一种多功能模型试验桩的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种多功能模型试验粧。
【背景技术】
[0002]随着粧基础在建筑结构物中的广泛应用，目前对粧基承载机理的研究越来越显得重要。缩尺模型试验与现场足尺试验对粧基的承载机理研究而言是必不可少的。现场足尺试验由于考虑了实际现场环境条件而具有一定的优势，但是其试验成本太高且试验条件不易控制；但模型试验研究具有诸多优点，如可提供受控的试验环境，另外可以较经济地开展不同试验参数的研究。所以对粧相关特性的室内缩尺模型试验研究成为研究粧基承载性状的重要方法之一，越来越受学者们的重视。
[0003]在粧基室内缩尺模型试验中，模型粧的制备和粧周土压力量测是极其重要的环节。粧基试验大体分为竖向荷载试验、水平荷载试验和抗拔试验，传统试验方法针对这三种试验分别制作模型粧，从而使工作量增大。另外模型粧传统应力测量方法通常是利用粧身贴设的应变片测量应变，然后由粧身应变推算出粧身侧向应力、弯矩和粧端阻力等，存在模型粧制作复杂、推算方法匹配误差和数据处理误差的问题；也有的是在模型粧周围土体中布设应力测量装置，比如微型土压力盒，但此方法布置测量装置繁琐且会扰动粧周土体的应力场从而使测得结果与实际不符。通常使用的模型粧及其粧身应力测量装置制作与安装过程复杂，容易对原应力场产生扰动，从而降低获得数据的可靠性。另外在模拟粧受竖向荷载、水平荷载的试验时，需要与之相对应的模型粧，操作复杂且耗费较大。
【发明内容】
[0004]本发明专利的目的是为了针对现有模型粧的应力量测方法复杂且与真实应力不符等问题，提供了一种可在多个加载类型模型试验中使用的多功能模型试验粧，这种模型粧不仅可测得粧端阻力和粧身不同位置处的粧身侧向应力，相比传统测量方式而言对粧周应力场扰动很小，测得数据更为贴近实际，而且可进行竖向荷载试验、水平荷载试验及抗拔试验，减少了试验工作量并提高了试验便捷性。
[0005]本发明专利所采用的技术方案是:
一种多功能模型试验粧，该模型粧包括半球铰、走线连接件、粧身、受拉固定环、拉环、微型土压力盒、竖向力传感器，、力传递杆、固定板、粧尖、测量导线、海绵环，半球铰与走线连接件连接，走线连接件的另一端与粧身连接，粧身上留设有凹槽，凹槽内安装微型土压力盒，受拉固定环套在粧身上部位置并可有螺栓固定，拉环安装在受拉固定环一侧，粧身另一端内部安装竖向力传感器，力传感器使用穿过固定板圆孔的力传递杆与粧尖相连，海绵环布置在粧尖与粧身的缝隙内，微型土压力盒和竖向力传感器的测量导线由粧身内部通过走线连接件的圆孔导出。
[0006]与现有技术相比，本发明专利的有益效果是:
1.在粧身不同位置处内嵌微型土压力盒量用以测量侧向土压力，在粧端内部布设竖向力传感器以测得粧端阻力，且测量导线经由粧身内部从粧顶位置走出，确保了在不扰动原粧土应力场的前提下测量粧身侧向土压力和粧端阻力，该模型粧弥补传统方法的不足，可以较为直观地测得粧身侧向土压力分布情况，为分析粧基的承载机理和力学性能提供有力支持。
[0007]2.结构简单，便于安装和拆卸，可进行竖向荷载、水平荷载和抗拔试验。本发明专利由十一个部件组成，结构简单，易于加工安装。同时，半球铰、走线连接件、粧身、粧尖之间采用螺纹连接方式，便于拆卸和安装。当进行不同粧尖角度的试验时，可更换粧尖部件，而其他部件仍可继续使用。当开展粧尖抗拔试验时，可将半球铰拆除，替换为拉环，从而方便进行抗拔试验。受拉固定环套在粧身上下移动并可通过螺栓固定在任一位置，可进行在不同高度粧身位置处的模型粧水平受拉荷载试验。
[0008]3.测量精度高，试验数据可靠。模型粧最上部安装的球铰可减少压粧时荷载偏心对模型粧的影响。微型微型土压力盒嵌入在模型粧体四周留设的凹槽内，凹槽从模型粧自上而下分布，凹槽直径大于微型土压力盒直径，然后使用透明环氧基树脂将缝隙填充，可消除微型土压力盒侧向受力所受的影响，提高微型土压力盒测量数据的准确性。海绵环布设在粧尖和粧体留设的缝隙间，不仅可防止土体进入缝隙中，又不会限制与力传递杆相连的粧尖的竖向位移，从而可保证竖向力传感器测量的准确性。
【附图说明】
[0009]图1为本发明专利的结构示意图；
图2为本发明专利的结构剖面图；
图3为本发明专利的粧身截面图；
图4为本发明专利的粧顶结构剖面图；
图5为本发明专利的粧端结构剖面图；
图6为本发明专利的球铰结构示意图；
图7为本发明专利的走线连接件结构示意图；
图8为本发明专利的受拉固定环剖面图；
图9为本发明专利的粧尖结构剖面图。
