一种管桩竖向静载试验可视化模拟装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于试验设备技术领域，涉及一种管粧竖向静载试验可视化模拟装 置。
【背景技术】
[0002] 管粧竖向静载是一个复杂的过程，包括竖向抗压和竖向抗拔。室内模型试验是一 种研宄管粧静载的有效手段，可以通过室内模型试验的方法研宄其机理。目前，管粧竖向静 载试验多为现场原位试验，室内模拟试验应用还是很少，室内静载模拟试验在抗拔方面的 研宄更为少见，而且室内模拟试验的试验装置及模拟方法还很不成熟。现有的试验模型箱 有用砖块、水泥和砂浆砌成的矩形容器。该方法施工简单，容易实现而且造价较低，但是此 模型箱不可移动并且不便于观察试验过程中粧与土的变化。现有的试验模型箱还有用角钢 和钢板焊接而成的，该模型箱与用砖块、水泥和砂浆砌成的矩形容器相比有一定的优点，该 模型箱便于移动，便于试验过程中的移动需要，但是此模型箱仍然不便于观察试验过程中 粧与土的变化。现有的加载装置也是各有不同，有采用特制螺杆，以人工匀速旋转施加粧顶 荷载的试验加载装置，该加载装置螺杆旋转可能产生扭矩，对试验的干扰比较大，从而导致 试验的控制精度降低。现有的加载装置也有用伺服电机加载的，该装置人为干扰的影响相 对较小，相对采用特制螺杆加载的装置试验的控制精度有了大幅提高，但是此加载方式不 能很好的模拟现实中的管粧竖向静载试验。
[0003] 综上可知，现有的管粧室内模拟装置及模拟方法各有优缺点，所以选择一种更优 的管粧室内模拟装置及模拟方法对试验的精度控制很关键。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种管粧竖向静载试验 可视化模拟装置，可以很好的模拟现实中的管粧竖向静载试验，不仅可以模拟竖向抗压试 验，还可以模拟竖向抗拔试验，提高试验精度，可以恒力和均匀加载，可以自由调节，方便压 单粧和群粧。更重要的一点是，可以通过可视化装置很直观的观察到试验过程中粧与土的 变化。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案是，一种管粧竖向静载试验可视化模拟装置，加载 系统用螺栓固定在反力架上，加载系统包括推拉电动机、拉压传感器和推拉杆；推拉电动机 固定在反力架上，推拉杆连接在推拉电动机上，在推拉杆中间部位通过内置螺纹将拉压传 感器和推拉杆连接，拉压传感器导线连接在加载数据控制设备上；加载系统的推拉杆穿过 反力架上的预留孔；模型粧上端通过连接套管连接在推拉杆的下方，连接套管中部为薄钢 板，上部为与推拉杆匹配的圆形钢管，下部为与模型粧匹配的半圆形钢管；模型粧穿过定位 板上的预留孔，定位板通过连接钮扣固定在支架上，反力架上的预留孔与穿过定位板上的 预留孔在同一铅垂线上；模型粧下端穿过定位板上的预留孔伸入模型箱内。
[0006] 本实用新型的有益效果为：首先，由于试验过程中反力架一般是固定不动的，但有 时试验需要改变压粧位置，本实用新型模型箱便于移动，为试验提供了有利条件。同时，试 验设备可进行竖向抗压静载试验和竖向抗拔静载试验，分级加载控制可实现伺服控制且数 据实现自动采集保证精度减少人为误差。其次，可以通过可视化装置很直观的观察到试验 过程中粧与土的变化。
【附图说明】
[0007] 图1为本实用新型的模型试验装置结构示意图。
[0008] 图2为本实用新型的模型试验装置正二视图。
[0009] 图3为本实用新型的模型箱结构示意图。
[0010] 图4为本实用新型的连接套管结构示意图。
