【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地基基础模型承载性能试验，具体涉及一种地基基础模型水平循环荷载试验装置及方法。
技术介绍
1、地基基础模型水平循环荷载试验普遍采用伺服电缸进行循环加载，伺服电缸为集成步进电机和丝杠的一体化结构，而步进电机为位移输出方式，无法直接获取力，为此需配置一个荷载传感器以实现力的反馈。现有的地基基础模型水平循环荷载试验装置，伺服电缸、荷载传感器、模型桩三者直接刚性连接，循环加载时，由于传感器反馈问题，容易出现过载或欠载等伺服电缸荷载输出不稳定情况，尤其地，当循环荷载比为零时，会出现荷载跳跃引发位移响应不稳定，这会影响试验结果的可靠性，降低试验数据的可用性。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种能够保证伺服电缸荷载稳定输出、保证试验数据可用性的地基基础模型水平循环荷载试验装置；本专利技术的第二目的是提供一种地基基础模型水平循环荷载试验方法。
2、技术方案：本专利技术所述的地基基础模型水平循环荷载试验装置，包括模型箱，模型箱顶部设置有反力架，反力架上安装有伺服电缸，伺服电缸导杆端部连接有荷载传感器，模型桩上端固定有活动铰，荷载传感器与活动铰通过弹簧相连；活动铰上相对弹簧的另一侧连接有钢绞线，钢绞线绕过设置于模型箱顶部边缘位置的滑轮，钢绞线末端连接有砝码盘；弹簧轴线、活动铰水平中心线以及钢绞线水平段在同一水平面上；模型桩上还连接有位移传感器，用于试验时的位移监测。
3、进一步地，活动铰具有一侧开口的套环，且开口侧具有一对柄部，所述一对
4、进一步地，荷载传感器连接有带圆环的拉杆；弹簧两端分别连接所述螺栓与圆环。
5、进一步地，弹簧的极限拉力大于伺服电缸的最大允许荷载。
6、进一步地，模型箱顶部固定有横向的底座平台，底座平台上固定有支撑钢架，反力架可转动地设置在所述支撑钢架上，使得伺服电缸能够在竖直平面内调整加载角度；所述底座平台上沿长度方向设置若干孔洞，支撑钢架通过底座平台上不同的孔洞实现位置的调整及固定。
7、进一步地，反力架上具有一对对称布置的半圆弧孔，对称布置的半圆弧孔的圆心处设置一个螺栓孔；反力架通过所述螺栓孔和一对半圆弧孔配合螺栓实现与支撑钢架的转动配合及固定。
8、进一步地，模型箱顶部边缘位置固定有前垫板，滑轮通过一对横向垫板固定在后垫板上；后垫板上具有竖向腰型孔，其与前垫板通过螺栓连接并能够上下移动调节滑轮的高度。
9、本专利技术所述的地基基础模型水平循环荷载试验方法，采用所述的地基基础模型水平循环荷载试验装置，包括：在模型箱中铺填试验土样至指定高度，通过埋入或压入方式将模型桩设置在土体中；安装弹簧、活动铰、位移传感器及钢绞线，保证弹簧轴线、活动铰水平中心线以及钢绞线水平段在同一水平面上；开始循环加载，过程中在砝码盘中添加砝码，砝码盘中添加的砝码总重量不超过伺服电缸允许施加最大荷载与模型桩最大受力荷载的差值。
10、进一步地，砝码根据荷载反馈值分级添加，包括：将需要添加的砝码总重量等分为若干份，伺服电缸开始施加荷载，当荷载反馈值达到一份砝码的重量时，开始缓慢放置一份砝码；按此继续分级添加剩余砝码，直到砝码添加完毕。
11、进一步地，分级添加砝码需在循环加载试验第一次循环卸载荷载之前全部完成。
12、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：
13、(1)将原先的“伺服电缸-模型桩”硬接触，改为“伺服电缸-弹簧-模型桩”软接触，利用弹簧的延展作用，使荷载输出得以更加稳定；
14、(2)通过反向设置的砝码盘，使得伺服电缸需要输出更大的力，降低了荷载传感器的精度要求，能够节约荷载传感器成本(高精度荷载传感器极其昂贵)；
