水平与竖向荷载共同作用下半面桩小模型试验加载装置的制作方法

本发明涉及试验设备制造技术领域，是一种用于桩基础模型试验装置。

背景技术：

混凝土扩盘桩在抵抗竖向力和水平力方面都显示出比普通直孔灌注桩更大的优势。在近年来，国内外对混凝土扩盘桩的研究取得了一定的进展，但是仍处于初期探索阶段。国内外对混凝土扩盘桩的研究成果更多集中在抗压、抗拔承载力的研究，对水平力作用下的破坏机理及承载力研究相对欠缺。目前对混凝土扩盘桩在水平力作用下的研究存在的主要问题包括：首先，混凝土扩盘桩与直孔桩相比，桩周土受力情况发生较大变化，因此，目前参考普通直孔桩得出的混凝土扩盘桩单桩极限抗倾覆承载力的计算方式是不合理的。其次，对于混凝土扩盘桩极限承载力研究中，多限于对桩体本身的破坏研究，而忽略了桩周土体的破坏对承载力的影响。第三，对于单桩承载力的主要影响因素如：承力盘直径、间距、位置、坡度、数量等，只是做了定性的分析，缺少可靠的理论依据。所以，还需对各影响因素、土体破坏状态作进一步研究，提出更为合理的混凝土扩盘桩水平承载力计算模式。因此对混凝土扩盘桩水平承载性能的研究成为一个趋势，而且目前采用的试验方法存在一定的弊端。

本课题组已经发明了混凝土半面桩的实验室小比例模型埋土试验的方法，这种方法在很多方面都有其独特的优势，比如设计灵活、操作简便、节约成本，可以全过程观察桩周土体破坏过程等。本发明的重点及创新之处在于试验方法，试验方法依然沿用本课题组独有的原状土可视试验装置。由于一般建（构）筑物通常处于竖向力和水平力共同作用的环境中，所以本试验加载装置在原有竖向力加载装置的基础上经过反复推敲、试验、改进，实现了竖向力和水平力同时加载。，为了适应小比例模型半面桩试验的特殊要求，根据小比例模型试验的试件特点，单独设计了专门用于半面桩小比例模型水平、竖向同时加载试验的专门加载装置，以保证能顺利地进行加载试验。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种水平与竖向荷载共同作用下半面桩小模型试验加载装置。

本发明解决技术问题的方案是采用加载台板、立柱、横梁、竖向加载装置、原土盛装容器、半面桩、中空千斤顶和加载钢丝构成加载装置，加载台板两侧分别有一根向上的立柱，横梁安装在两根立柱之间的上部，原土盛装容器放置在加载台板上，在两根立柱中间位置，半面桩竖直埋入原土盛装容器的原土中，半面桩顶部高于原土盛装容器的上沿，竖向加载装置安装在横梁上，与半面桩顶部接触，加载钢丝一端连接半面桩顶部，另一端连接中空千斤顶，加载钢丝呈水平状态。

通过竖向加载装置向半面桩施加一定压力，然后通过中空千斤顶拉动加载钢丝，测量在不同的拉力下半面桩横向的移动距离。这样能够模仿混凝土扩盘桩在承载一定的垂直压力情况下，又受到一定横向推、拉时所产生的横向位移。

所述的竖向加载装置包括底板、弹性板、顶板、压板、加压千斤顶和钢筋，底板水平放置在横梁上，弹性板在底板上，顶板在弹性板上，压板水平放置，与半面桩顶部接触，加压千斤顶在压板与横梁之间，有四根钢筋分别从上到下穿过顶板、底板和压板的四个角，每根钢筋的两端都有螺纹，并采用螺母固定，使得底板、弹性板、顶板、压板和加压千斤顶固定为一体。向半面桩竖向施加压力时，启动加压千斤顶，底板和顶板之间有弹性板，形成一块有一定压缩量的组合构件，由于细钢筋的长度是固定的，所以保证加压千斤顶的稳定，又由于泡沫板有一定的弹性，能够保证在加压千斤顶加载时有一定的量程。

其中弹性板的压缩量小于10mm。

压板的底部有横向的凹槽，半面桩的顶部为弧形端头，弧形端头在凹槽内。在中空千斤顶通过加载钢丝拉动半面桩过程中，可以自如地沿加载方向移动，而不出现侧向滑动。

中空千斤顶安装在横梁上，立柱上装有一个定滑轮，定滑轮在中空千斤顶下方，半面桩的端头位置开有固定孔，加载钢丝一端固定在固定孔位置，另一端绕过定滑轮与中空千斤顶连接。这样能够更有效地保证半面桩与定滑轮之间的加载钢丝保持水平状态。

本发明装置可以实现试验室小模型半面桩试验的竖向荷载和水平荷载同时施加，保证小尺寸试件的竖向加载的稳定性和有限位移控制，实现半截面小尺寸试件在施加水平荷载时的平面内位移，不出现平面外移动。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图2为压板的侧视图；

图3为半面桩的示意图。

具体实施方式

本发明装置由加载台板1、立柱2、横梁3、竖向加载装置4、原土盛装容器5、半面桩6、中空千斤顶7和加载钢丝8构成，加载台板1两侧分别有一根向上的立柱2，横梁3安装在两根立柱2之间的上部，原土盛装容器5放置在加载台板1上，在两根立柱2中间位置，半面桩6竖直埋入原土盛装容器5的原土中，半面桩6顶部高于原土盛装容器5的上沿，竖向加载装置4安装在横梁3上，与半面桩6顶部接触，加载钢丝8一端连接半面桩6顶部，另一端连接中空千斤顶7，加载钢丝8呈水平状态，所述的竖向加载装置4包括底板9、弹性板10、顶板11、压板12、加压千斤顶14和钢筋13，底板9水平放置在横梁3上，弹性板10在底板9上，顶板11在弹性板10上，压板12水平放置，与半面桩6顶部接触，加压千斤顶14在压板12与横梁3之间，有四根钢筋13分别从上到下穿过顶板11、底板9和压板12的四个角，每根钢筋13的两端都有螺纹，并采用螺母固定，使得底板9、弹性板10、顶板11、压板12和加压千斤顶14固定为一体，其中弹性板10的压缩量小于10mm；压板12的底部有横向的凹槽15，半面桩6的顶部为弧形端头17，弧形端头17在凹槽15内；中空千斤顶7安装在横梁3上，立柱2上装有一个定滑轮18，定滑轮18在中空千斤顶7下方，半面桩6的端头位置开有固定孔16，加载钢丝8一端固定在固定孔16位置，另一端绕过定滑轮18与中空千斤顶7连接。

技术特征：

技术总结
一种水平与竖向荷载共同作用下半面桩小模型试验加载装置，涉及试验设备制造技术领域，采用加载台板、立柱、横梁、竖向加载装置、原土盛装容器、半面桩、中空千斤顶和加载钢丝构成，加载台板两侧有立柱，横梁安装在立柱上部，原土盛装容器放置在加载台板上，半面桩竖直埋入原土盛装容器的原土中，竖向加载装置安装在横梁上，加载钢丝一端连接半面桩顶部，另一端连接中空千斤顶。本发明装置通过竖向加载装置向半面桩施加一定压力，然后通过中空千斤顶拉动加载钢丝，测量在不同的拉力下半面桩横向的移动距离。

技术研发人员：钱永梅;田伟;王若竹;翟莲;谢新颖
受保护的技术使用者：吉林建筑大学
技术研发日：2017.05.17
技术公布日：2017.09.12