一種室內(nèi)凍土模型樁靜力加載實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及土建領(lǐng)域的一種室內(nèi)試驗(yàn)裝置，具體地，涉及一種室內(nèi)凍土模型粧靜力加載實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為建筑物下部結(jié)構(gòu)的粧基礎(chǔ)可將建筑物的自重荷載和承重荷載傳遞到力學(xué)性能較好地基深部，從而避免或減少建筑物的非均勻沉降。隨著世界各國(guó)高層建筑、高速鐵路和橋梁等對(duì)沉降量有苛刻要求建筑物的大量建設(shè)，粧基的承載力性能和粧土流變特性研宄日益引人關(guān)注，并成為此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工時(shí)必定考慮的核心問(wèn)題。
[0003]凍土是一種低于零攝氏度且富含凍結(jié)水、未凍結(jié)水的土體，其總面積約占陸地面積的50%。凍土富含冰晶，在外界壓力和溫度荷載作用下，固體顆粒接觸點(diǎn)處發(fā)生應(yīng)力集中，將會(huì)導(dǎo)致冰的粘塑形流動(dòng)或融化，發(fā)生水分迀移，因而，凍土是一種流變特性明顯的材料介質(zhì)。凍土的流變特性會(huì)直接影響粧的力學(xué)特性，所以在凍土粧基設(shè)計(jì)、施工中必須考慮粧-土的流變效應(yīng)。
[0004]粧基設(shè)計(jì)前通常會(huì)進(jìn)行粧基礎(chǔ)的靜載荷實(shí)驗(yàn)，其目的是根據(jù)實(shí)測(cè)粧的載荷沉降關(guān)系獲得粧的承載能力和觀測(cè)粧的破壞形式。單粧靜載實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康目煞譃閮深?工程檢測(cè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和研宄性實(shí)驗(yàn)。研宄性實(shí)驗(yàn)通常是為了了解、揭示和探討某個(gè)理論問(wèn)題，如粧的載荷傳遞機(jī)理，粧-土流變效應(yīng)等。盡管靜載原形實(shí)物實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證或研宄某個(gè)理論最為直觀、可靠的方法，但作為一種測(cè)試技術(shù)，其存在實(shí)驗(yàn)投入大、耗時(shí)長(zhǎng)、成本高，制約因素多、甚至無(wú)法進(jìn)行原形實(shí)驗(yàn)的諸多缺陷。而基于相似性理論的模型粧試驗(yàn)為研宄、探索和解決問(wèn)題提供了一種有效方法。
[0005]模型粧實(shí)驗(yàn)是根據(jù)粧基的實(shí)際工作狀態(tài)，進(jìn)行合理全面地構(gòu)思，建立與原型具有相似性規(guī)律的模型，借助科學(xué)儀器儀器和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，人為地控制實(shí)驗(yàn)條件，研宄粧基在某一情況時(shí)的受力變形特征。目前，模型粧室內(nèi)實(shí)驗(yàn)已成為研宄粧基礎(chǔ)承載特性、粧-土流變規(guī)律研宄的主要手段，并得到廣泛應(yīng)用。
[0006]當(dāng)前，凍土模型粧室內(nèi)試驗(yàn)主要采用MTS萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)裝置，其價(jià)格昂貴，維修費(fèi)用高，已成為科學(xué)研宄、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的掣肘。
[0007]在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在成本高、維護(hù)費(fèi)用大和花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等缺陷。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種室內(nèi)凍土模型粧靜力加載實(shí)驗(yàn)裝置，以實(shí)現(xiàn)成本低、維護(hù)費(fèi)用小和花費(fèi)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]本實(shí)用新型的第二目的在于，提出一種室內(nèi)凍土模型粧靜力加載實(shí)驗(yàn)方法。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種室內(nèi)凍土模型粧靜力加載實(shí)驗(yàn)裝置，包括設(shè)置在水平面上的工作臺(tái)，豎直焊接在所述工作臺(tái)上的加載框架，自上向下依次配合安裝在所述加載框架外側(cè)頂部至內(nèi)側(cè)底部的自平衡杠桿靜力加載裝置、制冷系統(tǒng)和粧土模型，以及設(shè)置在所述加載框架外部側(cè)壁的位移測(cè)量系統(tǒng)和應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)；所述位移測(cè)量系統(tǒng)，伸入加載框架連接至制冷系統(tǒng)和粧土模型的之間部位；所述應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，伸入至粧土模型。
