靜力載荷試驗的加載裝置及加載方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種靜力載荷試驗的加載裝置和加載方法，其中加載裝置包括盛有土體的試驗箱和一端插入土體中的模型樁，還包括：豎直固定于試驗箱上方的兩個支撐定位架，每個支撐定位架的頂部安裝有兩個同軸的卷輪，每個卷輪上各卷繞一根牽引繩；分別位于兩個支撐定位架內(nèi)的兩個定滑輪，每個定滑輪可轉(zhuǎn)動地安裝在一根滑輪軸上，滑輪軸的兩端懸吊在兩根牽引繩上；兩根拉力繩，拉力繩的一端固定連接于模型樁上的加載點處，另一端繞過一個定滑輪并連接有砝碼，兩根拉力繩分別位于模型樁的兩側(cè)且在水平面上的投影在同一條直線上。本發(fā)明提供的加載裝置和加載方法可實現(xiàn)水平加載、縱向加載及耦合加載等多種加載方式，滿足了結(jié)構(gòu)靜力載荷試驗的要求。
【專利說明】靜力載荷試驗的加載裝置及加載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種加載裝置和加載方法，特別是涉及一種靜力載荷試驗的加載裝置及加載方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)的靜力載荷試驗,是指在結(jié)構(gòu)加載點處逐級施加縱向下壓載荷、縱向上拔載荷或水平載荷，觀測結(jié)構(gòu)隨時間產(chǎn)生的沉降位移、上拔位移或水平位移，以確定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)縱向抗壓承載力、結(jié)構(gòu)縱向抗拔承載力或結(jié)構(gòu)水平承載力。
[0003]目前在結(jié)構(gòu)模型靜力載荷試驗的加載過程中，只能采用單一的縱向或水平加載方法，縱向加載主要采用杠桿原理，水平加載主要采用定滑輪，這兩種加載方式無法實現(xiàn)靜力載荷的耦合。然而在實際工程中，結(jié)構(gòu)往往同時受到縱向及水平載荷，因此，僅利用現(xiàn)有的試驗裝置和試驗方法并不能滿足結(jié)構(gòu)靜力載荷試驗的實際要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠根據(jù)試驗要求對結(jié)構(gòu)進行水平加載、縱向加載或者耦合加載等多種加載方式的靜力載荷試驗的加載裝置及加載方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種靜力載荷試驗的加載裝置，包括盛有土體的試驗箱和一端插入土體中的模型樁，還包括:豎直固定于所述試驗箱上方的兩個支撐定位架，每個支撐定位架的頂部安裝有兩個同軸的卷輪，每個卷輪上各卷繞一根牽引繩；分別位于所述兩個支撐定位架內(nèi)的兩個定滑輪，每個定滑輪可轉(zhuǎn)動地安裝在一根滑輪軸上，滑輪軸的兩端懸吊在兩根所述牽引繩上；兩根拉力繩，拉力繩的一端固定連接于所述模型樁上的加載點處，另一端繞過一個定滑輪并連接有砝碼，兩根拉力繩分別位于模型樁的兩側(cè)且在水平面上的投影在同一條直線上。
[0006]優(yōu)選地，所述支撐定位架通過支腿固定裝設(shè)于所述試驗箱的箱體上。
[0007]優(yōu)選地，所述兩個支撐定位架之間固定連接有支撐梁。
[0008]優(yōu)選地，所述卷輪與支撐定位架之間還設(shè)有鎖止裝置。
[0009]優(yōu)選地，每個支撐定位架上還設(shè)有沿豎直方向的導(dǎo)向槽，所述滑輪軸的兩端與導(dǎo)向槽滑動配合。
[0010]優(yōu)選地，連接在拉力繩上的砝碼的重量可調(diào)。
[0011]本發(fā)明還提供一種采用上述加載裝置的加載方法，包括:
[0012]對所述模型樁施加水平載荷時，通過卷輪調(diào)節(jié)兩側(cè)的定滑輪的高度，使所述拉力繩處于水平狀態(tài)，且在兩根拉力繩上加載重量不同的砝碼，從而使兩根拉力繩的合力對模型樁施加水平載荷；
[0013]對所述模型樁施加縱向載荷時，通過卷輪將兩側(cè)的定滑輪調(diào)節(jié)至相同的設(shè)定高度，所述設(shè)定高度不同于所述加載點的高度，且在兩根拉力繩上加載重量相同的砝碼，從而使兩根拉力繩的合力對模型樁施加縱向載荷；
[0014]對所述模型樁施加耦合載荷時，通過卷輪將兩側(cè)的定滑輪調(diào)節(jié)至各自不同的設(shè)定高度，兩根拉力繩的合力對模型樁同時施加縱向載荷和水平載荷。
