一種振動拔樁試驗裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種振動拔樁試驗裝置及其使用方法，在裝置的下方設(shè)置有土槽，沿著土槽的四條棱設(shè)置有四條長度相同的縱梁，在縱梁上方設(shè)置有彼此平行的三條橫梁與兩條側(cè)梁，在第二橫梁下方設(shè)置有豎向加載機構(gòu)，豎向加載機構(gòu)下方設(shè)置有豎向振動機構(gòu)；豎向振動機構(gòu)上的豎向位移傳感器與動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀連接，動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀與計算機連接。該裝置可以模擬鋼管樁基礎(chǔ)所承受的振動荷載和豎向荷載的組合，測量記錄拔樁時的上拔力大小、振動頻率和振幅，以及鋼管樁的位移，具有準(zhǔn)確性和可靠性。對樁基礎(chǔ)工程的設(shè)計，樁基承載力和抗拔承載力的計算具有重要意義。
【專利說明】
一種振動拔樁試驗裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種粧基試驗裝置，尤其涉及一種振動拔粧試驗裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]粧基礎(chǔ)是一種具有悠久的歷史且至今仍充滿活力的基礎(chǔ)形式，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展與新材料的出現(xiàn)，粧基礎(chǔ)由木、竹、石等天然的材料向混凝土和鋼材等材料發(fā)展。鋼材的抗壓和抗拉強度高且抗剪能力強，因此鋼管粧在海洋工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。因此，研究鋼管粧的上拔過程具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價值。
[0003]振動拔粧是隨著振動機械的發(fā)展而發(fā)展起來的，是一種新型的粧基礎(chǔ)施工方法。通過研究發(fā)現(xiàn)，在振動荷載的作用下，在一定程度上能夠減小土顆粒間的摩擦，進(jìn)而減小拔粧時的土阻力，提高施工效率，并且在施工過程中能夠方便地調(diào)整振動荷載的頻率和振幅，以適應(yīng)不同的地質(zhì)條件，達(dá)到最佳施工效率。與傳統(tǒng)的錘擊式打粧相比，振動沉粧具有無噪聲和無油污飛濺的環(huán)境污染的特點，施工質(zhì)量好且費用低。從這個意義上講，振動沉粧具有明顯的環(huán)保性和高效性，因此也具有較好的發(fā)展前景和經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種振動拔粧試驗裝置，使得小直徑鋼管粧在預(yù)設(shè)的周期性振動荷載的作用下拔粧，實現(xiàn)振動拔粧的過程，進(jìn)而分析上拔力的大小，振幅和頻率的大小對鋼管粧上拔過程的影響，同時評估鋼管粧的抗拔承載力大小。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]—種振動拔粧試驗裝置，在裝置的下方設(shè)置有由底板和垂直于底板的四面?zhèn)劝褰M成的土槽，沿著土槽的四條棱設(shè)置有四條長度相同的縱梁，縱梁的底端與底板相連，在縱梁上方設(shè)置有彼此平行的三條橫梁(第一橫梁、第二橫梁與第三橫梁)與兩條側(cè)梁，第二橫梁與第一橫梁和第三橫梁的距離相等，在第二橫梁下方設(shè)置有豎向加載機構(gòu)，豎向加載機構(gòu)下方設(shè)置有豎向振動機構(gòu)；
[0007]其中豎向加載機構(gòu)包括移動座、電動缸桿和電動缸，移動座設(shè)置在豎向加載機構(gòu)的上端，與第二橫梁固接，電動缸設(shè)置在豎向加載機構(gòu)的下端，電動缸桿設(shè)置在電動缸上，電動缸桿可沿電動缸上下移動(電動缸桿移動時帶動下方豎向振動機構(gòu)一起移動)；
[0008]其中豎向振動機構(gòu)的底端為一個圓盤形粧連接盤，用于與粧體進(jìn)行連接，在粧連接盤上方設(shè)置有粧連接縱板；
