专利名称：模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种桩基础辅助试验系统，尤其是涉及一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验系统。
背景技术：
桩基础在多种荷载作用下的承载特性是土木工程领域基础工程学科中的重要内容之一。尤其是近年来随着工程技术的发展，受复杂荷载作用的桩基础问题日益凸显，如何对受多种荷载作用的桩基础的位移与变形情况进行分析，已成为当前基础工程学科的教学模型辅助试验是一种直观的、便于教师讲解、学生学习理解的教学方式。然而目前国内的辅助试验设备多用于研究，尚不存在便捷直观，且可广泛应用于课堂的教学演示用具，对此类问题的教学通常是依靠理论分析和图片展示。为加深学生对该问题的理解，对于重要工程问题的教学，需要结合一定的教学辅助试验系统演示。设计一种适用于课堂教学的桩基础辅助试验教学演示系统能够帮助改善教学效果。经查询专利数据库，目前尚未发现同类的专利报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供填补了现有桩基础辅助试验教学演示用具的空白，能够直观模拟多种荷载作用下桩基础的位移与变形特性的一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，包括土体；壳体，该壳体用于容置土体；横梁3，该横梁3固定在壳体上方；竖向力反力架4，该竖向力反力架4固定在横梁3上；竖向加载组件，该竖向加载组件上端固定在竖向力反力架4;桩基组件，该桩基组件上端对准竖向加载组件的下端，并埋设在土体中；水平力反力架5，该水平力反力架5固定在壳体侧面；水平向加载组件，该水平向加载组件一端固定在水平力反力架5上，另一端对准侧面土体。所述的壳体包括外壁1、四角框架2、弹性布11和可拆卸挡板12，所述的外壁1在土体前、后、左、右四面各设一±夬，所述的左、右两侧的外壁1上设有开孔，所述的弹性布11、 可拆卸挡板12均在外壁1左、右两侧开孔处各设一块，所述的弹性布11设在可拆卸挡板12 内侧，所述的四个外壁1之间通过四角框架2连接组成容置空间。所述的外壁1为透明有机玻璃，并设有刻度尺10。
所述的弹性布11为高弹性的松紧布，所述的可拆卸挡板12为有机玻璃，当需要加载时，拆下可拆卸挡板12，使水平向加载组件直接作用在弹性布11表面，使土体产生规定模式的变形。所述的竖向加载组件包括滚动滑板6和竖向千斤顶7，所述的滚动滑板6上端与竖向力反力架4滑动连接，所述的滚动滑板6下端与竖向千斤顶7—端固定连接，所述的竖向千斤顶7另一端桩基组件的中心位置。所述的桩基组件包括承台13、桩基14和桩基楔块15，所述的桩基14通过桩基楔块15与承台13固定连接。所述的承台13设有半桩孔洞和全桩孔洞，所述的桩基14包括半桩和全桩。所述的水平向加载组件包括水平向千斤顶8和土体侧移加载模块9，所述的水平向千斤顶8 —端与水平力反力架5连接，另一端与土体侧移加载模块9连接，在需要加载时，所述的土体侧移加载模块9直接作用在弹性布11表面。所述的土体侧移加载模块9的横截面为矩形、三角形、倒三角形或抛物线形。与现有技术相比，本发明具有以下优点1、能够模拟桩基础可能受到的多种荷载作用，包括仅受轴向荷载、仅受土体侧移以及轴向荷载与土体侧移耦合作用等，直观反映桩基础的位移和变形情况；2、轴向荷载通过安置在竖向力反力架上的竖向千斤顶施加，通过一个允许有侧向位移的滚动滑板，在对桩顶施加轴向荷载的同时，可以允许桩顶有水平方向的位移；土体侧向位移通过安置在水平力反力架上的水平向千斤顶施加，通过使用不同形状的土体侧移加载模块作用在弹性布上，模拟不同模式的土体侧移；3、左右两侧采用弹性布和可拆卸挡板的设计，使土体可以按照加载模块的形状发生变形，实现对土体施加指定模式的侧向位移的效果；4、外壁上在不同高度处设置有6条刻度尺，便于观察和测量桩基的位移和变形。5、填补了现有桩基础辅助试验教学演示用具的空白，能够直观模拟多种荷载作用下桩基础的位移与变形特性，使学生对于相关问题有更清晰深刻的认识和了解，达到更好的教学效果。