15、(3)软接触联合反向砝码盘，解决了循环荷载比为零时出现的荷载跳跃引发位移响应不稳定的问题，使得循环加载试验曲线更加光滑，能够有效提升水平循环加载试验结果的稳定性与可靠性，提高试验数据的可用性。
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1.一种地基基础模型水平循环荷载试验装置，包括模型箱(1)，模型箱(1)顶部设置有反力架(4)，反力架(4)上安装有伺服电缸(5)，伺服电缸(5)导杆端部连接有荷载传感器(51)，其特征在于，模型桩(3)上端固定有活动铰(7)，荷载传感器(51)与活动铰(7)通过弹簧(6)相连；活动铰(7)上相对弹簧(6)的另一侧连接有钢绞线(9)，钢绞线(9)绕过设置于模型箱(1)顶部边缘位置的滑轮(8)，钢绞线(9)末端连接有砝码盘(10)；弹簧(6)轴线、活动铰(7)水平中心线以及钢绞线(9)水平段在同一水平面上；模型桩(3)上还连接有位移传感器(31)，用于试验时的位移监测。
2.根据权利要求1所述的地基基础模型水平循环荷载试验装置，其特征在于，活动铰(7)具有一侧开口的套环，且开口侧具有一对柄部，所述一对柄部通过螺栓连接使得所述套环能够套接并固定在模型桩(3)上；所述套环另一侧设有用于连接钢绞线(9)的圆扣。
3.根据权利要求2所述的地基基础模型水平循环荷载试验装置，其特征在于，荷载传感器(51)连接有带圆环的拉杆；弹簧(6)两端分别连接所述螺栓与圆环。
...【技术特征摘要】
1.一种地基基础模型水平循环荷载试验装置，包括模型箱(1)，模型箱(1)顶部设置有反力架(4)，反力架(4)上安装有伺服电缸(5)，伺服电缸(5)导杆端部连接有荷载传感器(51)，其特征在于，模型桩(3)上端固定有活动铰(7)，荷载传感器(51)与活动铰(7)通过弹簧(6)相连；活动铰(7)上相对弹簧(6)的另一侧连接有钢绞线(9)，钢绞线(9)绕过设置于模型箱(1)顶部边缘位置的滑轮(8)，钢绞线(9)末端连接有砝码盘(10)；弹簧(6)轴线、活动铰(7)水平中心线以及钢绞线(9)水平段在同一水平面上；模型桩(3)上还连接有位移传感器(31)，用于试验时的位移监测。
2.根据权利要求1所述的地基基础模型水平循环荷载试验装置，其特征在于，活动铰(7)具有一侧开口的套环，且开口侧具有一对柄部，所述一对柄部通过螺栓连接使得所述套环能够套接并固定在模型桩(3)上；所述套环另一侧设有用于连接钢绞线(9)的圆扣。
3.根据权利要求2所述的地基基础模型水平循环荷载试验装置，其特征在于，荷载传感器(51)连接有带圆环的拉杆；弹簧(6)两端分别连接所述螺栓与圆环。
4.根据权利要求1所述的地基基础模型水平循环荷载试验装置，其特征在于，弹簧(6)的极限拉力大于伺服电缸(5)的最大允许荷载。
5.根据权利要求1所述的地基基础模型水平循环荷载试验装置，其特征在于，模型箱(1)顶部固定有横向的底座平台，底座平台上固定有支撑钢架，反力架(4)可转动地设置在所述支撑钢架上，使得伺服电缸(5)能够在竖直平面内调整加载角度；所述底座平台上沿长度方向设置若干孔洞，支撑钢架通过底座平台上不同的孔洞实现位置的调整及固定。
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【专利技术属性】
技术研发人员：凌晨，竺明星，李小娟，席爽，王腾飞，刘静，陈杰，李炫，王朋朋，王宇轩，谢尚乐，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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