拉杆－抗弯钢板组合式土箱模拟装置制造方法及图纸

一种拉杆－抗弯钢板组合式土箱模拟装置，其包括桩基、抱箍、拉杆、抗弯钢板、反力钢柱，每个桩基通过抱箍、螺杆、内螺纹套筒、拉杆与抗弯钢板相连，抗弯钢板的固定端与反力钢柱相连。桩基上可以固定多个抱箍，抱箍通过螺杆螺母固定，螺母外侧安装内螺纹套筒，拉杆的一端扩大头置于与抱箍相连的内螺纹套筒的空腔内，拉杆的另外一端穿过抗弯钢板的预留孔与其通过紧固螺母相连。该反力钢柱与土箱底部过渡钢板通过焊接或栓接进行连接。本发明专利技术的土箱模拟装置与传统土箱相比，克服了传统土箱中重力场下模型土的围压约束条件很难和原状土相似这个重大问题，且安装方式多样化，降低了对加载设备的技术要求和场地条件限制，扩大了加载设备的工程应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程、材料工程、基础工程和地震工程领域，具体涉及一种模拟桩-土相互作用的拉杆-抗弯钢板组合式土箱模拟装置。
技术介绍
迄今为止，在室内模型试验中常用的土箱大致有三种型式刚性土箱(Rigid wall box)、柔性土箱(Flexible wall barrel)、层状剪切变形土箱(Laminar shear box)。 1、刚性土箱 刚性土箱的箱壁由金属或者木材制成，不提供剪切变形。在箱内壁粘设泡沫塑料 等柔性材料来吸收侧向边界的波以模拟土的边界。 国外在20世纪80年代已经采用这种土箱，如Gohl和Finn(1987)的单桩模型 振动台试验以空心铝管为模型桩、干沙为模型土，研究了线弹性Winkler模型分析方法的 有效性和桩周土的模量和侧向刚度降低规律；Miz皿o和Iiba(1982)的钻孔灌注桩静力 强迫振动试验和地震波水平激励试验也采用了圆柱状刚性土箱，模型土采用的是聚丙烯 酰胺(polyacrylamide)和班脱土 (bentonite)的混合物；Tamori和Kitagawa(1988)进 行的弹塑性土 _桩_房屋试验采用碳酸钙和油的混合物为模型土，容器为圆柱形土箱； Kutter(1994)在加州大学戴维斯分校采用半径为9米的离心机，选用加州地区典型的桥梁 桩基础形式进行了单桩和群桩的地震动模拟试验；华盛顿大学的学者(2002)也采用刚性 土箱在加州大学戴维斯分校进行了离心机试验。试验考虑了四种结构形式两跨桥梁结构， 双桩双承台结构，双桩单承台结构和单桩单承台结构。桩基础采用铝管模拟，土体采用中 砂。Makris (1997)在一砂箱中进行了单桩的振动台试验，砂箱为XX土箱，模型土为中砂，模 型桩桩底采用固定、自由两种方式验证了 Winkler地基模型的合理性。 国内，韦晓(1999)用木制砂箱完成了单桩和群桩基础的振动台试验，其桩数最多 为3X 2，承台为埋置式。试验结果表明桩基顶部位置附近应变最大，并随桩基深度增加迅速 减小，桩基底部应变几乎为零。楼梦麟等(2000)为了研究这种刚性容器边界的影响，曾专 门进行过振动台试验和理论分析。 2、柔性土箱 柔性土箱(Flexible wall barrel)，由Meymand (1998， 2000)首先设计并投入试验 这种土箱四周由圆筒形的橡胶薄膜围成，上端固定于上部钢圆环，下端固定在底部钢板上。 上部钢圆环支撑在四根钢杆上，通过四根支撑钢杆将底部与上部钢环连接，它允许容器内 的模型土发生多方向平动的剪切变形。橡胶膜外包纤维带或钢丝提供径向刚度。 Meymand (1998)在美国Berkeley分校的6. 0 X 6. 0m的大型振动台进行了软粘土的 土 _桩_上部结构相互作用试验。他设计了独特的圆筒形盛土容器，即上节的第二种容器， 试验装置如图15所示。模型土为高岭土、斑脱岩和C型灰尘的混合物。模型桩以内填混凝 土的钢管桩为原型，采用铝管模拟。试验测试了自由场、单桩、2X2群桩、3X3群桩和5X3 群桩五种情况。得出了不同惯性力条件下桩的反应试验结果，证实了运动相互作用和惯性相互作用。采用参数识别技术获得了单桩和群桩柔性基础频率和阻尼因子，与从固定基底 假设得到的结果有很大的不同，单桩和群桩的阻尼为荷载水平的函数。桩头横向刚度是荷 载大小的函数。根据弹性理论计算的动力刚度对模型试验而言，提供了不现实的高估。国 内的陈跃庆、吕西林(1999,2000)采用了类似的土箱容器。柔性容器的外包纤维带的间距 对试验结果的影响很大，太小则成了刚性容器、难以提供剪切变形，太大则在振动时，土体 向外膨胀，导致土体约束压的释放。同时土层可能发生弯曲变形。采用这种容器还得注意 避开在振动过程中容器的上部钢环对土体施加的惯性力的影响。 