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原文传递桩顶模拟动载装置及方法

专利名称：	桩顶模拟动载装置及方法
摘要：	本发明涉及桩体动载模拟，特别是一种桩顶模拟动载装置及方法。包括机箱外壳、圆盘式加载机构、齿轮组传力机构和外支承机构，圆盘式加载机构和齿轮组传力机构设置在机箱外壳内，机箱外壳放置在桩体的顶部；圆盘式加载机构可通过其内部质量块实现荷载变级，可通过电磁铁变更磁极，与永磁铁之间产生吸引力和排斥力，进而上半圆加载过程以改变半径的方式，消除拔桩力，同时下半圆加载过程以改变半径的方式提供向下的加载力，因此该装置实现了桩顶加载过程中，不产生上拔力，只有竖直向下的加载力。通过改变质量块大小，变频电机频率，模拟不同加载力、不同加载频率，模拟桩体在实际荷载中的情形。
专利类型：	发明专利
申请人：	青岛理工大学
发明人：	刘俊伟;万志朋;孟鋆;代邢可;朱娜;凌贤长;郑东生
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN201911409296.1
公开号：	CN111119257A
代理机构：	青岛中天汇智知识产权代理有限公司
代理人：	雷斐
分类号：	E02D33/00;E;E02;E02D;E02D33;E02D33/00
申请人地址：	266000 山东省青岛市市北区抚顺路11号
主权项：	1.一种桩顶模拟动载装置，其特征在于：包括机箱外壳(1)、圆盘式加载机构(2)、齿轮组传力机构(10)和外支承机构，圆盘式加载机构(2)和齿轮组传力机构(10)设置在机箱外壳(1)内，机箱外壳(1)放置在桩体(6)的顶部；所述齿轮组传力机构(10)包括传动齿轮Ⅰ(1001)、传动齿轮Ⅱ(1002)和主齿轮(1003)，主齿轮(1003)通过主齿轮三角支撑架(5)与机箱外壳(1)连接，主齿轮(1003)的中心固定有电机连接轴杆(501)，电机连接轴杆(501)与变频电机的输出轴连接，主齿轮(1003)与传动齿轮Ⅰ(1001)啮合传动，传动齿轮Ⅰ(1001)与传动齿轮Ⅱ(1002)啮合传动，传动齿轮Ⅰ(1001)与传动齿轮Ⅱ(1002)的转动方向相反，传动齿轮Ⅰ(1001)与传动齿轮Ⅱ(1002)的中部均固定有传动主轴(14)，传动主轴(14)的端部分别设有圆盘式加载机构(2)，位于同一侧的圆盘式加载机构(2)的转动方向相反；所述圆盘式加载机构(2)包括质量块滑动轴(206)、圆盘外壳(201)、传动主轴节点(209)、大质量块(204)和小质量块(208)，质量块滑动轴(206)设置在圆盘外壳(201)内，质量块滑动轴(206)的两端分别通过垫片(207)与圆盘外壳(201)的内壁固定连接，质量块滑动(206)的中部固定有传动主轴节点(209)，传动主轴节点(209)与传动主轴(14)的端部固定连接，大质量块(204)和小质量块(208)设置在传动主轴节点(209)的两侧，大质量块(204)和小质量块(208)滑动套在质量块滑动轴(206)上，质量块滑动轴(206)的外表面套有电磁铁线圈(210)，大质量块(204)和小质量块(208)的内环为永磁铁，质量块滑动轴(206)与大质量块和小质量块之间形成排斥力，大质量块(204)与垫片(207)之间、小质量块(208)与垫片(207)之间均设有阻尼弹簧(205)，大质量块(204)与传动主轴节点(209)之间、小质量块(208)与传动主轴节点(209)之间分别设有电磁铁(202)和阻尼块(203)，电磁铁(202)朝向质量块方向，电磁铁(202)和阻尼块(203)固定套在质量块滑动轴(206)上，电磁铁(202)和阻尼块(203)固定连接，传动主轴节点(209)两侧的电磁铁(202)和阻尼块(203)之间呈对称设置。 2.