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原文传递测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置及方法

专利名称：	测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置及方法
摘要：	本发明涉及测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，包括模型箱、横向支架、第一模型桩、第二模型桩、第一液压千斤顶、第二液压千斤顶、第一伺服阀、第二伺服阀、竖向位移传感器、水平位移传感器及模型用土；所述模型箱通过隔板和可调式支撑分隔为主体试验箱和附属试验箱，所述横向支架架设在模型箱上方，所述横向支架包括长桁架和短桁架，所述长桁架上设置第一垫板和第二垫板。本发明的有益效果是：本发明通过竖向位移传感器和粘贴有应变片的第一模型桩可以直接测得在各级竖向荷载作用下的桩顶沉降和桩身轴力分布规律，绘制出荷载‑沉降曲线和沉降‑时间曲线等，准确得到桩基的竖向抗压极限承载力。
专利类型：	发明专利
申请人：	浙江大学城市学院
发明人：	刁红国;王新泉;崔允亮;张天赐
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T02:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T22:00:00+0805
申请号：	CN202010134672.7
公开号：	CN111188370A
代理机构：	杭州九洲专利事务所有限公司
代理人：	张羽振
分类号：	E02D33/00;E;E02;E02D;E02D33;E02D33/00
申请人地址：	310015 浙江省杭州市湖州街50号
主权项：	1.测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，其特征在于，包括模型箱(1)、横向支架(2)、第一模型桩(3)、第二模型桩(4)、第一液压千斤顶(5)、第二液压千斤顶(6)、第一伺服阀(7)、第二伺服阀(8)、竖向位移传感器(9)、水平位移传感器(10)及模型用土(11)；所述模型箱(1)通过隔板(12)和可调式支撑(13)分隔为主体试验箱(14)和附属试验箱(15)，所述横向支架(2)架设在模型箱(1)上方，所述横向支架(2)包括长桁架(16)和短桁架(17)，所述长桁架(16)上设置第一垫板(45)和第二垫板(46)，所述第一模型桩(3)和第二模型桩(4)均包括粘贴有半导体应变片(18)的桩身(19)和设置于桩身顶部的桩帽(20)，所述第一液压千斤顶(5)和第二液压千斤顶(6)均包括油缸(21)、活塞(22)、进油阀(23)和回油阀(24)，模型箱(1)顶部安装第一伺服阀(7)、第二伺服阀(8)和监控相机(50)，所述第一伺服阀(7)和第二伺服阀(8)均包括进油阀(23)、回油阀(24)和控制阀(25)，所述竖向位移传感器(9)和水平位移传感器(10)均包括夹具块(26)、波导管(27)和活动磁环(28)，所述模型用土(11)水平铺设在主体试验箱(14)内。 2.根据权利要求1所述的测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，其特征在于，所述可调式支撑(13)包括花篮螺丝(29)、旋杆(30)和支撑座(31)，花篮螺丝(29)中部设有旋杆(30)，花篮螺丝(29)两端设有支撑座(31)；可调式支撑(13)对撑在模型箱(1)箱壁与隔板(12)之间。 3.根据权利要求1所述的测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，其特征在于，所述横向支架(2)的长桁架(16)横跨模型箱(1)，短桁架(17)焊接在长桁架(16)两端，短桁架(17)通过螺栓(32)锚固在箱壁顶部的滑槽(47)中。 4.根据权利要求1所述的测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，其特征在于，所述桩身(19)为底部密封的空心铝合金管结构，桩身(19)外侧均匀涂有一层保护半导体应变片(18)的环氧树脂胶(33)，桩身(19)顶部与管帽(20)通过螺丝(34)紧固连接。 5.