[0011]進(jìn)一步地，所述工作臺(tái)，包括豎直對(duì)稱設(shè)置的4根立柱，安裝在所述4根立柱頂端的臺(tái)面，以及安裝在所述4根立柱中相鄰2根立柱之間的橫梁。
[0012]進(jìn)一步地，所述加載框架，包括由左右立柱和上部頂橫梁焊接成的門字形結(jié)構(gòu)，以及設(shè)置在頂橫梁上的安裝孔；所述立柱和頂橫梁均采用雙桿有間隙焊接結(jié)構(gòu)；所述門字形結(jié)構(gòu)的寬度和高度均大于低溫試驗(yàn)箱的寬度和高度。
[0013]進(jìn)一步地，所述自平衡杠桿靜力加載裝置，包括水平設(shè)置在所述加載框架上方的杠桿，設(shè)置在所述杠桿與加載框架之間的連接件，設(shè)置在所述杠桿一端的平衡配重，設(shè)置在所述杠桿另一端的砝碼，設(shè)置在所述杠桿靠近砝碼一端端部的鉸，以及穿過(guò)制冷系統(tǒng)伸至粧土模型、且豎直設(shè)置在所述杠桿中部與粧土模型之間的傳力桿。
[0014]進(jìn)一步地，所述杠桿的一端通過(guò)細(xì)鋼絲與砝碼盤相連，杠桿的另一端制成螺紋桿，螺紋桿上配有平衡配重，平衡配重能夠沿螺紋桿旋轉(zhuǎn)前進(jìn)后退，實(shí)現(xiàn)杠桿的自平衡；
[0015]所述杠桿的中部位置設(shè)有前中后三組連接件，中間連接件下端與加載框架固結(jié)、上端與杠桿鉸接作為杠桿的支點(diǎn)；當(dāng)前連接件下端與傳力桿鉸接時(shí)實(shí)現(xiàn)模型粧壓力荷載的施加，當(dāng)后連接件下端與傳力桿鉸接時(shí)實(shí)現(xiàn)模型粧拉力荷載的施加；傳力桿與連接件鉸接，鉸接時(shí)確保連接件、傳力桿和粧三者鉛直且共線。
[0016]進(jìn)一步地，所述制冷系統(tǒng)，包括設(shè)置在所述加載框架內(nèi)部的低溫試驗(yàn)箱，設(shè)置在所述低溫試驗(yàn)箱內(nèi)部的溫度感應(yīng)器；所述低溫試驗(yàn)箱能夠提供凍土模型粧實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在低溫試驗(yàn)箱的頂部和側(cè)部均開(kāi)有過(guò)孔。
[0017]進(jìn)一步地，所述位移測(cè)量系統(tǒng)，包括設(shè)置在加載框架內(nèi)部、且位于制冷系統(tǒng)和粧土模型的之間部位的位移計(jì)，設(shè)置在加載框架外部的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)，連接在所述位移計(jì)與動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)之間的位移計(jì)引線，以及與所述動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)連接、能夠?qū)崟r(shí)存儲(chǔ)位移數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。
[0018]進(jìn)一步地，所述應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，包括貼覆在所述粧土模型的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變片，設(shè)置在加載框架外部的靜態(tài)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，連接在所述應(yīng)變片與靜態(tài)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)之間的應(yīng)變片引線，，以及與所述靜態(tài)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)連接、能夠?qū)崟r(shí)存儲(chǔ)位移數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。
[0019]進(jìn)一步地，所述粧土模型，包括水平設(shè)置在所述加載框架內(nèi)側(cè)底部、且用于制作實(shí)驗(yàn)用凍土模型粧的實(shí)驗(yàn)桶容器，以及豎直設(shè)置在自平衡杠桿靜力加載裝置底部且伸入實(shí)驗(yàn)桶容器的混凝土單粧；在所述實(shí)驗(yàn)桶容器內(nèi)部、混凝土單粧的外圍填充有粧周土體；所述混凝土單粧與應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)連接。
[0020]同時(shí)，本實(shí)用新型采用的另一技術(shù)方案是:一種與以上所述的室內(nèi)凍土模型粧靜力加載實(shí)驗(yàn)裝置相匹配的室內(nèi)凍土模型粧靜力加載實(shí)驗(yàn)方法，包括:
[0021]制作室內(nèi)實(shí)驗(yàn)所用的模型粧即粧土模型，并按測(cè)點(diǎn)位置貼好應(yīng)變片后利用電烙鐵將應(yīng)變片和外伸導(dǎo)線焊接在一起；
