一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及樁基模擬裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，特別一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基。該帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，包括用于向模型樁施加水平加載力的水平加載機(jī)構(gòu)，水平加載機(jī)構(gòu)具有沿加載方向延伸的軸線，水平加載機(jī)構(gòu)有至少兩個(gè)，相鄰兩水平加載機(jī)構(gòu)的軸線不平行也不共線。該模型樁基可以輸入至少兩個(gè)水平方向的振動(dòng)載荷，進(jìn)而可以近似模擬樁基在實(shí)際工作中的荷載環(huán)境，為樁基在水平振動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力特性研究提供相應(yīng)的基礎(chǔ)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提高了模型樁基模擬樁基實(shí)際工況的相似度。
【專利說(shuō)明】一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型粧基
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及樁基模擬裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，特別一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型粧基。
【背景技術(shù)】
[0002]從樁基動(dòng)力特性的研究現(xiàn)狀來(lái)講，大都側(cè)重于豎向承載力，而對(duì)其水平振動(dòng)荷載作用下的承載力的研究甚少，且都是水平單向振動(dòng)研究。然而實(shí)際工程中樁基是經(jīng)常承受著雙向水平振動(dòng)荷載的作用，比如:地震荷載和水流荷載的組合，地震荷載和風(fēng)浪荷載的組合，水流荷載和車輛荷載的組合，施工中兩個(gè)機(jī)械設(shè)備同時(shí)操作產(chǎn)生的雙向振動(dòng)載荷等。因此，單向水平振動(dòng)研究與樁基的實(shí)際工況相差較遠(yuǎn)。
[0003]對(duì)樁基的動(dòng)承載力的試驗(yàn)研究，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法通常不易實(shí)現(xiàn)，且操作程序復(fù)雜，代價(jià)較大，多采用室內(nèi)試驗(yàn)的研究方法。目前對(duì)樁基動(dòng)力特性的研究通常是通過(guò)在設(shè)有大型振動(dòng)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)室完成，且大都是單個(gè)方向振動(dòng)載荷的輸入方式，這種方式一般原理都比較復(fù)雜，操作不便，建造費(fèi)用昂貴。
[0004]中國(guó)期刊文件《巖土力學(xué)》第33卷第2期中《凍融條件下模型樁基水平動(dòng)力試驗(yàn)研究》一文中，公布了一種樁動(dòng)力試驗(yàn)裝置，該動(dòng)力試驗(yàn)裝置包括加載框架和土箱，土箱內(nèi)裝有土體，土箱內(nèi)插裝有豎直設(shè)置的模型樁，加載框架上裝配有一個(gè)用于向模型樁施加水平加載力的水平加載機(jī)構(gòu)，水平加載機(jī)構(gòu)的軸線沿加載方向延伸，且與模型樁的軸線垂直相交，水平加載機(jī)構(gòu)包括加載軸，加載軸用于直接向模型樁傳遞水平振動(dòng)載荷，但是，該裝置只能對(duì)模型樁進(jìn)行水平單向振動(dòng)研究，與實(shí)際工況相差較遠(yuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，以提高模型樁基模擬樁基實(shí)際工況的相似度。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，包括用于向模型樁施加水平加載力的水平加載機(jī)構(gòu)，水平加載機(jī)構(gòu)具有沿加載方向延伸的軸線，水平加載機(jī)構(gòu)有至少兩個(gè)，相鄰兩水平加載機(jī)構(gòu)的軸線不平行也不共線。
[0007]所述水平加載機(jī)構(gòu)包括加載彈簧，加載彈簧的軸線與其所屬水平加載機(jī)構(gòu)的軸線共線。
[0008]水平加載機(jī)構(gòu)還包括加載軸和與加載軸傳動(dòng)連接的往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，加載彈簧設(shè)在加載軸與往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間或用于設(shè)置在加載軸與模型樁之間。
[0009]所述加載彈簧上靠近往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一側(cè)的端部設(shè)有卡環(huán)。
[0010]往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)軸和止旋裝配在旋轉(zhuǎn)軸上的輸出輪，輸出輪具有用于頂壓驅(qū)動(dòng)相應(yīng)加載軸的外周面。
[0011]輸出輪包括輪芯和套在輪芯上的減摩軸承，輸出輪的外周面由減摩軸承的外周面構(gòu)成。
[0012]所述加載軸上套設(shè)有用于限制加載軸徑向位置的軸向支座。
[0013]所述軸向支座的軸孔內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)。
[0014]水平加載機(jī)構(gòu)有兩個(gè)，兩個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)的軸線互相垂直。