图1为本发明的主视结构示意图；图2为本发明的俯视结构示意图；图3为本发明的土体侧移加载模块结构示意图；图4为本发明的桩基组件结构示意图5为本发明的桩基组件剖视结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例如图1、图2、图3、图4所示，模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统， 由外壁1、四角框架2、横梁3、竖向力反力架4、水平力反力架5、滚动滑板6、竖向千斤顶7、水平向千斤顶8、土体侧移加载模块9、刻度尺10、弹性布11、可拆卸挡板12、承台13、桩基 14、桩基楔块15组成。本发明的工作原理如下根据试验需要，在土体中埋置承台13和桩基14，通过调节桩基14数量模拟单桩基础或群桩基础试验，竖向千斤顶7上端通过滚动滑板6架设在横向支架3上，下端对准桩基14或承台13的中心位置，对桩基施加轴向荷载。在不加载时， 土体左右两侧的可拆卸挡板12可维持土体初始形状。需要施加不同模式的土体侧向位移时，取下外壁1右侧的可拆卸挡板12，在水平向千斤顶8的前端安装规定形状的土体侧移加载模块9，使弹性布11根据加载模块9的不同形状对土体一侧施加不同模式的作用，进而观察不同荷载作用下单桩基础或群桩基础的位移和变形情况。其中前、后两面的外壁1为长度为400mm，高度为400mm，厚度为2mm的透明有机玻璃板，左、右两面的外壁1为长度为200mm，高度为400mm，厚度为2mm的透明有机玻璃板， 左、右两面的外壁上有宽度为180，高度为250mm的开孔，开孔处固定弹性布11，装设可拆卸挡板12。外壁1的两端与四角框架2相连接，四角框架2为等边角钢，宽度为20mm，厚度为 5mm ；四角框架2的上端通过螺栓与2根横梁3相连接，横梁3为等边角钢，宽度为20mm，厚度为5mm，可以通过调节与四角框架2连接螺孔的位置改变横梁3与土体上表面的距离；竖向力反力架4为工字型钢，翼缘宽度为50mm，厚度为3mm，腹板厚度为8mm，用螺栓与横梁3 连接；竖向千斤顶7通过滚动滑板6架设在竖向力反力架4上。演示系统的右侧安置有2根水平力反力架5，水平力反力架5为不等边角钢，长肢宽度为40mm，短肢宽度为20mm，厚度为5mm ；4个水平向千斤顶8固定在水平力反力架5 上，水平向千斤顶8前端可以放置不同形状的土体侧移加载模块9，如矩形、三角形、倒三角形以及抛物线形的土体侧移加载模块9，土体侧移加载模块9的材料为有机玻璃，宽度均为 180mm,高度为240mm ；弹性布11和可拆卸挡板12位于土体的左、右两侧，弹性布11的材料为高弹性的松紧布，可拆卸挡板12的材料为有机玻璃，当需要加载时，拆下可拆卸挡板12， 使土体侧移加载模块9直接作用在弹性布11表面，并且通过加载不同形状的土体侧移加载模块使土体产生规定形状的变形；在土体前面的外壁1上的不同高度处，设有6条刻度尺 10，便于观察和测量桩基14不同位置处的位移和变形量。承台13的材料为有机玻璃，长度为60mm，宽度为30mm，厚度为10mm，其上有3个半桩的孔洞和3个全桩的孔洞；桩基14直径为10mm，材料为橡胶，容易变形，便于显示桩基的位移和变形，为3个半桩和3个全桩，可以根据试验需要增减桩基数量，模拟单桩或群桩的加载情况；桩基14通过桩基楔块15与承台13固结，桩基楔块15为外径为12mm，内径为 IOmm的橡胶环。将各部件按图1至图4所示方式组装好，本领域的教学人员均能顺利实施。
权利要求