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：所述传动齿轮Ⅰ(1001)与传动齿轮Ⅱ(1002)均通过传动齿轮三角支撑架(9)与机箱外壳(1)连接，传动齿轮三角支撑架(9)包括三角形架体Ⅱ和调心轴承Ⅱ(901)，三角形架体Ⅱ的一端通过焊接垫板Ⅰ(3)与机箱外壳(1)的竖向侧壁固定连接，三角形架体Ⅱ的另一端通过焊接垫板Ⅳ(13)与机箱外壳(1)的水平底部固定连接，三角形架体Ⅱ的折点处设有调心轴承Ⅱ(901)，调心轴承Ⅱ(901)与三角形架体Ⅱ固定连接，调心轴承Ⅱ(901)的中心设有传动主轴(14)。 3.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：所述主齿轮(1003)通过主齿轮三角支撑架(5)与机箱外壳(1)连接，主齿轮三角支撑架(5)包括三角形架体Ⅰ和调心轴承Ⅰ(503)，三角形架体Ⅰ的一端通过焊接垫板Ⅱ(4)与机箱外壳(1)的竖向侧壁固定连接，三角形架体Ⅰ的另一端通过焊接垫板Ⅲ(12)与机箱外壳(1)的水平底部固定连接，三角形架体Ⅰ的折点处设有调心轴承Ⅰ(503)，调心轴承Ⅰ(503)与三角形架体Ⅰ固定连接，调心轴承Ⅰ(503)的中心设有电机连接轴杆(501)。 4.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：所述传动齿轮Ⅰ(1001)和传动齿轮Ⅱ(1002)分别设置两个，主齿轮(1003)同时与两个传动齿轮Ⅰ(1001)啮合传动，两传动齿轮Ⅰ(1001)分别与两传动齿轮Ⅱ(1002)啮合传动，两传动齿轮Ⅰ(1001)固定在同一传动主轴(14)上，两传动齿轮Ⅱ(1002)固定在同一传动主轴(14)上。 5.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：还包括外支承机构，外支承机构包括四角支撑架(8)和球铰支撑杆(11)，机箱外壳(1)的四面外侧分别设有四角支撑架(8)，四角支撑架(8)的底部通过四角支撑架稳定板(801)与地面连接，四角支撑架(8)的顶部通过球铰(17)与球铰支撑杆(11)的一端连接，球铰支撑杆(11)的另一端与机箱外壳(1)铰接。 6.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：所述四角支撑架(8)和球铰支撑杆(11)为伸缩式结构，球铰支撑杆(11)包括外管(1101)和内管(1103)，内管(1103)设置在外管(1101)内，内管(1103)在外管(1101)内滑动，外管(1101)和内管(1103)上均设有螺栓孔(1102)，将螺栓插在螺栓孔(1102)内，使外管(1101)和内管(1103)固定连接。 7.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：还包括智能数据采集输出系统，包括主采集仪(15)、副采集仪(16)和压力传感器(18)，主采集仪(15)和副采集仪(16)设置在机箱外壳(1)的底部内侧，压力传感器(18)设置在机箱外壳(1)的底部外侧，且位于机箱外壳(1)的底部与桩体(6)的顶部之间。 8.根据权利要求1所述的桩顶模拟动载装置，其特征在于：所述大质量块和小质量块均由两个相同的半圆形质量块通过卡扣的方式固定连接而成。。 9.一种利用权利要求1所述桩顶模拟动载装置实现模拟加载的方法，其特征在于包括以下步骤：上半圆加载过程中，大质量块一侧的电磁铁吸引大质量块，大质量块的加载半径为r，小质量块一侧的大质量块排斥小质量块，在阻尼弹簧的阻碍作用下，小质量块的加载半径为2r，大质量块的质量为M，小质量块的质量为m，M＝2m，此时位于同侧的两圆盘式加载机构的受力情况为式中FM为大质量块加载力，Fm为小质量块加载力，FD为实际的加载力；FM与Fm大小相等、方向相反，FD为零，此时桩顶加载力为零；下半圆加载过程中，当大质量块由上半圆加载阶段结束到中轴线，电磁铁极性改变，大质量块一侧的电磁铁排斥大质量块，大质量块的加载半径为2r，小质量一侧的电磁铁吸引小质量块，小质量块的加载半径为r，此时位于同侧的两圆盘式加载机构的受力情况为：式中FM为大质量块加载力，Fm为小质量块加载力，FD为实际的加载力；FD大于零，此时桩顶受到竖直向下的力；当大质量块由下半圆加载阶段结束再次运动至中轴线时，重复上述受力循环过程。
所属类别：	发明专利