[0011] 图中，1.模型箱，2.定向滑轮，3.模型粧，4.支架固定钮扣，5.预留孔，6.连接套 管，7.推拉杆，8.加载系统，9.反力架，10.定位板，11.支架，12.连接钮扣，13.加载数据 控制设备，14.静态应变仪，15.高清数码相机，16.电脑，17.钢板，18.横肋，19.钢化玻璃， 61.薄钢板，62.圆形钢管，63.半圆形钢管。
【具体实施方式】
[0012] 本实用新型管粧竖向静载试验可视化模拟装置的结构，如图1~4所示，加载系统 8用螺栓固定在反力架9上。加载系统8包括推拉电动机、拉压传感器和推拉杆7。推拉电 动机固定在反力架9上，推拉杆7连接在推拉电动机上，在推拉杆7中间部位通过内置螺纹 将拉压传感器和推拉杆连接起来，拉压传感器导线连接在加载数据控制设备13上。加载系 统8的推拉杆7穿过反力架9上的预留孔5。四个支架11用支架固定钮扣4固定在地面滑 槽上。模型粧3采用半模铝管，上端通过连接套管6连接在推拉杆7的下方，该连接套管6 中部为薄钢板61，上部为与推拉杆7匹配的圆形钢管62,下部为与模型粧3匹配的半圆形 钢管63。模型粧3穿过定位板10上的预留孔5,定位板10通过连接钮扣12固定在支架11 上，通过保证反力架9上的预留孔5与穿过定位板10上的预留孔5在同一铅垂线上来保证 压粧的垂直度。模型粧3下端穿过定位板10上的预留孔5伸入模型箱1内。
[0013] 模型箱1其中一个相邻两面为钢化玻璃19,另外一个相邻两面和模型箱底面为钢 板17,在模型箱侧面为钢化玻璃的中间部位装有由角钢和螺栓连接的横肋18。
[0014] 在试验准备阶段，首先在模型箱1内装满试验所用的试验用土，在模型粧3上等间 隔的贴上电阻式应变片，应变片用导线连接在静态应变仪14上，然后静态应变仪14连接在 电脑16上。其次，加载系统8连接在加载数据控制设备13上。最后，调节反力架9上的预 留孔5与定位板10上的预留孔5在同一铅垂线上，然后让模型粧3穿过定位板10上的预 留孔5,将粧顶和推拉杆7分别连接在连接套管6上。在模型箱1装有钢化玻璃19的一侧 调整好高清数码相机15,然后把高清数码相机15连接在电脑16上，并且在透明玻璃上标定 4个不动点，主要是为了试验后期图像处理提供坐标点。试验准备完毕后，准备压粧压至目 的位置开始做静载试验，这里静载不仅可以做竖向抗压静载试验，还可以做竖向抗拔静载 试验。
[0015] 通过电阻式应变片、拉压传感器和土压力盒（土压力盒是填土过程中预埋在土层 中，土压力盒连接在静态应变仪14上）等仪器，可以分析试验数据，总结管粧竖向抗压静载 试验过程中粧侧压力沿粧身变化规律、在同一深度位置粧摩阻力变化规律、粧身承载力变 化情况和粧体时效性的变化情况。此实用新型试验过程中还有一个很重要的方法，即利用 高清数码相机15拍摄记录粧周土的变化情况，最后利用图片处理软件分析粧周土体位移 场的变化情况。
[0016] 其中，模型箱1框架是由50mmX50mmX5mm角钢焊接而成，模型箱1其中两个相邻 侧面是由两块6mm厚钢板17与角钢焊接而成，另外两个相邻侧面是由两块12mm厚透明的 钢化玻璃19组成，底面是由6_厚钢板17与角钢焊接而成，在模型箱1的底部安装四个定 向滑轮2,定向滑轮2落在固定在地上的滑槽上，目的是便于压粧需要而前后移动模型箱， 定向滑轮2上安装一个卡子，当模型箱移动至所需位置时用卡子固定好定向滑轮2即可。数 据采集装置主要是静态应变仪14和电脑16,采集实验过程中拉压传感器及应变片的实验 数据。图像采集装置主要是高清数码相机15和电脑16,通过图像采集装置可以很直观的观 察到试验过程中粧与土的变化。
[0017] -种管粧竖向静载试验可视化模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：
[0018] 1)首先调整好实验装置，将模型粧3压到所需做静载试验的位置；
