一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置及使用方法与流程

1.本发明涉及土木模型领域，具体为一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置及使用方法。


背景技术：

2.随着我国交通事业的迅猛发展,公路等级的提高和超重载的不断增多，现行公路桥梁的设计与施工中,对桩基承载力的要求越来越高，对此，现阶段施工大多采用的是大直径等截面桩，其存在着诸多问题，一方面，桩身自重占桩承载力的比重愈来愈大,有效承载率的降低致使工程不经济；另一方面，大直径等截面桩基础的造价高。阶梯型变截面桩作为一种新型桩,其设计灵感来源于竹节桩,通过阶梯型变截面的设计,在不显著降低单桩极限承载力的前提下提高管桩单位体积材料的极限承载力,从而提高经济性。变截面桩还具有工艺简单、节约材料等诸多优势，但变截面桩由于其特殊性，现有的研究并没有很完整的探明其在地震荷载下的受力变形特性，缺少相关机理的支撑。
3.对桩基础的受力机理探究常采用相似关系简化，通过土工模型试验来探究。在开展试验前，变截面单桩、群桩制作需要使用不同桩径的模板，常用的模板拆除工具既不能同时切割不同桩径的模板，同时也不能控制切割深度，人工控制切割深度时往往不可避免的会对与模板内桩基产生摩擦损伤。存在模板厚度的可控性；装置的适用性、操作的便利性等不足的问题。不仅影响了桩基础的质量，也会耗费大量的时间和精力。目前已有的变截面桩模板拆除装置未能既简便又高效的对模板进行拆除。因而迫切需要一种新的变截面桩模板拆除装置。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置及使用方法，通过本发明提供的模板拆除装置能够有效的提高桩基制作的效率，从而大幅减短试验周期，节约试验经费。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置，包括变截面单桩、手柄、套抓装置和夹紧结构；所述手柄连接套抓装置，所述套抓装置包括第一抓臂、旋转轴和第二抓臂，所述第一抓臂、旋转轴和第二抓臂依次连接，通过旋转轴的调整改变第一抓臂和第二抓臂之间的角度；所述第一抓臂和第二抓臂的内侧均设置有夹紧结构，所述夹紧结构连接变截面单桩的外壁面模板。
7.进一步的，所述夹紧结构包括钻头和弹射装置，所述钻头的头部和变截面单桩的外壁面模板接触，所述钻头的尾部和弹射装置连接。
8.进一步的，所述手柄和套抓装置之间通过连接装置连接。
9.进一步的，所述钻头设置有多个。
10.进一步的，所述弹射装置连接控制终端，所述控制终端通过弹射装置控制钻头的
进深，所述控制终端上设置有信号输出模块，所述弹射装置上设置有信号接收模块，通过在控制终端上输入控制量，将输入控制量通过信号输出模块将信号发送给弹射装置上设置的信号接收模块。
11.进一步的，所述手柄连接动力结构，所述手柄、连接装置、套抓装置、弹射装置内部设置线路结构。
12.进一步的，所述手柄上设置有控制结构，所述控制结构连接钻头，所述控制结构控制钻头的旋转。
13.进一步的，所述弹射装置内设置弹簧，所述弹簧和钻头连接。
14.进一步的，一种基于上述土工模型试验的变截面桩模板拆除装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
15.s1：在控制终端上设定进深，通过控制结构控制钻头的旋转，沿变截面单桩轴线方向进行移动，对变截面单桩上该段的模板进行拆除；
16.s2：对s1中变截面单桩的模板拆除后，松开钻头，通过调节旋转轴改变第一抓臂和第二抓臂之间的角度对另一截面的变截面单桩的模板进行拆除；
17.s3：重复s2，直至对变截面单桩上所有截面模板完成拆除。
18.进一步的，拆除过程通过将套抓装置和变截面单桩的轴线垂直，根据待拆除模板的厚度在控制终端上设置钻头的进深，通过将钻头放置在待拆除段的一端，通过钻头实现拆除装置的移动，并通过钻头上的控制结构控制钻头的旋转。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
20.本发明通过控制装置的套抓装置来调节第一抓臂和第二抓臂的伸缩，通过伸缩来调整紧贴不同直径的模板外侧的程度，用第一抓臂和第二抓臂的钻头旋转并在弹射装置下深入模板内，切割桩侧的模板，从而轻松让模板从桩基上拆除，弥补现有技术中模板拆除装置存在的不足，在具体的应用中极大的提高了装置的利用效率，通过装置的灵活性能够适配变截面桩基模板的不同尺寸以及厚度。
21.进一步的，本装置还可以通过控制终端根据所拆模板厚度设定弹射装置的压缩量，使得装置安装完毕并通电后，通过控制机构实现钻头的钻动时，在切割模板时弹射装置挤压钻头使得钻头伸入到模板内部，并且由于事先的设定不会触碰到桩基础上。既可以实现模板的轻松切割，又不会对桩基础造成损伤。
22.进一步的，本装置具有适用范围广，既可以用于单桩基础，也可以用于群桩基础的优点；可以实现对目前土工模型试验中所采用的所有等截面或变截面桩基模板的拆除。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例提供的一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置的控制终端的结构示意图；