[0010]图中:1为半球铰，2为走线连接件，3为粧身，4为受拉固定环，5为拉环，6为微型土压力盒，7为竖向力传感器，8为力传递杆，9为固定板，10为粧尖，11为海绵环，12为测量导线，101为半球体。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明专利进一步说明。
[0012]如图1-9所示，本发明专利通过在粧身不同位置内嵌微型土压力盒6来测量粧侧土压力，并使用与粧尖10相连的粧身内部竖向力传感器7来测量粧端阻力。选用的微型土压力盒6直径为10_，厚度5_，粧身预留内嵌孔为11_，沿粧身竖向方向均勾分布，每一截面均匀分布四个微型土压力盒6，微型土压力盒6与内嵌孔之间的缝隙使用透明环氧基树脂填充。受拉固定环4可根据试验要求取下或安装，也可在粧身上调整位置并螺栓固定。
[0013]力传递杆8上有螺纹，粧尖10 —端留设有匹配的螺纹口与力传递杆8相连，二者连接后留有3_的缝隙，并在缝隙中布设有海绵环11以防止土颗粒进入粧身缝隙；模型粧可更换不同角度的粧尖10，例如30°、45°、60°的粧尖，从而可进行不同角度粧尖的模型粧试验。
[0014]走线连接件2上一端有螺纹口，另一端有螺纹，半球铰1 一端带有螺纹并可与走线连接件2的螺纹口连接，走线连接件2与带内螺纹的粧身3连接。走线连接件2两侧对称留有直径10mm的圆孔，微型土压力盒6和竖向力传感器的测量导线12由粧身内部从圆孔中走出。
[0015]进行竖向荷载试验时，将模型粧置于土床之上，通过试验室竖向加载装置作用在粧顶半球铰1的半球体101上，将模型粧压入土床中，然后进行模型粧竖向静载试验。半球铰1可防止施加竖向荷载的偏心影响。
[0016]进行水平荷载试验时，将拉环5安装在受拉固定环4上，然后将受拉固定环套在粧体上并固定，通过水平加载装置的钢绞线与拉环5连接进行水平荷载试验。
[0017]进行抗拔试验时，将半球铰1取下替换为拉环，然后使用竖向加载装置与拉环连接进行抗拔试验。
【主权项】
1.一种多功能模型试验粧，其特征在于:它包括粧顶、粧身、粧端、微型土压力盒、竖向力传感器，所述微型土压力盒(6)内嵌在粧身(3)四周，所述竖向力传感器(7)置于粧端内部，所述粧尖(10 )位于模型粧端部。2.根据权利要求1所述的一种多功能模型试验粧，其特征在于:所述粧顶包括半球铰(1)、走线连接件(2)、受拉固定环(4);半球铰(1) 一端有半球体(101)，另一端与走线连接件(2)螺纹连接，走线连接件(2)侧壁有用于测量导线(12)通过的圆孔，一端设有螺纹孔用以与半球铰(1)连接，另一端设有螺纹与粧身(3)连接；受拉固定环(4)套在粧身上，可经由螺栓固定在任一位置。3.根据权利要求1所述的一种多功能模型试验粧，其特征在于:所述粧身(3)四周设置有内嵌孔，内嵌孔深度比粧内径小1mm。4.根据权利要求1所述的一种多功能模型试验粧，其特征在于:所述微型土压力盒(6)置于粧身(3)内嵌孔中，测量导线(12)从内嵌孔内侧粧壁小孔内穿进粧身(3)内部。5.根据权利要求1所述的一种多功能模型试验粧，其特征在于:竖向力传感器(7)位于粧端内部，力传递杆(8)穿过固定板(9)中心圆孔将粧尖与力传感器连接。6.根据权利要求5所述的一种多功能模型试验粧，其特征在于:粧尖(10)与粧身(3)之间留设大于2mm缝隙，并在缝隙中布设海绵环(11)。7.根据权利要求4所述的一种多功能模型试验粧，其特征在于:粧身(3)内嵌孔直径大于微型土压力盒(6 )直径1mm，在缝隙内填充透明环氧基树脂。8.根据权利要求5所述的一种多功能模型试验粧，其特征在于:粧尖(10)可拆卸替换为不同角度的粧尖。
【专利摘要】本发明公开了一种多功能模型试验桩，该模型桩包括桩顶、桩身、受拉固定环、拉环、微型土压力盒、桩端，桩顶有半球铰和走线连接件，其与桩身连接，桩身上留设有多个凹槽，凹槽内安装微型土压力盒，受拉固定环套在桩身并可固定，拉环安装在受拉固定环一侧，桩身另一端内部安装竖向力传感器，力传感器通过力传递杆与桩尖相连，海绵环布置在桩尖与桩身的缝隙内，微型土压力盒和力传感器的测量导线从桩身内部通过走线连接件的圆孔导出。该模型桩可以测量桩在土床中的桩侧土压力和桩端阻力，克服了一般试验测量方式对桩土原应力场的扰动的问题，并可进行模型桩的竖向荷载试验、水平荷载试验和抗拔试验，具有准确性高、适用范围广，操作简捷的特点。
【IPC分类】G01N3/08, G01N3/02
【公开号】CN105319123
【申请号】CN201510111479
【发明人】肖昭然, 吕清显, 郑华茂, 朱亮亮, 周志强, 蒋敏敏, 郭祝辉
【申请人】河南工业大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年3月16日