[0015]帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基還包括用于安裝水平加載機(jī)構(gòu)的加載框架，所述加載框架為鋼制材料。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果:由于水平加載機(jī)構(gòu)有至少兩個(gè)，且相鄰兩水平加載機(jī)構(gòu)的軸線不平行也不共線，因而模型樁基可以輸入至少兩個(gè)水平方向的振動(dòng)載荷，進(jìn)而可以近似模擬樁基在實(shí)際工作中的荷載環(huán)境，為樁基在水平振動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力特性研究提供相應(yīng)的基礎(chǔ)。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提聞了 1旲型粧基1旲擬粧基實(shí)際工況的相似度。
[0017]進(jìn)一步的，由于水平加載機(jī)構(gòu)包括加載彈簧，因此通過(guò)改變加載彈簧的剛性系數(shù)可以實(shí)現(xiàn)加載的振動(dòng)載荷幅值的改變。
[0018]進(jìn)一步的，卡環(huán)對(duì)加載彈簧的靠近往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一側(cè)的端部具有固定作用，通過(guò)卡環(huán)可以限制加載彈簧朝向往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一側(cè)移動(dòng)。
[0019]進(jìn)一步的，減摩軸承與加載軸之間的摩擦力小，能夠保證在振動(dòng)過(guò)程中減摩軸承與加載軸穩(wěn)定接觸并傳遞載荷。
[0020]進(jìn)一步的，軸向支座可以嚴(yán)格限制加載軸的徑向位置，能很好的穩(wěn)定荷載的傳遞狀態(tài)。
[0021 ] 進(jìn)一步的，軸向支座的軸孔內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)，通過(guò)向儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)中注入潤(rùn)滑油，可減少軸向支座與加載軸之間的摩擦力。
[0022]進(jìn)一步的，水平加載機(jī)構(gòu)有兩個(gè)，兩個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)的軸線互相垂直，該模型樁基可近似的模擬實(shí)際工程中樁基在雙向振動(dòng)載荷作用下的受力工況，可為樁基的抗震、減震、隔震研究提供幫助，可用于研究樁基在不同土體環(huán)境中兩個(gè)水平方向的振動(dòng)特性，可為樁基適用的工程地質(zhì)條件研究提供基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基的實(shí)施例1的俯視圖；
[0024]圖2為本實(shí)用新型的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基的實(shí)施例1的主視圖；
[0025]圖3為本實(shí)用新型的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基的實(shí)施例1的左視圖；
[0026]圖4為本實(shí)用新型的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基的實(shí)施例1的右視圖；
[0027]圖5為本實(shí)用新型的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基的實(shí)施例1的后視圖；
[0028]圖6為圖1中的水平加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖7為圖2中軸向支座與底座的連接結(jié)構(gòu)示意圖；[0030]圖8為圖2中底座的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本實(shí)用新型的帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基的實(shí)施例1，如圖1-8所示:該帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基包括土箱1、加載框架2、模型樁3和水平加載機(jī)構(gòu)4。
[0032]土箱I為正方體結(jié)構(gòu)，土箱I內(nèi)充裝有土體11。模型樁3上下延伸，模型樁3設(shè)有土箱I內(nèi)，模型樁3位于土箱I的中心位置處，模型樁3的下部埋于土箱I中而被土箱I中的土體固定，模型樁3的上部從土箱I內(nèi)的土體中伸出。加載框架固設(shè)于土箱的外周。加載框架2為鋼制材料。水平加載機(jī)構(gòu)4裝配于加載框架2上。
[0033]水平加載機(jī)構(gòu)4用于向模型樁施加水平加載力，水平加載機(jī)構(gòu)4具有沿加載方向延伸的軸線。水平加載機(jī)構(gòu)4的軸線與模型樁3的軸線呈垂直設(shè)置。水平加載機(jī)構(gòu)4共有兩個(gè)，兩個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)4的軸線不平行也不共線，該兩個(gè)軸線垂直且相交。在本實(shí)施例中，兩個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)4分別位于土箱I的右側(cè)和后側(cè)，兩個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)4分別為右水平加載機(jī)構(gòu)41和后水平加載機(jī)構(gòu)42。除安裝位置關(guān)系不同外，兩個(gè)水平加載裝置4的具體結(jié)構(gòu)和工作原理相同。