[0009]在粧連接縱板一側(cè)的下半部分設(shè)置豎向位移傳感器，在粧連接縱板一側(cè)的上半部分通過縱板連接塊與音圈電機相連，音圈電機包括音圈電機第一部件、音圈電機第二部件和音圈電機第三部件，在音圈電機第三部件的外側(cè)設(shè)置有音圈電機底板；
[0010]在粧連接縱板的另一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌連接塊，在導(dǎo)軌連接塊上設(shè)置有音圈電機導(dǎo)軌，導(dǎo)軌連接塊能在音圈電機導(dǎo)軌上滑動，音圈電機導(dǎo)軌的外側(cè)設(shè)置有音圈電機導(dǎo)軌底板；[0011 ]在音圈電機的兩側(cè)設(shè)置有兩塊音圈電機側(cè)板，音圈電機底板、音圈電機導(dǎo)軌底板和音圈電機側(cè)板共同組成音圈電機和其他內(nèi)部組件的外壁；
[0012]在音圈電機底板和音圈電機導(dǎo)軌底板的上端平面上設(shè)置有螺紋孔，二者通過與螺紋孔與豎向加載機構(gòu)的電動缸桿的底端相連。
[0013]豎向位移傳感器與動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀連接，動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀與計算機連接。
[0014]所述的音圈電機是一種特殊的形式的直接驅(qū)動直線電機，能夠提供高速的豎向振動源，帶動粧連接盤做豎向周期性振動，實現(xiàn)鋼管粧的豎向周期性往復(fù)運動，振幅0_2mm，頻率為 0-20Hz。
[0015]—種振動拔粧試驗裝置的使用方法，按下列步驟進(jìn)行:
[0016]步驟1:安裝試驗用的鋼管粧，將鋼管粧安裝在加載裝置下部，與粧連接盤固定；
[0017]步驟2:填砂，將砂土分層填入土槽中，每填完一層用滾筒將土壓實，如此反復(fù)直到達(dá)到預(yù)定標(biāo)高；
[0018]步驟3:開啟音圈電機并設(shè)置較小的振幅和頻率，開啟電動缸并設(shè)置較小的上拔力，開啟動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀和計算機，記錄鋼管粧的上拔位移量。
[0019]步驟4:加大振幅和頻率，或加大上拔力，重復(fù)上一步驟，直至鋼管粧達(dá)到上拔破壞；
[0020]步驟5:試驗結(jié)束后，依次關(guān)閉音圈電機、電動缸和動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，根據(jù)拔粧力和上拔位移量的關(guān)系，計算單粧抗拔承載力。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:適用于小型比尺的鋼管粧抗拔試驗，該裝置可以模擬鋼管粧基礎(chǔ)所承受的振動荷載和豎向荷載的組合，測量記錄拔粧時的上拔力大小、振動頻率和振幅，以及鋼管粧的位移，具有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。對粧基礎(chǔ)工程的設(shè)計，粧基承載力和抗拔承載力的計算具有重要意義。本實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、快捷、操作性強，安裝和卸載便捷，可重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)適用，易于推廣。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的豎向加載機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是豎向振動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4是豎向振動機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5本發(fā)明使用狀態(tài)的整體示意圖。
[0027]圖6實施例中鋼管粧的位移-上拔力曲線圖。
