供一种解决传统试验方法在包砖城墙遗址锚杆锚固性能测试中无法全面考虑群锚效应、地震加速度放大效应以及试验费用过高等缺陷，将提供一种适用于包砖城墙遗址锚固体系地震动力响应测试的拟静力试验装置。本技术是通过下述技术方案来实现的。一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，包括反力架、水平加载机构、岩土箱、台座、刚性传力板、锚杆连接机构、数据采集系统和数据处理系统；所述岩土箱中固定有城墙夯土试样，刚性传力板设于城墙夯土试样一侧，岩土箱外侧设有与刚性传力板连接的反力架，反力架通过水平加载机构连接锚杆连接机构至刚性传力板，刚性传力板上连接有若干个贯穿于城墙夯土试样中的均匀分布的锚杆；所述数据处理系统将数据采集系统采集的城墙锚杆与城墙夯土试样拟静力试验数据进行处理后得到包砖城墙锚固体系拟静力试验结果。对于上述技术方案，本技术还有进一步优选的方案：优选的，所述反力架包括固定于台座上的钢柱和固定于钢柱上的若干排钢梁；所述水平加载机构包括上部和下部两个作动器，其基座与反力架的钢梁连接，两个作动器的伸缩杆与刚性传力板铰接。优选的，所述锚杆连接机构包括限位钢板、竖向滑动轮、铰接管槽和T型连接件，所述限位钢板位于刚性传力板靠近反力架一侧，铰接管槽固定于限位钢板上，竖向滑动轮设在限位钢板与刚性传力板之间，T型连接件前端与铰接管槽中的滚轴铰接，另一端穿过刚性传力板上开设的纵向滑动槽与锚杆端部连接。优选的，所述刚性传力板上开设的若干个竖向滑动槽之间设有连接两个作动器的横向加劲肋，两个作动器的伸缩臂端与刚性传力板铰接。优选的，在岩土箱前后两侧设有透明钢化玻璃观测窗，底部设有固定城墙夯土试样的钢槽以及固定刚性传力板和限位钢板的限位导向支座。优选的，所述限位导向支座，其截面形状可为“凸”字形或“L”形，在靠近城墙夯土试样一侧的台面上设有多道导向槽，刚性传力板和限位钢板底端的滚轮均置于导向槽内。优选的，所述固定城墙夯土试样的钢槽内铺设有卵石，或设置有锚钉；岩土箱侧壁均匀涂刷有透明油脂。优选的，所述数据采集系统包括粘贴于锚杆表面上的应变片、布置于城墙夯土试样顶面的位移计和布置于岩土箱观测窗外的粒子图像测速系统；所述粒子图像测速系统包括CCD相机、高强光源及图像处理系统组成，CCD相机设置于岩土箱侧壁透明观测窗外，高强光源布置于CCD相机两侧。优选的，所述数据采集系统的应变片沿锚杆轴向均匀布设于锚杆的外表面，或在临近加载端一侧加密布置。本技术由于采取以上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，包括反力架(1)、水平加载机构(2)、岩土箱(3)、台座(4)、刚性传力板(5)、锚杆连接机构(7)、数据采集系统和数据处理系统；/n所述岩土箱(3)中固定有城墙夯土试样(9)，刚性传力板(5)设于城墙夯土试样(9)一侧，岩土箱(3)外侧设有与刚性传力板(5)连接的反力架(1)，反力架(1)通过水平加载机构(2)连接锚杆连接机构(7)至刚性传力板(5)，刚性传力板(5)上连接有若干个贯穿于城墙夯土试样(9)中的均匀分布的锚杆(8)；所述数据处理系统将数据采集系统采集的城墙锚杆(8)与城墙夯土试样(9)拟静力试验数据进行处理后得到包砖城墙锚固体系拟静力试验结果。/n
【技术特征摘要】
1.一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，包括反力架(1)、水平加载机构(2)、岩土箱(3)、台座(4)、刚性传力板(5)、锚杆连接机构(7)、数据采集系统和数据处理系统；
所述岩土箱(3)中固定有城墙夯土试样(9)，刚性传力板(5)设于城墙夯土试样(9)一侧，岩土箱(3)外侧设有与刚性传力板(5)连接的反力架(1)，反力架(1)通过水平加载机构(2)连接锚杆连接机构(7)至刚性传力板(5)，刚性传力板(5)上连接有若干个贯穿于城墙夯土试样(9)中的均匀分布的锚杆(8)；所述数据处理系统将数据采集系统采集的城墙锚杆(8)与城墙夯土试样(9)拟静力试验数据进行处理后得到包砖城墙锚固体系拟静力试验结果。
2.根据权利要求1所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，所述反力架(1)包括固定于台座(4)上的钢柱(101)和固定于钢柱(101)上的若干排钢梁(102)；所述水平加载机构(2)包括上部和下部两个作动器，其基座与反力架(1)的钢梁(102)连接，两个作动器的伸缩杆与刚性传力板(5)铰接。
3.根据权利要求1所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，所述锚杆连接机构(7)包括限位钢板(6)、竖向滑动轮(702)、铰接管槽(701)和T型连接件(703)，所述限位钢板(6)位于刚性传力板(5)靠近反力架(1)一侧，铰接管槽(701)固定于限位钢板(6)上，竖向滑动轮(702)设在限位钢板(6)与刚性传力板(5)之间，T型连接件(703)前端与铰接管槽(701)中的滚轴铰接，另一端穿过刚性传力板(5)上开设的竖向滑动槽(501)与锚杆(8)端部连接。
4.根据权利要求3所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：芦苇，艾宇，李东波，毛筱霏，
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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