[0015]優(yōu)選地，對所述模型樁施加縱向上拔載荷時，兩側(cè)定滑輪的設(shè)定高度高于所述加載點的高度；對所述模型樁施加縱向下壓載荷時，兩側(cè)定滑輪的設(shè)定高度低于所述加載點的高度。
[0016]優(yōu)選地，對所述模型樁施加耦合載荷且要求縱向載荷保持不變時，使一側(cè)的定滑輪的設(shè)定高度不同于所述加載點的高度，調(diào)節(jié)該側(cè)砝碼的重量，使縱向載荷達到設(shè)定值；使另一側(cè)的定滑輪與所述加載點的高度相同，調(diào)節(jié)該側(cè)砝碼的重量，從而僅使水平載荷發(fā)生改變。
[0017]如上所述，本發(fā)明提供的靜力載荷試驗的加載裝置及加載方法結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，在試驗用模型樁的兩側(cè)設(shè)置有高度可調(diào)的定滑輪，通過繞過定滑輪的拉力繩將砝碼的重量轉(zhuǎn)化為施加在模型樁上的載荷，通過調(diào)整定滑輪相對于模型樁加載點的高度和調(diào)節(jié)砝碼的重量，可以實現(xiàn)水平加載、下壓加載、上拔加載以及耦合加載等多種加載方式，滿足了結(jié)構(gòu)靜力載荷試驗的實際要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1顯示為本發(fā)明的靜力載荷試驗的加載裝置的示意圖。
[0019]圖2顯示為本發(fā)明的靜力載荷試驗的加載裝置的局部放大示意圖。
[0020]圖3顯示為本發(fā)明的靜力載荷試驗的加載裝置及加載方法中實施例中模型樁的示意圖。
[0021]圖4顯示為本發(fā)明的靜力載荷試驗的加載裝置及加載方法中模型樁的受力分析示意圖。
[0022]元件標(biāo)號說明
[0023]I試驗箱
[0024]2模型樁
[0025]21加載點
[0026]3支撐定位架
[0027]31導(dǎo)向槽
[0028]32 支腿
[0029]33支撐梁
[0030]34 卷輪
[0031]35牽引繩
[0032]4定滑輪
[0033]41滑輪軸
[0034]5拉力繩
[0035]6 砝碼
【具體實施方式】[0036]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0037]請參閱圖1至圖4。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0038]圖1和圖2顯示為本發(fā)明的靜力載荷試驗的加載裝置的示意圖，圖3和圖4分別顯示為模型樁示意圖和模型樁的受力分析示意圖。如圖1至圖4所示，靜力載荷試驗的加載對象是模型樁2，模型樁2插放在試驗箱I內(nèi)的土體中。模型樁2頂部設(shè)有加載點21。本發(fā)明的目的是要使作用于模型樁2頂部加載點21處兩側(cè)的拉力載荷產(chǎn)生水平、豎直兩個方向的分力，通過調(diào)整定滑輪4的高度位置和兩側(cè)砝碼6的重量，實現(xiàn)分力的抵消、疊加或組合，進而實現(xiàn)對模型樁2的水平加載、縱向加載或者耦合加載。
[0039]本發(fā)明提供的靜力載荷試驗的加載裝置主要包括兩個支撐定位架3、兩個定滑輪
4、兩個拉力繩5。這些構(gòu)件均對稱地設(shè)置于試驗箱I的兩側(cè)。
[0040]支撐定位架3豎直地固定于試驗箱I上方，每個支撐定位架3的頂部都安裝有兩個卷輪34，每個卷輪34上各卷繞有一根牽引繩35。兩個定滑輪4分別位于兩個支撐定位架3內(nèi)。定滑輪4位于卷輪34的下方，可轉(zhuǎn)動地安裝在一根滑輪軸41上，滑輪軸41的兩端各連接一根牽引繩35，使定滑輪4懸吊在兩根牽引繩35上。拉力繩5的一端固定連接于模型樁2上的加載點21處，另一端繞過一個定滑輪4并連接有砝碼6。拉力繩5可選擇抗拉強度和抗剪強度都較好的鋼絞線，連接在拉力繩5上的砝碼6的重量可調(diào)。模型樁2兩側(cè)的拉力繩5在水平面上的投影在同一條直線上。
[0041]每個支撐定位架3的兩側(cè)都固定裝設(shè)有支腿32，支撐定位架3通過支腿32固定裝設(shè)于試驗箱I的箱體上。于實施例中，每個支撐定位架3自身也為對稱結(jié)構(gòu)，從支撐定位架3架體的兩側(cè)各伸出一根支腿32，每根支腿32支撐在試驗箱I的一個箱角處。兩個卷輪34同軸地并排安裝于支撐定位架3的架體頂部。為使整個加載裝置在使用過程中更為穩(wěn)定、牢固，試驗箱I兩側(cè)的兩個支撐定位架3之間固定連接有支撐梁33，支撐梁33橫跨于試驗箱I上方。
