一种能量桩组合荷载加载测试装置

本技术涉及能量桩测试装置，具体涉及一种能量桩组合荷载加载测试装置。

背景技术：

1、能量桩技术是将地源热泵技术与传统桩基技术相结合，将热交换管埋入桩基中，可以有效减少热交换管埋设所占空间与施工费用，从而成为诸多学者近年来的重点研究对象。能量桩在使用过程中，首先要确保其运行不影响上部建筑物的安全。在目前的模型试验中，大多对能量桩施加竖向荷载，来监测能量桩运行时的桩身响应，从而判断温度、荷载等对能量桩热力学特性的影响。在实际工程中，桩基可能不仅要受到竖向荷载，也会受到水平荷载作用，产生水平位移，对建筑结构的安全稳定造成一定的影响。因此，研究组合荷载下能量桩的桩基响应就显得极为重要。

2、通过一种能量桩的组合荷载加载装置来监测能量桩在热循环及组合荷载影响下的热力学响应，对于模拟能量桩的真实受力特性具有十分重要的意义。

3、而后在公告号为cn214940466u的一篇专利文献中公开了一种能量桩水平和竖向加载测试装置，包括模型槽、模型桩、钢板、钢筋、竖梁i、竖梁ii和横梁；模型槽的上端敞口且设置有外卷边，模型槽内填充有土体，模型桩的下端安装到土体中；模型桩内设置有u型导热管，u型导热管的上端伸出模型桩并与模型槽外侧的温控循环仪连接；模型桩的侧壁上设置有两条竖直的坑线，光纤光栅传感器密封在两条坑线中，光纤光栅传感器与模型槽外侧的光纤解调仪相匹配；模型槽的一侧设置有供钢筋穿过的若干通孔，若干通孔的外侧设置有竖直的钢板，两条坑线所在的同一平面与钢板平行；钢板面向模型槽的一侧固定有若干百分表，这些百分表沿竖直方向等间距布置；若干水平的钢筋分别穿过模型槽上的若干通孔，钢筋伸入模型槽的一端与模型桩抵紧，另一端与钢板上对应的百分表抵紧；竖梁i和竖梁ii分别固定在两个不相邻的外卷边上，竖梁i靠近钢板，横梁连接在竖梁i和竖梁ii之间，横梁与钢板垂直且与钢板上的若干百分表位于同一竖直平面上；模型桩的上端安装有竖向加载板，竖向加载板的上表面与作动器的加载底端抵紧，作动器固定在横梁上；若干百分表通过磁性表座固定在横梁的下表面，这些百分表与竖向加载板抵紧；竖梁ii背向竖梁i的一侧固定有滑轮支架，滑轮支架上设置有定滑轮；模型桩露出土体的外壁上贴合有水平加载垫片，水平加载垫片为弧形板，水平加载垫片与钢丝绳i连接，钢丝绳i绕过定滑轮并与砝码底座连接，砝码底座上放置有砝码。

4、上述荷载装置存在一个缺陷，竖向的荷载装置无法跟随桩顶移动，这会对能量桩的桩头产生约束作用，从而影响桩顶水平位移。因此，因此，采用一种能够跟随桩顶发生移动的能量桩组合荷载加载装置对于研究能量桩的变形特性和热力学响应具有十分重要的意义。

5、综上，申请人提出了一种能量桩组合荷载加载测试装置。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本实用新型提供了一种能量桩组合荷载加载测试装置。

2、为达到上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案为：

3、一种能量桩组合荷载加载测试装置，包括模型槽，模型槽内填充有填充体，填充体内竖直固定有能量桩；反力架，反力架呈竖直方向倒置的u形，反力架包括两侧的侧梁和顶部的顶梁，反力架固定连接在模型槽上；竖向作动器，竖向作动器通过作动器滚轴安装在反力架的顶梁内侧，竖向作动器用于对能量桩的竖向加载；水平作动器，水平作动器安装在反力架的一侧梁内侧，水平作动器的加载头通过水平加载滚轴对能量桩水平加载；位移计，位移计包括竖向位移计和水平位移计，竖向位移计和水平位移计均设有若干个，竖向位移计用于对能量桩的竖向位移进行监测，水平位移计用于对能量桩的水平位移进行监测；能量桩内设有u形的换热管，换热管的端头伸出填充体设置，换热管的端头用于通入换热液。

