用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910109015.4 (22)申请日 2019.02.03 (71)申请人 华东交通大学 地址 330013 江西省南昌市双港东大道808 号 (72)发明人 涂文博顾晓强喻春华冯青松 罗文俊唐柏赞曹宏兵袁立巍 (74)专利代理机构 上海申蒙商标专利代理有限 公司 31214 代理人 黄明凯 (51)Int.Cl. E02D 33/00(2006.01) (54)发明名称 用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性 试验的加载装置 (57)摘要 本发明公开了一种用于室内组合荷载。

2、作用 下桩基承载力特性试验的加载装置， 包括模型 箱、 竖向加载装置、 横向加载装置， 模型箱内竖直 地埋设在试验土体中， 竖向加载装置中水平导向 梁水平横向设置， 竖向砝码吊接在横梁的底面 上， 支撑变位装置顶部抵在横梁的底面上， 竖向 砝码和支撑变位装置相对于试验单桩对称设置； 横向加载装置包括两组位于试验单桩两侧的加 载单元。 本发明的优点是： 结构简单， 能够在保持 竖向加压的同时进行水平力加载及弯矩加载试 验， 也可在保持水平力或弯矩加压的同时进行竖 向荷载试验。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 109972670 A 2019.07.05 CN 109972670 A 。

3、1.一种用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装置， 其特征在于， 包括 模型箱和竖向加载装置， 所述模型箱内填充试验土体， 试验单桩竖直地埋设在所述试验土 体中， 所述竖向加载装置包括横梁、 水平导向梁、 两组竖向砝码以及两组支撑变位装置， 所 述横梁设置在所述模型箱的上方， 所述水平导向梁水平横向设置在所述横梁的底面上， 所 述竖向砝码吊接在所述横梁的底面上， 所述支撑变位装置顶部抵在所述横梁的底面上， 所 述竖向砝码相对于所述试验单桩对称设置， 所述支撑变位装置相对于所述试验单桩对称设 置。 2.根据权利要求1所述的一种用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装 置， 其特。

4、征在于， 还包括横向加载装置， 所述横向加载装置包括两组位于所述试验单桩两侧 的加载单元， 每个所述加载单元包括滑轮和横向砝码， 所述滑轮上绕有钢丝索， 所述钢丝索 的一端竖直连接所述横向砝码、 另一端水平连接所述试验单桩， 所述滑轮安装在所述支撑 变位装置上。 3.根据权利要求2所述的一种用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装 置， 其特征在于， 两组所述加载单元的所述滑轮的安装高度不相同。 4.根据权利要求1所述的一种用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装 置， 其特征在于， 所述支撑变位装置包括弹簧变位器和立柱， 所述弹簧变位器安装在所述立 柱的顶部。 5.根据权利要。

5、求4所述的一种用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装 置， 其特征在于， 所述立柱包含顶柱和底柱， 所述顶柱通过螺纹可上下移动地连接在所述底 柱的上部。 6.根据权利要求4所述的一种用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装 置， 其特征在于， 所述弹簧变位器包括传力杆、 压力传感器、 弹簧、 限位壳体、 底座， 所述压力 传感器设置在所述传力杆的顶部， 所述弹簧的顶部抵在所述传力杆的底部， 所述限位壳体 的上部围绕所述传力杆的外缘设置， 所述限位壳体的下部将所述弹簧包裹在内， 所述底座 设置在所述限位壳体的底部， 所述弹簧的底部抵在所述底座上。 7.根据权利要求1所述的一种用。

6、于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装 置， 其特征在于， 所述底座可拆卸地连接所述限位壳体。 8. 根据权利要求1所述的一种用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载 装置， 其特征在于， 所述试验单桩的顶部设置有桩帽， 所述桩帽的顶部 为半球形。 9.根据权利要求8所述的一种用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装 置， 其特征在于， 所述水平导向梁的底面设置有与所述桩帽适配的半圆柱状的导向槽， 所述 桩帽的顶部抵在所述导向槽内。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109972670 A 2 用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装置 技术领域 0001 本发明。

7、属于桩基模型试验技术领域， 具体涉及一种用于室内组合荷载作用下桩基 承载力特性试验的加载装置。 背景技术 0002 桩基是海上风机最主要的基础形式， 桩基在海上风机的应用中需要同时承受上部 结构传递的竖向荷载以及风、 浪、 流等水平及弯矩荷载。 上述载荷会产生相互影响， 但现有 的施工设计中多考虑单一荷载作用下的基础承载特性， 并未考虑竖向荷载的施加对水平荷 载及弯矩承载力特性的影响或水平荷载的施加对竖向承载力特性的影响。 国内外许多学者 对水平、 竖向和弯矩荷载组合情况下的单桩承载特性做了较多的研究工作， 但尚未得出完 全一致的结论， 对两种及以上荷载综合作用情况下桩基承载特性的认识仍不够深。