[0022]選取實(shí)驗(yàn)用粧周土，按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理，待處理完畢后分批次放入實(shí)驗(yàn)桶中分層夯實(shí)，粧底厚度，粧模型的埋深厚度，粧土模型的凍結(jié)時(shí)間等均須按凍土試驗(yàn)規(guī)范的要求進(jìn)行；
[0023]基于上述制作的模型粧，選取與之匹配長(zhǎng)度的傳力桿，一端與杠桿鉸接，通過(guò)調(diào)整杠桿平衡配重位置，使得未加載時(shí)杠桿處于水平位置、傳力桿另一端與粧頂接觸且共線；
[0024]將連接應(yīng)變片導(dǎo)線的線路與靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)連接，將連接動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)的位移計(jì)放置到粧頂位移測(cè)量位置；
[0025]檢查無(wú)誤后開(kāi)始進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)，加載方案應(yīng)依據(jù)粧基實(shí)驗(yàn)類別預(yù)先制定?；捇休d力實(shí)驗(yàn)采用分級(jí)加載方案，粧-土流變實(shí)驗(yàn)采用恒定加載方案；
[0026]試驗(yàn)中利用位移計(jì)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀和計(jì)算機(jī)測(cè)量、收集粧頂實(shí)時(shí)位移數(shù)據(jù)信息；利用應(yīng)變片、靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀和計(jì)算機(jī)測(cè)量、收集粧身應(yīng)變數(shù)據(jù)信息。
[0027]本實(shí)用新型各實(shí)施例的室內(nèi)凍土模型粧靜力加載實(shí)驗(yàn)裝置，由于該裝置包括設(shè)置在水平面上的工作臺(tái)，豎直焊接在工作臺(tái)上的加載框架，自上向下依次配合安裝在加載框架外側(cè)頂部至內(nèi)側(cè)底部的自平衡杠桿靜力加載裝置、制冷系統(tǒng)和粧土模型，以及設(shè)置在加載框架外部側(cè)壁的位移測(cè)量系統(tǒng)和應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)；位移測(cè)量系統(tǒng)，伸入加載框架連接至制冷系統(tǒng)和粧土模型的之間部位；應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，伸入至粧土模型；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中成本高、維護(hù)費(fèi)用大和花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)的缺陷，以實(shí)現(xiàn)成本低、維護(hù)費(fèi)用小和花費(fèi)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。
[0028]本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本實(shí)用新型而了解。
[0029]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說(shuō)明】
[0030]附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中:
[0031]圖1為本實(shí)用新型室內(nèi)凍土模型粧靜力加載實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本實(shí)用新型中工作臺(tái)的三維示意圖；
[0033]圖3為本實(shí)用新型中加載框架三維示意圖；
[0034]圖4為本實(shí)用新型中加載框架三維示意圖是本實(shí)用新型自平衡杠桿式靜力加載裝置力臂關(guān)系示意圖；
[0035]圖5為本實(shí)用新型中室內(nèi)凍土模型粧靜力加載流程示意圖。
[0036]結(jié)合附圖，本實(shí)用新型實(shí)施例中附圖標(biāo)記如下:
[0037]100-自平衡杠桿靜力加載裝置，200-制冷系統(tǒng)，300-位移測(cè)量系統(tǒng)，400-應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，500-工作臺(tái)，600-粧土模型；
[0038]11-杠桿，12-平衡配重，13-砝碼，14-連接件，15-鉸，16-傳力桿，17-加載框架；21-低溫試驗(yàn)箱，22-溫度感應(yīng)器；31_位移計(jì)，32-動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)，33-位移計(jì)引線；41_應(yīng)變片，42-靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析