一種多功能模型試驗樁的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及土木工程技術領域，特別是涉及一種多功能模型試驗粧。
【背景技術】
[0002]隨著粧基礎在建筑結構物中的廣泛應用，目前對粧基承載機理的研究越來越顯得重要。縮尺模型試驗與現場足尺試驗對粧基的承載機理研究而言是必不可少的。現場足尺試驗由于考慮了實際現場環境條件而具有一定的優勢，但是其試驗成本太高且試驗條件不易控制；但模型試驗研究具有諸多優點，如可提供受控的試驗環境，另外可以較經濟地開展不同試驗參數的研究。所以對粧相關特性的室內縮尺模型試驗研究成為研究粧基承載性狀的重要方法之一，越來越受學者們的重視。
[0003]在粧基室內縮尺模型試驗中，模型粧的制備和粧周土壓力量測是極其重要的環節。粧基試驗大體分為豎向荷載試驗、水平荷載試驗和抗拔試驗，傳統試驗方法針對這三種試驗分別制作模型粧，從而使工作量增大。另外模型粧傳統應力測量方法通常是利用粧身貼設的應變片測量應變，然后由粧身應變推算出粧身側向應力、彎矩和粧端阻力等，存在模型粧制作復雜、推算方法匹配誤差和數據處理誤差的問題；也有的是在模型粧周圍土體中布設應力測量裝置，比如微型土壓力盒，但此方法布置測量裝置繁瑣且會擾動粧周土體的應力場從而使測得結果與實際不符。通常使用的模型粧及其粧身應力測量裝置制作與安裝過程復雜，容易對原應力場產生擾動，從而降低獲得數據的可靠性。另外在模擬粧受豎向荷載、水平荷載的試驗時，需要與之相對應的模型粧，操作復雜且耗費較大。
【發明內容】
[0004]本發明專利的目的是為了針對現有模型粧的應力量測方法復雜且與真實應力不符等問題，提供了一種可在多個加載類型模型試驗中使用的多功能模型試驗粧，這種模型粧不僅可測得粧端阻力和粧身不同位置處的粧身側向應力，相比傳統測量方式而言對粧周應力場擾動很小，測得數據更為貼近實際，而且可進行豎向荷載試驗、水平荷載試驗及抗拔試驗，減少了試驗工作量并提高了試驗便捷性。
[0005]本發明專利所采用的技術方案是:
一種多功能模型試驗粧，該模型粧包括半球鉸、走線連接件、粧身、受拉固定環、拉環、微型土壓力盒、豎向力傳感器，、力傳遞桿、固定板、粧尖、測量導線、海綿環，半球鉸與走線連接件連接，走線連接件的另一端與粧身連接，粧身上留設有凹槽，凹槽內安裝微型土壓力盒，受拉固定環套在粧身上部位置并可有螺栓固定，拉環安裝在受拉固定環一側，粧身另一端內部安裝豎向力傳感器，力傳感器使用穿過固定板圓孔的力傳遞桿與粧尖相連，海綿環布置在粧尖與粧身的縫隙內，微型土壓力盒和豎向力傳感器的測量導線由粧身內部通過走線連接件的圓孔導出。
[0006]與現有技術相比，本發明專利的有益效果是:
1.在粧身不同位置處內嵌微型土壓力盒量用以測量側向土壓力，在粧端內部布設豎向力傳感器以測得粧端阻力，且測量導線經由粧身內部從粧頂位置走出，確保了在不擾動原粧土應力場的前提下測量粧身側向土壓力和粧端阻力，該模型粧彌補傳統方法的不足，可以較為直觀地測得粧身側向土壓力分布情況，為分析粧基的承載機理和力學性能提供有力支持。
[0007]2.結構簡單，便于安裝和拆卸，可進行豎向荷載、水平荷載和抗拔試驗。本發明專利由十一個部件組成，結構簡單，易于加工安裝。同時，半球鉸、走線連接件、粧身、粧尖之間采用螺紋連接方式，便于拆卸和安裝。當進行不同粧尖角度的試驗時，可更換粧尖部件，而其他部件仍可繼續使用。當開展粧尖抗拔試驗時，可將半球鉸拆除，替換為拉環，從而方便進行抗拔試驗。受拉固定環套在粧身上下移動并可通過螺栓固定在任一位置，可進行在不同高度粧身位置處的模型粧水平受拉荷載試驗。
[0008]3.測量精度高，試驗數據可靠。模型粧最上部安裝的球鉸可減少壓粧時荷載偏心對模型粧的影響。微型微型土壓力盒嵌入在模型粧體四周留設的凹槽內，凹槽從模型粧自上而下分布，凹槽直徑大于微型土壓力盒直徑，然后使用透明環氧基樹脂將縫隙填充，可消除微型土壓力盒側向受力所受的影響，提高微型土壓力盒測量數據的準確性。海綿環布設在粧尖和粧體留設的縫隙間，不僅可防止土體進入縫隙中，又不會限制與力傳遞桿相連的粧尖的豎向位移，從而可保證豎向力傳感器測量的準確性。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明專利的結構示意圖；
圖2為本發明專利的結構剖面圖；
圖3為本發明專利的粧身截面圖；
圖4為本發明專利的粧頂結構剖面圖；
圖5為本發明專利的粧端結構剖面圖；
圖6為本發明專利的球鉸結構示意圖；
圖7為本發明專利的走線連接件結構示意圖；
圖8為本發明專利的受拉固定環剖面圖；
圖9為本發明專利的粧尖結構剖面圖。