根据权利要求1所述的测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，其特征在于，所述半导体应变片(18)沿桩身(16)竖向等间距分布，同一横截面内的两对半导体应变片(18)对称粘贴在桩身两侧，导线(35)依次穿过桩身微孔(36)和管帽(20)底部的U型孔(37)后汇集成束，并最终连接在悬挂于模型箱(1)侧壁的数据采集仪(38)上。 6.根据权利要求1所述的测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，其特征在于，所述第一模型桩(3)和第二模型桩(4)在同一横截面内的两对半导体应变片(18)采用惠斯通电桥连接，第一模型桩(3)和第二模型桩(4)同一侧的每对半导体应变片(18)之间分别采用垂直交叉和互相平行的分布方式。 7.根据权利要求1所述的测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，其特征在于，所述第一液压千斤顶(5)的油缸(21)垂直固定在横向支架(2)上的第一垫板(45)内，第一垫板(45)沿长桁架(16)的滑槽(47)横向滑移，第一液压千斤顶(5)的活塞(22)下端连接粘贴有竖向压力传感器(48)的竖向延伸杆(39)，竖向延伸杆(39)与第一模型桩(3)位于同一中轴线；所述第二液压千斤顶(6)的油缸(21)水平固定在附属试验箱(15)内的底座(40)上，第二液压千斤顶(6)的活塞(22)右侧连接粘贴有水平压力传感器(49)的水平延伸杆(41)，水平延伸杆(41)与第二模型桩(4)的左侧桩身之间设有U型垫块(42)。 8.根据权利要求1所述的测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，其特征在于，所述第一伺服阀(7)的进油阀(23)和回油阀(24)与第一液压千斤顶(5)的进油阀(23)和回油阀(24)通过油管对应连接，第二伺服阀(8)的进油阀(23)和回油阀(24)与第二液压千斤顶(6)的进油阀(23)和回油阀(24)通过油管对应连接，控制阀(25)通过导线连接在数据采集仪(38)上。 9.根据权利要求1所述的测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，其特征在于，所述竖向位移传感器(9)和水平位移传感器(10)的波导管(27)通过夹具块(26)和连接杆(43)分别垂直固定于第一垫板(45)和第二垫板(46)上，竖向位移传感器(9)的活动磁环(28)抵在竖向延伸杆(39)上的横肋板(44)表面并随其同步移动，水平位移传感器(10)的活动磁环(28)抵在地表处的第二模型桩(4)的右侧桩身上。 10.一种如权利要求1所述的测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，安装隔板(12)和可调式支撑(13)，调节可调式支撑(13)的旋杆(30)至隔板(12)垂直稳定，将模型箱(1)分隔为主体试验箱(14)和附属试验箱(15)，隔板(12)与箱壁、箱底之间的缝隙采用玻璃胶密封；步骤二，在桩身(19)两侧粘贴半导体应变片(18)，连通梳理导线(35)，安装桩帽(20)，形成第一模型桩(3)和第二模型桩(4)，并分别进行桩身轴力和弯矩的标定；步骤三，在主体试验箱(14)内定位安装第一模型桩(3)和第二模型桩(4)，分层铺设模型用土(11)，在模型箱(1)顶部安装第一伺服阀(7)、第二伺服阀(8)和监控相机(50)，在模型箱(1)外侧悬挂安装数据采集仪(38)；步骤四，沿箱壁顶部的滑槽(47)纵向滑移横向支架(2)，沿长桁架(16)的滑槽(47)横向滑移第一垫板(45)直至第一液压千斤顶(5)的竖向延伸杆(39)与第一模型桩(3)位于同一中轴线，连接第一液压千斤顶(5)与第一伺服阀(7)；步骤五，在附属试验箱(15)内安装底座(40)和第二液压千斤顶(6)，使水平延伸杆(41)与第二模型桩(4)位于同一水平线，U型垫块(42)紧贴桩身左侧，连接第二液压千斤顶(6)与第二伺服阀(8)；步骤六，将模型箱(1)移至土工离心机(51)的挂篮平台(52)上，标定并安装竖向位移传感器(9)和水平位移传感器(10)；步骤七，计算安装配重(53)，调试启动土工离心机(51)，通过远程计算机分别控制启动第一液压千斤顶(5)和第二液压千斤顶(6)，逐级施加竖向荷载和水平荷载，记录竖向压力传感器(48)、水平压力传感器(49)、竖向位移传感器(9)和水平位移传感器(10)的读数；步骤八，待达到终止加载条件，关闭土工离心机(51)，处理数据确定第一模型桩(3)的单桩竖向抗压极限承载力和第二模型桩(4)的单桩水平极限承载力。
所属类别：	发明专利