3、层状剪切变形土箱 Warrasak Jakr即iya皿n(2001)对3X3群桩进行了 1/9的振动台试验，采用模型 桩为铝桩，模型土采用相对密度为60%的Nevada砂土。 凌贤长研究了液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验模型相似设计 方法和相关的试验研究；郭金童、冯士伦在天津大学海工结构振动实验室的SVK-01型电液 振动台上进行了饱和砂土中桩基的振动台试验，认为在对可液化砂层的水平承载能力进行 考虑时，完全不考虑可液化砂层的水平承载能力是保守的；鲍华在徐礼华的基础上，对软土 地基和刚性地基上的19层建筑模型结构进行了两个振动台模型试验，研究了相互作用对 结构的动力特性和地震反应的影响；李培振在陈跃庆试验的基础上，将原来较软的分层土 换成较硬的分层土进行了试验研究；楼梦麟等学者在2001年通过土 _桩_结构体系的振动 台模型试验，探讨了土 _结构相互作用对结构动力特性和结构地震反应的影响，并在2006 年用振动台试验研究了土 _结构相互作用对结构TLD减震控制的影响。 无论是土木工程、基础工程还是地震工程领域都需要进行桩_ 土试验研究工作， 这对保证结构物和生命线工程的安全都是具有重要意义的。常用的桩-土试验包括现场原 型试验和室内縮尺试验两类。现场原型试验由于费用昂贵所以很少采用，而室内模型试验 中常用的土箱不适用于模型倒装，而且配置合适的模型土非常困难。因此限制了桩基室内 模型试验的应用。 如果在桩土模型试验的时候采用倒装的安装方式(图l)，传统的土箱已经无法 满足试验的要求，另外传统土箱中模型土的性状也很难把握，此外由于縮尺的原因在重力 场中围压的约束条件很难和原状土相似，除非在使用离心机的情况下才能正确模拟土的围 压。 忽略动力因素的影响时，桩周土对桩基的抗力在力学层面上可以简化为一系列的 线性或非线性弹簧。本专利技术提出了专门用于桩-土室内模型试验的抱箍-抗弯钢板组合式 土箱，克服了其他类型土箱在模拟桩周土方面的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种拉杆_抗弯钢板组合式土箱模拟装置替代传统的土 箱。 为达到以上目的，本专利技术所采用的解决方案是不采用真实的土体材料，采用抗弯 刚度的弯曲刚度与拉杆的轴向刚度的串联组合来模拟桩身周围的土体对桩身提供的侧向 刚度。 —种组合式土箱模拟装置，其包括桩基、拉杆、抗弯钢板、反力钢柱，桩基通过连接件连接拉杆，拉杆另一端与抗弯钢板相连，抗弯钢板的固定端与反力钢柱相连。 该连接件为抱箍、螺杆、螺母内螺纹套筒，抱箍通过螺杆、螺母固定于桩基上，拉杆的一端扩大头置于与抱箍相连的内螺纹套筒的空腔内，拉杆的另外一端与抗弯钢板相连。 该抗弯钢板设有预留孔，拉杆穿过该预留孔连接固定。 该抱箍为两侧带有耳板的半圆形结构，耳板上设有穿设螺杆的预留孔，并通过螺母固定于桩基上，螺母外侧安装内螺纹套筒。 该抱箍仅在紧固端两侧与桩基接触。 该桩基为多个，单个桩基上固定多个抱箍。 该反力钢柱与土箱模拟装置底部过渡钢板通过焊接或栓接进行连接。 —个桩基需要4根反力钢柱，一个反力钢柱上可以安装多组抗弯钢板。 由于采用了上述方案，本专利技术具有以下特点 1)钢材的材性很稳定并且可以测定； 2)抗弯钢板和拉杆的设计尺寸均可调整，能提供试验需要的土弹簧刚度； 3)可以利用钢材良好的弹塑性变形性能模拟土体的非线性性能； 4)将土体的作用简化为非线性的弹簧，避免了传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合式土箱模拟装置，其特征在于：其包括桩基、拉杆、抗弯钢板、反力钢柱，桩基通过连接件连接拉杆，拉杆另一端与抗弯钢板相连，抗弯钢板的固定端与反力钢柱相连。

【技术特征摘要】
一种组合式土箱模拟装置，其特征在于其包括桩基、拉杆、抗弯钢板、反力钢柱，桩基通过连接件连接拉杆，拉杆另一端与抗弯钢板相连，抗弯钢板的固定端与反力钢柱相连。2. 如权利要求1所述的组合式土箱模拟装置，其特征在于该连接件为抱箍、螺杆、螺 母内螺纹套筒，抱箍通过螺杆、螺母固定于桩基上，拉杆的一端扩大头置于与抱箍相连的内 螺纹套筒的空腔内，拉杆的另外一端与抗弯钢板相连。3. 如权利要求l所述的组合式土箱模拟装置，其特征在于该抗弯钢板设有预留孔，拉 杆穿过该预留孔连接固定。4. 如权利要求2所述的组合式土箱模拟装置，其特征在于该抱箍为两侧带有耳板的 半圆形...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁万城，周敉，高永，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]