[0034]各水平加載機(jī)構(gòu)4均包括加載彈簧5、加載軸6和往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。加載彈簧5的軸線與其所屬水平加載機(jī)構(gòu)的軸線共線。往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與加載軸6傳動(dòng)連接，加載彈簧5設(shè)在加載軸6與模型樁3之間。加載彈簧5上靠近往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一側(cè)的端部設(shè)有卡環(huán)7?？ōh(huán)7固設(shè)于加載軸6上，加載彈簧5的一端為固定端、另一端為自由端，加載彈簧的固定端通過(guò)卡環(huán)7固定裝配在加載軸6上,加載彈簧5的自由端朝向模型樁3。通過(guò)卡環(huán)7可以限制加載彈簧5的固定端朝向往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一側(cè)移動(dòng)。將加載彈簧朝向模型樁一側(cè)的運(yùn)動(dòng)定義為正向移動(dòng)，將加載彈簧遠(yuǎn)離模型樁一側(cè)的運(yùn)動(dòng)定義為反向移動(dòng)。在本實(shí)施例中，通過(guò)卡環(huán)7可以限制加載彈簧5的方向移動(dòng)。
[0035]往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)軸81和止旋裝配在旋轉(zhuǎn)軸81上的輸出輪82，輸出輪81具有用于頂壓驅(qū)動(dòng)相應(yīng)加載軸6的外周面。在本實(shí)施例中，輸出輪82包括輪芯821和套在輪芯821上的減摩軸承822，輸出輪82的外周面由減摩軸承822的外周面構(gòu)成。該輪芯821為偏心輪，在使用時(shí)，通過(guò)更換不同大小的偏心輪的方法，可實(shí)現(xiàn)不同的偏心距，從而可改變輸入荷載的大小。在其它實(shí)施例中，輸出輪還可以不包括減摩軸承，輸出輪的外周面由輪芯的外周面構(gòu)成。
[0036]在本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)軸81為電機(jī)軸，旋轉(zhuǎn)軸81上連接有用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸81轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)91，電機(jī)91固設(shè)于電機(jī)臺(tái)座92上，電機(jī)臺(tái)座92與加載框架2固定連接，電機(jī)91通過(guò)電機(jī)臺(tái)座92固定裝配在加載框架2上，電機(jī)臺(tái)座92由鋼板焊接而成。電機(jī)91上連接有數(shù)字式變頻控制儀93，通過(guò)數(shù)字式變頻控制儀93可控制電機(jī)91的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)不同的加載頻率和加速度。在其它實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)軸還可以采用其它的動(dòng)力源，如油缸。
[0037]在本實(shí)施例中，加載軸6上套設(shè)有用于限制加載軸6徑向位置的軸向支座61。每個(gè)加載軸6上設(shè)有兩個(gè)沿加載軸的軸線間隔設(shè)置的軸向支座61。軸向支座61具有用于穿裝加載軸的軸孔611，該軸孔611內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)。儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)可注入潤(rùn)滑油，能起到減少加載軸與軸向支座之間的摩擦力。該儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)為儲(chǔ)油槽，該儲(chǔ)油槽為環(huán)形凹槽。在其它實(shí)施例中，儲(chǔ)油槽還可以弧形凹槽；或儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)還可以為儲(chǔ)油孔；或者還可以省去該儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)。電機(jī)臺(tái)座92上固設(shè)有底座62，軸向支座61固定裝配在底座62上。底座62設(shè)于軸向支座61的下部，兩者之間通過(guò)螺栓固連在一起。軸向支座61通過(guò)底座62固定裝配于電機(jī)臺(tái)座92上。底座62包括支撐平臺(tái)621和設(shè)于支撐平臺(tái)621下部的支撐桿622，該支撐桿622為
空心結(jié)構(gòu)。
[0038]上述實(shí)施例1的使用過(guò)程:進(jìn)行加載試驗(yàn)前，先將模型樁3埋置在土箱I內(nèi)的土體11中，將電機(jī)91接通電源。
[0039]啟動(dòng)電機(jī)91，旋轉(zhuǎn)軸81帶動(dòng)輪芯821轉(zhuǎn)動(dòng)，套設(shè)在輪芯821上的減摩軸承822與加載軸6的端部接觸并傳遞荷載，從而加載軸6可帶動(dòng)加載彈簧5沿加載軸6的軸線移動(dòng)，使加載彈簧5與模型樁3接觸并傳遞振動(dòng)荷載。
[0040]兩個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)的兩臺(tái)電機(jī)傳遞的荷載方向相垂直，即兩個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)中的加載軸的水平運(yùn)動(dòng)方向相垂直，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)模型樁的水平雙向振動(dòng)荷載的輸入。