[0042]在使用該靜力載荷試驗加載裝置時，同時轉(zhuǎn)動兩個并排的卷輪34使滑輪軸41兩端的牽引繩35纏繞在卷輪34上，定滑輪4在牽引繩35的帶動下升高；反向轉(zhuǎn)動并排的兩個卷輪34，可以將定滑輪4放低。卷輪34與支撐定位架3之間還設(shè)有鎖止裝置，定滑輪4達到設(shè)定高度后，兩個卷輪34被鎖止在當(dāng)前狀態(tài)，定滑輪4隨即被定位于當(dāng)前位置，再根據(jù)需要調(diào)節(jié)砝碼6的重量以達到試驗要求。支撐定位架3內(nèi)還設(shè)有沿豎直方向延伸的導(dǎo)向槽31，滑輪軸41與導(dǎo)向槽31垂直。調(diào)整定滑輪4的高度時，滑輪軸41在牽引繩35的帶動下沿豎直方向上下移動，滑輪軸41的兩端與導(dǎo)向槽31滑動配合，端部的尺寸與導(dǎo)向槽31的寬度適配，可以防止定滑輪4發(fā)生晃動，保證了試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0043]本發(fā)明還提供一種使用前述靜力載荷試驗加載裝置的加載方法，對模型樁2施加試驗需要的水平載荷、縱向載荷或者稱合載荷，該加載方法如下:[0044]對模型樁2施加水平載荷時，通過卷輪34調(diào)節(jié)兩側(cè)的定滑輪4的高度，使兩個定滑輪4的高度與加載點21的高度相同，從而使拉力繩5 (位于加載點21和定滑輪4之間的一段)處于水平狀態(tài)，在兩根拉力繩5上加載重量不同的砝碼6，從而使兩根拉力繩5的合力對模型樁2施加水平載荷；
[0045]對模型樁2施加縱向載荷時，通過卷輪34將兩側(cè)的定滑輪4調(diào)節(jié)至相同的設(shè)定高度，設(shè)定高度不同于加載點21的高度，且在兩根拉力繩5上加載重量相同的砝碼6，從而使兩根拉力繩5對模型樁2施加縱向載荷，該縱向載荷為兩側(cè)拉力載荷的豎直分力的合力；
[0046]對模型樁2施加耦合載荷時，通過卷輪34將兩側(cè)的定滑輪4調(diào)節(jié)至各自不同的設(shè)定高度，兩根拉力繩5的合力對模型樁2同時施加縱向載荷和水平載荷，其中，縱向載荷為兩側(cè)拉力載荷的豎直分力的合力，水平載荷為兩側(cè)拉力載荷的水平分力的合力。
[0047]以下將通過具體的實施例對該加載方法進行說明:
[0048]于實施例中，兩個支撐定位架3對稱地設(shè)置在試驗箱I的左右兩側(cè)，請參閱圖3和圖4，在模型樁2頂部前后固定有兩個突起，兩側(cè)拉力繩5的端部都固定在突起上。兩個突起位于模型樁2橫截面的同一直徑的兩端,加載點21作為受力點位于直徑中心處,這樣可避免加載時產(chǎn)生偏心彎矩。左右兩側(cè)的定滑輪4到模型樁2上加載點21的水平距離均為Im0對模型樁2施加的水平載荷即向左或者向右的拉力載荷，對模型樁2施加的縱向載荷即上拔載荷或者下壓載荷。
[0049]對模型樁2施加向左的水平載荷時，可以只使用加載裝置位于試驗箱I左側(cè)的部分。左側(cè)拉力繩5 —端固定于模型樁2左側(cè)的加載點21處(兩個突起上)，轉(zhuǎn)動卷輪34將定滑輪4調(diào)節(jié)至與模型樁2加載點21位置等高，此時拉力繩5 (位于加載點21和定滑輪4之間的一段)處于水平狀態(tài)，調(diào)節(jié)拉力繩5另一端砝碼6的重量以控制加載量的大小。例如:在拉力繩5左端加載質(zhì)量為IOkg砝碼6，則對模型樁2施加的向左的水平載荷為10kg*9.8N/kg=98N。
[0050]對模型樁2施加縱向載荷時，左右兩側(cè)的加載裝置同時使用。由于兩側(cè)定滑輪4的設(shè)定高度相同，因此兩側(cè)載荷的加載角度也相同，當(dāng)兩側(cè)的加載砝碼6重量相同時，兩側(cè)載荷的水平分力互相抵消，僅余豎直分力，兩側(cè)豎直分力的合力構(gòu)成縱向載荷，通過同時調(diào)節(jié)兩側(cè)砝碼6的重量可以控制縱向加載量的大小。
[0051]對模型樁2施加縱向上拔載荷時，左右兩側(cè)的定滑輪4的設(shè)定高度高于模型樁2加載點21的高度。例如:定滑輪4的設(shè)定高度高于模型樁2加載點的高度0.3m，則左右兩