4、通过本装置可以对能量桩施加组合荷载，包括水平荷载、竖向荷载和温度荷载，更好地模拟能量桩的实际荷载情况，在安装竖向作动器的顶梁上设置一个作动器滚轴，使得竖向作动器可以跟随桩顶的水平位置发生变化，削弱竖向作动器对桩顶的水平约束作用，在水平作动器的加载头通过水平加载滚轴对能量桩水平加载，削弱水平作动器对能量桩的桩身的竖向约束作用，测试结果更加的准确。

5、进一步限定，模型槽的顶部向外翻折形成水平的卷边，卷边上开设有若干安装孔，反力架的侧梁底部设有水平的安装板，安装板上开设有与安装孔相匹配的穿接孔，模型槽和反力架通过螺栓连接固定；设置一个卷边和安装板可以增大反力架和模型槽的安装面积，通过螺栓将反力架和模型槽进行连接更加的稳固。

6、进一步限定，还包括有竖向加载板，竖向加载板置于能量桩的桩顶，竖向加载板的顶面设有与竖向作动器的加载头相匹配的限位结构，竖向位移计沿水平荷载方向在竖向加载板上设有两个，两个竖向位移计关于限位结构对称设于竖向加载板的顶面；设置一个竖向加载板，在竖向加载板上设置一个限位结构和竖向作动器的加载头匹配，可以防止能量桩和竖向加载装置之间产生偏移，受力更均匀。

7、进一步限定，水平加载滚轴通过抱环固定在能量桩上，水平加载滚轴的顶面也设有与水平作动器的加载头相匹配的限位结构，在能量桩上与水平作动器相对的一侧设有一水平位移计；将水平加载滚轴通过抱环固定在能量桩上更加的稳固，将限位结构设置在水平加载滚轴上与水平作动器的加载头配合可以使得水平作动器的加载更加的均匀，不会产生偏移。

8、进一步限定，还包括有固定梁，固定梁水平连接在安装有水平作动器的侧梁底部，固定梁和卷边的下表面竖向设有滑轮支架，滑轮支架的底部端头设有定滑轮，每个定滑轮上方对应的固定梁上均设有一个水平位移计，每个水平位移计的测试端头竖向连接有钢丝，钢丝绕过定滑轮弯折整体呈l形，钢丝的水平段外套设有保护套管，模型槽的侧壁上开设有供保护套管穿过的通孔，钢丝和保护套管伸入模型槽内与能量桩接触；在固定梁下方安装水平位移计，水平位移计的测试端头通过连接钢丝进行延长，钢丝通过定滑轮转向成水平伸入模型槽内与能量桩接触用于监测能量桩的水平位移，保护套管用于保证钢丝能够与能量桩垂直接触并且能够减小钢丝和填充体之间的摩擦作用，间隔设置的多个水平位移计可以监测不同深度的能量桩的水平位移，更加准确。

9、进一步限定，还包括有固定梁，水平作动器所在一侧的卷边向外延伸，固定梁竖向连接在延伸后的卷边上，固定梁上均匀间隔设有多个水平位移计，每个水平位移计的测试端头呈水平设置且测试端头上水平连接有钢丝，钢丝外套设有保护套管，模型槽的侧壁上开设有供保护套管穿过的通孔，钢丝和保护套管伸入模型槽内与能量桩接触；通过将固定梁竖向设置，多个水平位移计可不通过定滑轮进行转向，结构更加的简单。

10、进一步限定，还包括有固定梁，水平作动器相对一侧的卷边向外延伸，固定梁竖向连接在延伸后的卷边上，固定梁上均匀间隔设有多个水平位移计，每个水平位移计的测试端头呈水平设置且测试端头上水平连接有钢筋，钢筋外套设有保护套管，模型槽的侧壁上开设有供保护套管穿过的通孔，钢筋和保护套管伸入模型槽内与能量桩接触。

11、进一步限定，竖向位移计和水平位移计均通过磁性表座进行固定；通过磁性表座固定竖向位移计和水平位移计更加的稳固，并且使用方便。

12、进一步限定，限位结构包括平置的限位圆柱，竖向作动器和水平作动器的加载头上凹设有u形槽，u形槽的内径和限位圆柱的外径相匹配；通过限位圆柱和加载头的u形槽配合，可以依靠限位圆柱的转动位移来确保荷载作用点不变。

13、本实用新型的有益效果为：可以对能量桩施加组合荷载，更好的模拟能量桩的实际荷载情况，并且作动器滚轴能够削弱作动器对水平、竖直方向的位移约束，测试结果更加准确。