[0010]圖中:1為半球鉸，2為走線連接件，3為粧身，4為受拉固定環，5為拉環，6為微型土壓力盒，7為豎向力傳感器，8為力傳遞桿，9為固定板，10為粧尖，11為海綿環，12為測量導線，101為半球體。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發明專利進一步說明。
[0012]如圖1-9所示，本發明專利通過在粧身不同位置內嵌微型土壓力盒6來測量粧側土壓力，并使用與粧尖10相連的粧身內部豎向力傳感器7來測量粧端阻力。選用的微型土壓力盒6直徑為10_，厚度5_，粧身預留內嵌孔為11_，沿粧身豎向方向均勾分布，每一截面均勻分布四個微型土壓力盒6，微型土壓力盒6與內嵌孔之間的縫隙使用透明環氧基樹脂填充。受拉固定環4可根據試驗要求取下或安裝，也可在粧身上調整位置并螺栓固定。
[0013]力傳遞桿8上有螺紋，粧尖10 —端留設有匹配的螺紋口與力傳遞桿8相連，二者連接后留有3_的縫隙，并在縫隙中布設有海綿環11以防止土顆粒進入粧身縫隙；模型粧可更換不同角度的粧尖10，例如30°、45°、60°的粧尖，從而可進行不同角度粧尖的模型粧試驗。
[0014]走線連接件2上一端有螺紋口，另一端有螺紋，半球鉸1 一端帶有螺紋并可與走線連接件2的螺紋口連接，走線連接件2與帶內螺紋的粧身3連接。走線連接件2兩側對稱留有直徑10mm的圓孔，微型土壓力盒6和豎向力傳感器的測量導線12由粧身內部從圓孔中走出。
[0015]進行豎向荷載試驗時，將模型粧置于土床之上，通過試驗室豎向加載裝置作用在粧頂半球鉸1的半球體101上，將模型粧壓入土床中，然后進行模型粧豎向靜載試驗。半球鉸1可防止施加豎向荷載的偏心影響。
[0016]進行水平荷載試驗時，將拉環5安裝在受拉固定環4上，然后將受拉固定環套在粧體上并固定，通過水平加載裝置的鋼絞線與拉環5連接進行水平荷載試驗。
[0017]進行抗拔試驗時，將半球鉸1取下替換為拉環，然后使用豎向加載裝置與拉環連接進行抗拔試驗。
【主權項】
1.一種多功能模型試驗粧，其特征在于:它包括粧頂、粧身、粧端、微型土壓力盒、豎向力傳感器，所述微型土壓力盒(6)內嵌在粧身(3)四周，所述豎向力傳感器(7)置于粧端內部，所述粧尖(10 )位于模型粧端部。2.根據權利要求1所述的一種多功能模型試驗粧，其特征在于:所述粧頂包括半球鉸(1)、走線連接件(2)、受拉固定環(4);半球鉸(1) 一端有半球體(101)，另一端與走線連接件(2)螺紋連接，走線連接件(2)側壁有用于測量導線(12)通過的圓孔，一端設有螺紋孔用以與半球鉸(1)連接，另一端設有螺紋與粧身(3)連接；受拉固定環(4)套在粧身上，可經由螺栓固定在任一位置。3.根據權利要求1所述的一種多功能模型試驗粧，其特征在于:所述粧身(3)四周設置有內嵌孔，內嵌孔深度比粧內徑小1mm。4.根據權利要求1所述的一種多功能模型試驗粧，其特征在于:所述微型土壓力盒(6)置于粧身(3)內嵌孔中，測量導線(12)從內嵌孔內側粧壁小孔內穿進粧身(3)內部。5.根據權利要求1所述的一種多功能模型試驗粧，其特征在于:豎向力傳感器(7)位于粧端內部，力傳遞桿(8)穿過固定板(9)中心圓孔將粧尖與力傳感器連接。6.根據權利要求5所述的一種多功能模型試驗粧，其特征在于:粧尖(10)與粧身(3)之間留設大于2mm縫隙，并在縫隙中布設海綿環(11)。7.根據權利要求4所述的一種多功能模型試驗粧，其特征在于:粧身(3)內嵌孔直徑大于微型土壓力盒(6 )直徑1mm，在縫隙內填充透明環氧基樹脂。8.根據權利要求5所述的一種多功能模型試驗粧，其特征在于:粧尖(10)可拆卸替換為不同角度的粧尖。
【專利摘要】本發明公開了一種多功能模型試驗樁，該模型樁包括樁頂、樁身、受拉固定環、拉環、微型土壓力盒、樁端，樁頂有半球鉸和走線連接件，其與樁身連接，樁身上留設有多個凹槽，凹槽內安裝微型土壓力盒，受拉固定環套在樁身并可固定，拉環安裝在受拉固定環一側，樁身另一端內部安裝豎向力傳感器，力傳感器通過力傳遞桿與樁尖相連，海綿環布置在樁尖與樁身的縫隙內，微型土壓力盒和力傳感器的測量導線從樁身內部通過走線連接件的圓孔導出。該模型樁可以測量樁在土床中的樁側土壓力和樁端阻力，克服了一般試驗測量方式對樁土原應力場的擾動的問題，并可進行模型樁的豎向荷載試驗、水平荷載試驗和抗拔試驗，具有準確性高、適用范圍廣，操作簡捷的特點。
【IPC分類】G01N3/08, G01N3/02
【公開號】CN105319123
【申請號】CN201510111479
【發明人】肖昭然, 呂清顯, 鄭華茂, 朱亮亮, 周志強, 蔣敏敏, 郭祝輝
【申請人】河南工業大學
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年3月16日