8、入， 结合 室内模型试验进行分析是一种有效的途径。 0003 现有的桩基模型试验方法存在以下不足： 仅能提供单一方向加载， 或水平或竖直 方向， 无法同时施加水平力、 弯矩及竖向组合荷载等多种形式； 水平方向施加荷载时， 桩顶 产生了水平位移， 竖向荷载无法保证方向始终垂直向下。 发明内容 0004 本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处， 提供一种用于室内组合荷载作用 下桩基承载力特性试验的加载装置， 通过设置竖向加载装置和横向加载装置， 结合支撑变 位装置， 使得设备能够在保持竖向加压的同时进行水平力加载及弯矩加载试验， 也可在保 持水平力或弯矩加压的同时进行竖向荷载试验。 0005 本。

9、发明目的实现由以下技术方案完成： 一种用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装置， 包括模型箱和竖向加 载装置， 所述模型箱内填充试验土体， 试验单桩竖直地埋设在所述试验土体中， 所述竖向加 载装置包括横梁、 水平导向梁、 两组竖向砝码以及两组支撑变位装置， 所述横梁设置在所述 模型箱的上方， 所述水平导向梁水平横向设置在所述横梁的底面上， 所述竖向砝码吊接在 所述横梁的底面上， 所述支撑变位装置顶部抵在所述横梁的底面上， 所述竖向砝码相对于 所述试验单桩对称设置， 所述支撑变位装置相对于所述试验单桩对称设置。 0006 所述用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装置还包括横向。

10、加载 装置， 所述横向加载装置包括两组位于所述试验单桩两侧的加载单元， 每个所述加载单元 包括滑轮和横向砝码， 所述滑轮上绕有钢丝索， 所述钢丝索的一端竖直连接所述横向砝码、 另一端水平连接所述试验单桩， 所述滑轮安装在所述支撑变位装置上。 0007 两组所述加载单元的所述滑轮的安装高度不相同。 0008 所述支撑变位装置包括弹簧变位器和立柱， 所述弹簧变位器安装在所述立柱的顶 部。 0009 所述立柱包含顶柱和底柱， 所述顶柱通过螺纹可上下移动地连接在所述底柱的上 说明书 1/3 页 3 CN 109972670 A 3 部。 0010 所述弹簧变位器包括传力杆、 压力传感器、 弹簧、 限位。

11、壳体、 底座， 所述压力传感器 设置在所述传力杆的顶部， 所述弹簧的顶部抵在所述传力杆的底部， 所述限位壳体的上部 围绕所述传力杆的外缘设置， 所述限位壳体的下部将所述弹簧包裹在内， 所述底座设置在 所述限位壳体的底部， 所述弹簧的底部抵在所述底座上。 0011 所述底座可拆卸地连接所述限位壳体。 0012 所述试验单桩的顶部设置有桩帽， 所述桩帽的顶部 为半球形。 0013 所述水平导向梁的底面设置有与所述桩帽适配的半圆柱状的导向槽， 所述桩帽的 顶部抵在所述导向槽内。 0014 本发明的优点是：（1） 使得设备能够在保持竖向加压的同时进行水平力加载及弯 矩加载试验， 也可在保持水平力或弯矩。

12、加压的同时进行竖向荷载试验；（2） 能够在一套设备 上分别或同时施加水平力、 竖向力及弯矩等多种组合荷载形式， 模拟桩基真实受力状态； （3） 桩顶受水平向荷载后产生水平位移时， 竖向荷载仍能有效保证方向始终一致。 附图说明 0015 图1为本发明实施例中用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装置 的结构示意图； 图2为本发明实施例中水平导向梁的结构示意图； 图3为本发明实施例中立柱的结构示意图； 图4为本发明实施例中弹簧变位器的结构示意图。 具体实施方式 0016 以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明， 以 便于同行业技术人员的理解： 如图1-4， 图中。

13、各标记分别为： 模型箱1、 试验单桩2、 横梁3、 水平导向梁4、 竖向砝码5、 弹 簧变位器6、 滑轮7、 横向砝码8、 钢丝索9、 顶柱10、 底柱11、 传力杆12、 压力传感器13、 弹簧14、 限位壳体15、 底座16、 桩帽17、 导向槽18。 0017 实施例： 如图1-4所示， 本实施例具体涉及一种用于室内组合荷载作用下桩基承载 力特性试验的加载装置， 通过设置竖向加载装置和横向加载装置， 结合支撑变位装置， 使得 设备能够在保持竖向加压的同时进行水平力加载及弯矩加载试验， 也可在保持水平力或弯 矩加压的同时进行竖向荷载试验。 0018 如图1所示， 一种用于室内组合荷载作用下。