[0041]系統(tǒng)輸入的振動(dòng)荷載幅值的改變可通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn):一是通過(guò)更換不同大小的偏心輪或通過(guò)調(diào)整偏心輪上的OA線與豎直方向OB線之間的夾角α的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)α=0°時(shí),偏心距最大,加載軸的行程最大,荷載幅值最大；當(dāng)α=180°時(shí),偏心距最小,力口載軸的行程最小，荷載幅值最?。欢峭ㄟ^(guò)改變加載彈簧的剛度系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0042]系統(tǒng)輸入的荷載頻率和加速度可通過(guò)數(shù)字式變頻控制儀調(diào)節(jié)，從而可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速及加速度的大小改變。
[0043]本實(shí)用新型的帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，可移動(dòng)，在室內(nèi)外都可以操作，各零部件容易取得，造價(jià)較低，比較經(jīng)濟(jì)，適合推廣使用。
[0044]在其它實(shí)施例中，兩個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)的軸線還可以為空間垂直，即兩個(gè)軸線垂直但不相交；或者兩個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)的軸線之間的夾角還可以為除去0-180度之間除90度、180度、O度之外的其它值。
[0045]在其它實(shí)施例中，水平加載機(jī)構(gòu)的數(shù)量還可以為兩個(gè)以上，各個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)的軸線除了共面垂直交叉外，還可以有空間垂直和交叉的情況；相鄰水平加載機(jī)構(gòu)的軸線之間的夾角還可以為除O度和180度以外的其它數(shù)值。
[0046]在其它實(shí)施例中，加載彈簧還可以設(shè)置在加載軸與模型樁之間，此時(shí)，使用時(shí)加載軸直接向模型樁施加水平振動(dòng)載荷；此外，還可以在加載彈簧的兩端均設(shè)置卡環(huán)，或僅在加載彈簧上靠近往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一側(cè)的端部上設(shè)置用于限制加載彈簧朝向往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一側(cè)移動(dòng)的卡環(huán)。
[0047]在其它實(shí)施例中，還可以省去加載彈簧。
[0048]在其它實(shí)施例中，水平加載機(jī)構(gòu)還可以是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或絲杠螺母機(jī)構(gòu)。
[0049]在其它實(shí)施例中，加載框架還可以其它金屬制成，如銅、鋁合金等。
[0050]在其它實(shí)施例中，還可以省去模型樁、土箱和加載框架中一個(gè)或兩個(gè)或全部。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，包括用于向模型樁施加水平加載力的水平加載機(jī)構(gòu)，水平加載機(jī)構(gòu)具有沿加載方向延伸的軸線，其特征在于:水平加載機(jī)構(gòu)有至少兩個(gè)，相鄰兩水平加載機(jī)構(gòu)的軸線不平行也不共線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，其特征在于:所述水平加載機(jī)構(gòu)包括加載彈簧，加載彈簧的軸線與其所屬水平加載機(jī)構(gòu)的軸線共線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，其特征在于:水平加載機(jī)構(gòu)還包括加載軸和與加載軸傳動(dòng)連接的往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，加載彈簧設(shè)在加載軸與往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間或用于設(shè)置在加載軸與模型樁之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，其特征在于:所述加載彈簧上靠近往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一側(cè)的端部設(shè)有卡環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，其特征在于:往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)軸和止旋裝配在旋轉(zhuǎn)軸上的輸出輪，輸出輪具有用于頂壓驅(qū)動(dòng)相應(yīng)加載軸的外周面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，其特征在于:輸出輪包括輪芯和套在輪芯上的減摩軸承，輸出輪的外周面由減摩軸承的外周面構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，其特征在于:所述加載軸上套設(shè)有用于限制加載軸徑向位置的軸向支座。
8.根本權(quán)利要求7所述的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，其特征在于:所述軸向支座的軸孔內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，其特征在于:水平加載機(jī)構(gòu)有兩個(gè)，兩個(gè)水平加載機(jī)構(gòu)的軸線互相垂直。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有水平動(dòng)力加載裝置的模型樁基，其特征在于:還包括用于安裝水平加載機(jī)構(gòu)的加載框架，所述加載框架為鋼制材料。
【文檔編號(hào)】E02D33/00GK203729350SQ201420061719
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】鐘國(guó)華, 高笑娟, 呂冰, 李躍輝 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)