側(cè)的加載角度均為
【權(quán)利要求】
1.一種靜力載荷試驗的加載裝置，包括盛有土體的試驗箱(I)和一端插入土體中的模型樁(2)，其特征在于，還包括: 兩個支撐定位架(3)，豎直固定于所述試驗箱(I)上方，每個支撐定位架(3)的頂部安裝有兩個同軸的卷輪(34)，每個卷輪(34)上各卷繞一根牽引繩(35)； 兩個定滑輪(4)，分別位于所述兩個支撐定位架(3)內(nèi)，每個定滑輪(4)可轉(zhuǎn)動地安裝在一根滑輪軸(41)上，滑輪軸(41)的兩端懸吊在兩根所述牽引繩(35)上； 兩根拉力繩(5)，拉力繩(5)的一端固定連接于所述模型樁(2)上的加載點(21)處，另一端繞過一個定滑輪(4)并連接有砝碼(6)，兩根拉力繩(5)分別位于模型樁(2)的兩側(cè)且在水平面上的投影在同一條直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜力載荷試驗的加載裝置，其特征在于:所述支撐定位架(3)通過支腿(32)固定裝設(shè)于所述試驗箱(I)的箱體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜力載荷試驗的加載裝置，其特征在于:所述兩個支撐定位架(3)之間固定連接有支撐梁(33)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜力載荷試驗的加載裝置，其特征在于:所述卷輪(34)與支撐定位架(3)之間還設(shè)有鎖止裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜力載荷試驗的加載裝置，其特征在于:所述支撐定位架(3)上設(shè)有沿豎直方向的導(dǎo)向槽(31)，所述滑輪軸(41)的兩端與所述導(dǎo)向槽(31)滑動配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜力載荷試驗的加載裝置，其特征在于:連接在拉力繩(5)上的砝碼(6)的重量可調(diào)。
7.一種采用權(quán)利要求1所述加載裝置的加載方法，其特征在于: 對所述模型樁(2 )施加水平載荷時，通過卷輪(34 )調(diào)節(jié)兩側(cè)定滑輪(4 )的高度，使所述拉力繩(5)處于水平狀態(tài)，且在兩根拉力繩(5)上加載重量不同的砝碼(6)，從而使兩根拉力繩(5)的合力對模型樁(2)施加水平載荷； 對所述模型樁(2)施加縱向載荷時，通過卷輪(34)將兩側(cè)的定滑輪(4)調(diào)節(jié)至相同的設(shè)定高度，所述設(shè)定高度不同于所述加載點(21)的高度，且在兩根拉力繩(5)上加載重量相同的砝碼(6)，從而使兩根拉力繩(5)的合力對模型樁(2)施加縱向載荷； 對所述模型樁(2 )施加耦合載荷時，通過卷輪(34 )將兩側(cè)的定滑輪(4 )調(diào)節(jié)至各自不同的設(shè)定高度，兩根拉力繩(5)的合力對模型樁(2)同時施加縱向載荷和水平載荷。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加載方法，其特征在于: 對所述模型樁(2)施加縱向上拔載荷時，兩側(cè)定滑輪(4)的設(shè)定高度高于所述加載點(21)的高度； 對所述模型樁(2)施加縱向下壓載荷時，兩側(cè)定滑輪(4)的設(shè)定高度低于所述加載點(21)的高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的加載方法，其特征在于: 對所述模型樁(2)施加耦合載荷且要求縱向載荷保持不變時，使一側(cè)定滑輪(4)的設(shè)定高度不同于所述加載點(21)的高度，調(diào)節(jié)該側(cè)砝碼(6)的重量，使縱向載荷達到設(shè)定值；使另一側(cè)定滑輪(4)與所述加載點(21)的高度相同，調(diào)節(jié)該側(cè)砝碼(6)的重量，從而僅使水平載荷發(fā)生改變。
【文檔編號】G01N3/14GK103512767SQ201310461860
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】卓楊, 吳鋒, 富坤, 周國然 申請人:中交上海三航科學(xué)研究院有限公司