14、桩基承载力特性试验的加载装置， 包括 模型箱1和竖向加载装置， 模型箱1内填充试验土体， 试验单桩2竖直地埋设在试验土体中， 通过试验土体来模拟试验单桩2所需要被安装环境。 竖向加载装置包括横梁3、 水平导向梁 4、 两组竖向砝码5以及两组支撑变位装置， 横梁3设置在模型箱1的上方， 水平导向梁4水平 横向设置在横梁3的底面上， 竖向砝码5吊接在横梁3的底面上， 支撑变位装置顶部抵在横梁 3的底面上， 竖向砝码5相对于试验单桩2对称设置， 支撑变位装置相对于试验单桩2对称设 置。 横梁3和水平导向梁4用于对试验单桩2施压竖向的压力， 两组竖向砝码5挂在横梁3两侧 从而对试验单桩2施加重量可控的。

15、竖向载荷， 支撑变位装置用于支撑横梁3并感应试验单桩 说明书 2/3 页 4 CN 109972670 A 4 2在组合荷载下的承载力。 在试验单桩2的桩顶受水平向荷载后产生水平位移时， 在水平导 向梁4的作用下竖向的荷载仍能有效保证方向始终一致。 0019 如图1所示， 本实施例中用于室内组合荷载作用下桩基承载力特性试验的加载装 置还包括横向加载装置， 横向加载装置包括两组位于试验单桩2两侧的加载单元， 每个加载 单元包括滑轮7和横向砝码8， 滑轮7上绕有钢丝索9， 钢丝索9的一端竖直连接横向砝码8， 另 一端水平连接试验单桩2， 滑轮7安装在支撑变位装置上。 两组加载单元的滑轮7的安装高度。

16、 不相同。 上述的滑轮7和钢丝索9具备导向作用， 通过改变滑轮7的高度， 在钢丝索9的作用 下， 对试验单桩2不同水平高度位置施加横向载荷。 加载单元分别从两个不同的方向对试验 单桩2施加水平载荷， 将两个水平载荷分置在不同的高度， 能够模拟更为复杂的多元水平载 荷， 与实际的试验单桩2所处环境更为近似， 能够获取更为精准的测试结果。 控制砝码的重 量以及滑轮7的高度， 能够对试验单桩2施加水平及弯矩荷载。 0020 如图3和图4所示， 本实施例中， 支撑变位装置包括弹簧变位器6和立柱， 弹簧变位 器6安装在立柱的顶部。 立柱包含顶柱10和底柱11， 顶柱10通过螺纹可上下移动地连接在底 柱1。

17、1在上部， 顶柱10可通过螺纹自由移动， 具备调节高度的能力， 能够适应不同尺寸的试验 单桩2进行试验。 弹簧变位器6包括传力杆12、 压力传感器13、 弹簧14、 限位壳体15、 底座16， 压力传感器13设置在传力杆12的顶部， 弹簧14的顶部抵在传力杆12的底部， 限位壳体15的 上部围绕传力杆12的外缘设置， 限位壳体15的上部保证传力杆12的移动方向始终垂直上 下， 限位壳体15的下部将弹簧14包裹在内， 底座16设置在限位壳体15的底部， 弹簧14的底部 抵在底座16上。 传力杆12顶部通过上表面贴置的压力传感器13顶在横梁3底面上， 通过压力 传感器13感应横梁3传递的荷载， 在。

18、传力杆12传递的荷载作用下弹簧14能够产生压缩变形， 保证了弹簧变位器6结构的稳定性。 底座16可拆卸地连接限位壳体15， 可通过螺丝、 卡槽的 结构进行固定， 拆除底座16后能够更换弹簧变位器6内的弹簧14， 通过替换不同型号的弹簧 14适应不同竖向力需求的桩基模型试验。 基于上述竖向加载装置和横向加载装置对称设置 的结构， 通过计算得出桩顶竖向受力为总竖向加载的三分之一， 也可通过上述压力传感器 13获取的数据精确计算试验单桩2的桩顶所受竖向力的真实值。 0021 如图1和图2所示， 本实施例中， 试验单桩2的顶部设置有桩帽17， 桩帽17的顶部为 半球形。 水平导向梁4的底面设置有与桩帽。

19、17适配的半圆柱状的导向槽18， 桩帽17的顶部抵 在导向槽18内。 当试验单桩2产生水平位移时， 桩帽17随着水平导向梁4延伸方向移动， 进而 使得竖向荷载仍能有效保证方向始终一致。 0022 本实施例具有如下优点： 使得设备能够在保持竖向加压的同时进行水平力加载及 弯矩加载试验， 也可在保持水平力或弯矩加压的同时进行竖向荷载试验； 能够在一套设备 上分别或同时施加水平力、 竖向力及弯矩等多种组合荷载形式， 模拟桩基真实受力状态； 桩 顶受水平向荷载后产生水平位移时， 竖向荷载仍能有效保证方向始终一致。 说明书 3/3 页 5 CN 109972670 A 5 图1 图2 说明书附图 1/3 页 6 CN 109972670 A 6 图3 说明书附图 2/3 页 7 CN 109972670 A 7 图4 说明书附图 3/3 页 8 CN 109972670 A 8 。