1.一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，包括土体；壳体，该壳体用于容置土体；横梁(3)，该横梁(3)固定在壳体上方；竖向力反力架G)，该竖向力反力架固定在横梁(3)上；竖向加载组件，该竖向加载组件上端固定在竖向力反力架；桩基组件，该桩基组件上端对准竖向加载组件的下端，并埋设在土体中；水平力反力架(5)，该水平力反力架(5)固定在壳体侧面；水平向加载组件，该水平向加载组件一端固定在水平力反力架( 上，另一端对准侧面土体。
2.根据权利要求1所述的一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，所述的壳体包括外壁(1)、四角框架O)、弹性布(11)和可拆卸挡板(12)，所述的外壁⑴在土体前、后、左、右四面各设一块，所述的左、右两侧的外壁⑴上设有开孔，所述的弹性布(11)、可拆卸挡板(1 均在外壁(1)左、右两侧开孔处各设一块，所述的弹性布(11)设在可拆卸挡板(12)内侧，所述的四个外壁⑴之间通过四角框架(2)连接组成容置空间。
3.根据权利要求2所述的一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，所述的外壁(1)为透明有机玻璃，并设有刻度尺(10)。
4.根据权利要求2所述的一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，所述的弹性布(11)为高弹性的松紧布，所述的可拆卸挡板(1 为有机玻璃，当需要加载时，拆下可拆卸挡板(12)，使水平向加载组件直接作用在弹性布(11)表面，使土体产生规定模式的变形。
5.根据权利要求1所述的一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，所述的竖向加载组件包括滚动滑板(6)和竖向千斤顶(7)，所述的滚动滑板(6) 上端与竖向力反力架(4)滑动连接，所述的滚动滑板(6)下端与竖向千斤顶(7) —端固定连接，所述的竖向千斤顶(7)另一端桩基组件的中心位置。
6.根据权利要求5所述的一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，所述的桩基组件包括承台(13)、桩基(14)和桩基楔块(15)，所述的桩基(14)通过桩基楔块(15)与承台(13)固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，所述的承台(13)设有半桩孔洞和全桩孔洞，所述的桩基(14)包括半桩和全桩。
8.根据权利要求1所述的一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，所述的水平向加载组件包括水平向千斤顶(8)和土体侧移加载模块(9)，所述的水平向千斤顶(8) —端与水平力反力架( 连接，另一端与土体侧移加载模块(9)连接，在需要加载时，所述的土体侧移加载模块(9)直接作用在弹性布(11)表面。
9.根据权利要求8所述的一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，所述的土体侧移加载模块(9)的横截面为矩形、三角形、倒三角形或抛物线形。
全文摘要
本发明涉及一种模拟多种加载方式的桩基础辅助试验教学演示系统，其特征在于，包括土体；壳体，该壳体用于容置土体；横梁，该横梁固定在壳体上方；竖向力反力架，该竖向力反力架固定在横梁上；竖向加载组件，该竖向加载组件上端固定在竖向力反力架；桩基组件，该桩基组件上端对准竖向加载组件的下端，并埋设在土体中；水平力反力架，该水平力反力架固定在壳体侧面；水平向加载组件，该水平向加载组件一端固定在水平力反力架上，另一端对准侧面土体。与现有技术相比，本发明具有填补了现有桩基础辅助试验教学演示用具的空白，能够直观模拟多种荷载作用下桩基础的位移与变形特性等优点。
文档编号G09B25/00GK102568291SQ20111041261
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者梁发云, 毛磊, 白午龙 申请人:同济大学