[0028]圖中:I為縱梁，2為側(cè)梁，3-1為第一橫梁，3-2為第二橫梁，3_3為第三橫梁，4為土槽，4-1為底板，4-2為側(cè)板，4-3為棱，5為移動座，6為豎向加載機構(gòu)，7為豎向振動機構(gòu)，8為電動缸桿，9為電動缸，1為音圈電機導(dǎo)軌底板，11為音圈電機側(cè)板，12為音圈電機，12-1為音圈電機第一部件，12-2為音圈電機第二部件，12-3為音圈電機第三部件，13為音圈電機底板，14為粧連接盤，15為粧連接縱板，16為豎向位移傳感器，17為音圈電機導(dǎo)軌，18為導(dǎo)軌連接塊，19為縱板連接塊，20為動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，21為計算機，22為螺紋孔。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖與具體的實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0030]—種振動拔粧試驗裝置，在裝置的下方設(shè)置有由底板和垂直于底板的四面?zhèn)劝褰M成的土槽，沿著土槽的四條棱設(shè)置有四條長度相同的縱梁，縱梁的底端與底板相連，在縱梁上方設(shè)置有彼此平行的三條橫梁(第一橫梁、第二橫梁與第三橫梁)與兩條側(cè)梁，第二橫梁與第一橫梁和第三橫梁的距離相等，在第二橫梁下方設(shè)置有豎向加載機構(gòu)，豎向加載機構(gòu)下方設(shè)置有豎向振動機構(gòu)；
[0031]其中豎向加載機構(gòu)包括移動座、電動缸桿和電動缸，移動座設(shè)置在豎向加載機構(gòu)的上端，與第二橫梁固接，電動缸設(shè)置在豎向加載機構(gòu)的下端，電動缸桿設(shè)置在電動缸上，電動缸桿可沿電動缸上下移動(電動缸桿移動時帶動下方豎向振動機構(gòu)一起移動)；
[0032]其中豎向振動機構(gòu)的底端為一個圓盤形粧連接盤，用于與粧體進(jìn)行連接，在粧連接盤上方設(shè)置有粧連接縱板；
[0033]在粧連接縱板一側(cè)的下半部分設(shè)置豎向位移傳感器，在粧連接縱板一側(cè)的上半部分通過縱板連接塊與音圈電機相連，音圈電機包括音圈電機第一部件、音圈電機第二部件和音圈電機第三部件，在音圈電機第三部件的外側(cè)設(shè)置有音圈電機底板；
[0034]在粧連接縱板的另一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌連接塊，在導(dǎo)軌連接塊上設(shè)置有音圈電機導(dǎo)軌，導(dǎo)軌連接塊能在音圈電機導(dǎo)軌上滑動，音圈電機導(dǎo)軌的外側(cè)設(shè)置有音圈電機導(dǎo)軌底板；
[0035]在音圈電機的兩側(cè)設(shè)置有兩塊音圈電機側(cè)板，音圈電機底板、音圈電機導(dǎo)軌底板和音圈電機側(cè)板共同組成音圈電機和其他內(nèi)部組件的外壁；
[0036]在音圈電機底板和音圈電機導(dǎo)軌底板的上端平面上設(shè)置有螺紋孔，二者通過與螺紋孔與豎向加載機構(gòu)的電動缸桿的底端相連。
[0037]豎向位移傳感器與動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀連接，動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀與計算機連接。
[0038]所述的音圈電機是一種特殊的形式的直接驅(qū)動直線電機，能夠提供高速的豎向振動源，帶動粧連接盤做豎向周期性振動，實現(xiàn)鋼管粧的豎向周期性往復(fù)運動，振幅0_2mm，頻率為 0-20Hz。
[0039]下面以研究砂土中粧長50cm，粧徑30mm，壁厚5mm的鋼管粧的振動上拔過程作為實施例，按下列步驟進(jìn)行:
[0040]步驟1:安裝試驗用的鋼管粧，將鋼管粧安裝在加載裝置下部，與粧連接盤固定。[0041 ]步驟2:填砂，本次試驗采用細(xì)砂作為地基土體，將砂土分層填入土槽中，每層砂土高度為15cm，每填完一層用滾筒將土壓實，如此反復(fù)直到達(dá)到預(yù)定標(biāo)高。
[0042 ] 步驟3:開啟音圈電機并設(shè)置較小的振幅和頻率:A = 2mm，f = 5HZ，開啟電動缸并設(shè)置較小的上拔力:20?40N，開啟動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀和計算機，記錄鋼管粧的上拔位移量。
[0043]步驟4:加大上拔力至5?10N，直至鋼管粧達(dá)到上拔破壞，記錄鋼管粧的上拔位移。