[0019] 2)试验加载的位移通过加载系统8控制，粧顶位移具体是通过控制加载系统8里 的推拉电动机的转速来控制，推拉电动机内置有计数器，计数器可以记录累计脉冲个数，精 确记录推拉杆的位移，整个过程由预编程序来控制操作；
[0020] 3)加载系统8里有一个拉压传感器，可以测出竖向抗压静载时的粧顶荷载大小及 竖向抗拔时的所施加的抗拔力大小；
[0021] 4)可以通过粧顶荷载大小和粧顶位移量绘出P-S曲线。
[0022] 当粧身荷载逐级施加于粧顶时，粧身受到压缩而产生向下的位移，通过粧身各断 面处轴力可以计算出第i断面至第i+ι断面间粧身侧摩阻力，具体计算如下：
【主权项】
1. 一种管粧竖向静载试验可视化模拟装置，其特征在于，加载系统（8)用螺栓固定在 反力架（9)上，加载系统（8)包括推拉电动机、拉压传感器和推拉杆（7);推拉电动机固定 在反力架（9)上，推拉杆（7)连接在推拉电动机上，在推拉杆（7)中间部位通过内置螺纹将 拉压传感器和推拉杆（7)连接，拉压传感器导线连接在加载数据控制设备（13)上；加载系 统⑶的推拉杆（7)穿过反力架（9)上的预留孔（5);模型粧（3)上端通过连接套管（6)连 接在推拉杆（7)的下方，连接套管（6)中部为薄钢板(61)，上部为与推拉杆（7)匹配的圆形 钢管（62)，下部为与模型粧（3)匹配的半圆形钢管（63);模型粧（3)穿过定位板（10)上的 预留孔（5)，定位板（10)通过连接钮扣（12)固定在支架（11)上，反力架（9)上的预留孔 (5)与穿过定位板（10)上的预留孔（5)在同一铅垂线上；模型粧（3)下端穿过定位板（10) 上的预留孔（5)伸入模型箱（1)内。
2. 根据权利要求1所述的一种管粧竖向静载试验可视化模拟装置，其特征在于，所述 模型箱⑴其中一个相邻两面为钢化玻璃（19)，另外一个相邻两面和底面为钢板（17)，在 模型箱侧面为钢化玻璃的中间部位装有由角钢和螺栓连接的横肋（18)。
3. 根据权利要求1所述的一种管粧竖向静载试验可视化模拟装置，其特征在于，所述 模型粧（3)上等间隔的贴有电阻式应变片，电阻式应变片用导线连接在静态应变仪（14) 上，静态应变仪（14)连接在电脑（16)上，模型箱（1)装有钢化玻璃（19)的一侧设置高清 数码相机（15)，然后把高清数码相机（15)连接在电脑（16)上。
4. 根据权利要求1所述的一种管粧竖向静载试验可视化模拟装置，其特征在于，所述 模型箱（1)的底部安装四个定向滑轮（2)，定向滑轮（2)上安装一个卡子。
5. 根据权利要求1所述的一种管粧竖向静载试验可视化模拟装置，其特征在于，所述 支架（11)用支架固定钮扣（4)固定在地面滑槽上。
【专利摘要】本实用新型公开一种管桩竖向静载试验可视化模拟装置，加载系统用螺栓固定在反力架上，推拉电动机固定在反力架上，推拉杆连接在推拉电动机上，在推拉杆中间部位通过内置螺纹将拉压传感器和推拉杆连接，拉压传感器导线连接在加载数据控制设备上；加载系统的推拉杆穿过反力架上的预留孔；模型桩上端通过连接套管连接在推拉杆的下方；模型桩穿过定位板上的预留孔，定位板通过连接钮扣固定在支架上，反力架上的预留孔与穿过定位板上的预留孔在同一铅垂线上；模型桩下端穿过定位板上的预留孔伸入模型箱内。可以提高试验精度，可以通过可视化装置直观的观察到试验过程中桩与土的变化。
【IPC分类】G01N19-00
【公开号】CN204461981
【申请号】CN201420799325
【发明人】王家全, 朱庆盛, 周岳富, 黄柳云
【申请人】广西科技大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年12月16日