[0044]步驟5:試驗結(jié)束后，依次關(guān)閉音圈電機、電動缸和動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，根據(jù)拔粧力和上拔位移量的關(guān)系，計算單粧抗拔承載力。
[0045]在計算機中讀取鋼管粧在不同振動荷載作用下的上拔位移數(shù)據(jù)，繪制在以位移為橫軸，上拔力為縱軸的坐標(biāo)系內(nèi)，可以得到鋼管粧的位移-上拔力曲線圖，如圖6所示。
[0046]以上對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種振動拔粧試驗裝置，其特征在于:在裝置的下方設(shè)置有由底板和垂直于底板的四面?zhèn)劝褰M成的土槽，沿著土槽的四條棱設(shè)置有四條長度相同的縱梁，縱梁的底端與底板相連，在縱梁上方設(shè)置有彼此平行的三條橫梁與兩條側(cè)梁，第二橫梁與第一橫梁和第三橫梁的距離相等，在第二橫梁下方設(shè)置有豎向加載機構(gòu)，豎向加載機構(gòu)下方設(shè)置有豎向振動機構(gòu)； 其中豎向加載機構(gòu)包括移動座、電動缸桿和電動缸，移動座設(shè)置在豎向加載機構(gòu)的上端，電動缸設(shè)置在豎向加載機構(gòu)的下端，電動缸桿設(shè)置在電動缸上，電動缸桿可沿電動缸上下移動； 其中豎向振動機構(gòu)的底端為一個圓盤形粧連接盤，用于與粧體進(jìn)行連接，在粧連接盤上方設(shè)置有粧連接縱板； 在粧連接縱板一側(cè)的下半部分設(shè)置豎向位移傳感器，在粧連接縱板一側(cè)的上半部分通過縱板連接塊與音圈電機相連，音圈電機包括音圈電機第一部件、音圈電機第二部件和音圈電機第三部件，在音圈電機第三部件的外側(cè)設(shè)置有音圈電機底板； 在粧連接縱板的另一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌連接塊，在導(dǎo)軌連接塊上設(shè)置有音圈電機導(dǎo)軌，導(dǎo)軌連接塊能在音圈電機導(dǎo)軌上滑動，音圈電機導(dǎo)軌的外側(cè)設(shè)置有音圈電機導(dǎo)軌底板； 在音圈電機的兩側(cè)設(shè)置有兩塊音圈電機側(cè)板，音圈電機底板、音圈電機導(dǎo)軌底板和音圈電機側(cè)板共同組成音圈電機和其他內(nèi)部組件的外壁； 在音圈電機底板和音圈電機導(dǎo)軌底板的上端平面上設(shè)置有螺紋孔，二者通過與螺紋孔與豎向加載機構(gòu)的電動缸桿的底端相連； 豎向位移傳感器與動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀連接，動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀與計算機連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種振動拔粧試驗裝置，其特征在于:所述的音圈電機是一種特殊的形式的直接驅(qū)動直線電機，能夠提供高速的豎向振動源，帶動粧連接盤做豎向周期性振動，實現(xiàn)鋼管粧的豎向周期性往復(fù)運動，振幅0_2mm，頻率為0-20Hz。3.一種振動拔粧試驗裝置的使用方法，其特征在于，按下列步驟進(jìn)行: 步驟I:安裝試驗用的鋼管粧，將鋼管粧安裝在加載裝置下部，與粧連接盤固定； 步驟2:填砂，將砂土分層填入土槽中，每填完一層用滾筒將土壓實，如此反復(fù)直到達(dá)到預(yù)定標(biāo)高； 步驟3:開啟音圈電機并設(shè)置較小的振幅和頻率，開啟電動缸并設(shè)置較小的上拔力，開啟動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀和計算機，記錄鋼管粧的上拔位移量。 步驟4:加大振幅和頻率，或加大上拔力，重復(fù)上一步驟，直至鋼管粧達(dá)到上拔破壞； 步驟5:試驗結(jié)束后，依次關(guān)閉音圈電機、電動缸和動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，根據(jù)拔粧力和上拔位移量的關(guān)系，計算單粧抗拔承載力。
【文檔編號】E02D33/00GK105887945SQ201610396555
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】劉潤, 郭欣玥, 馬文冠
【申請人】天津大學(xué)