25.图2为本发明实施例提供的一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置整体结构
示意图；
26.图3为本发明实施例提供的一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置在工作时多个共同作业的设置结构示意图；
27.图4为本发明实施例提供的一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置在的夹紧结构的示意图；
28.图5为本发明实施例提供的一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置在对单桩工作时的操作结构示意图；
29.图6为本发明实施例提供的一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置在对多桩工作时的操作结构示意图；
30.图中：控制终端1、信号输出模块2、线路结构3、钻头4、控制结构5、连接装置6、套抓装置7、第一抓臂8、旋转轴9、第二抓臂10、钻头11、弹射装置12、变截面单桩13、承台14。
具体实施方式
31.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
37.在本优选实施例中，本发明提供一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置，包括控制终端1、信号输出模块2、线路结构3、钻头4、控制结构5、连接装置6、套抓装置7、第一
抓臂8、旋转轴9、第二抓臂10、钻头11、弹射装置12、变截面单桩13和承台14，
38.所述控制终端1用于控制弹射装置12中的伸缩来调节钻头11进深，所述弹射装置12中的伸缩结构采用弹簧，所述弹簧和钻头11的尾部连接设置，所述变截面单桩13的模板的深度与钻头11的进深相近，所述钻头11的进深小于变截面单桩13的模板厚度，确保在切割模板时不对变截面桩基础产生摩擦损伤；所述信号输出模块2设置在控制终端1上，所述控制终端1上的信号输出模块2用于输出指令，控制弹射装置12内部的伸缩结构的伸缩量。
39.所述线路结构3穿过钻头4、连接装置6、套抓装置7和弹射装置12与钻头11连接，用于给整个模板切割装置，即钻头11的旋转提供动力；所述钻头4的一侧安装控制结构5，所述控制结构5的内部设置有控制模块，所述控制模块和连接装置6连接用于控制拆除装置的移动，使得装置沿着桩侧垂直切割模板。所述钻头4采用圆弧的长柄结构，能够有效的保证持握效果，并且为操作人员提供了一个舒适的握持感受。
40.所述控制结构5控制钻头11的旋转，所述控制结构5在本实施例中采用按钮的结构设置，当需要使用时通上电源，按一下按钮即可启动，不需要使用时再次按即可暂停；所述连接装置6用于连接手柄4和套抓装置7，实现从手柄4到套抓装置7的平稳过渡，并且提供一定的安全空间，避免装置的小钻头误伤。
41.所述套抓装置7与连接装置连接装置6相连，所述套抓装置7包括第一抓臂8、旋转轴9、第二抓臂10，内部含有线路结构提供动力源，通过人工调节旋转轴9的伸缩来调节第一抓臂8和第二抓臂10的开口，用于切割不同直径大小的桩基模板。
42.所述第一抓臂8与旋转轴9相连，为钻头11的钻进工作提供空间，是整个模板切割装置贴合在桩侧且不滑动的重要部分；所述旋转轴9具有可伸缩性，通过调节旋转轴9控制第一抓臂8和旋转轴9之间的开口大小；所述第二抓臂10包括线路结构3、钻头11、弹射装置12，所述第二抓臂10与旋转轴9相连，为钻头11的钻进工作提供空间，是整个模板切割装置贴合在桩侧且不滑动的重要部分。
43.所述钻头11与弹射装置12直接连接，所述钻头11和弹射装置12构成的夹紧结构，所述钻头11和弹射装置12构成长条形结构，所述弹射装置12设置在条形结构内部，所述弹射装置12的弹射结构和11的尾部连接，所述钻头11的头部伸出长条形结构的端面，能够起到方便夹紧的作用，同时，更加容易在实际上使用时避免操作失误导致的受伤，所述钻头11用于钻进桩外壁的模板，使得模板一侧被损坏，方便模板的拆除。
44.所述弹射装置12与钻头11及线路结构3连接，所述弹射装置12内含弹簧与信号接收模块，所述信号接收模块采用红外线接收端口，接收信号输出模块2的指令后控制弹射装置12的伸缩。
45.所述变截面单桩13可以节省工程造价。在土工试验中采用的是模型桩，按照实际比例相应缩小。外部附有桩基模板，需要采用模板拆除装置拆除后方可使用。
46.所述承台14用于连接变截面单桩13，所述变截面单桩13在具体使用时可以设置多个，所述变截面单桩13均匀阵列设置，通过在变截面单桩13的上端面设置连接承台14共同组成一个群桩基础，将上部荷载较均匀分布在各个桩体上。外部附有桩基模板，需要采用模板拆除装置拆除后方可使用。
47.本发明还提供了一种土工模型试验的变截面桩模板拆除装置，主要由控制终端、手柄、连接装置和套抓装置组成。外接电源后，根据桩径人工调节旋转轴9伸缩，无线遥控装
置设定弹射装置的弹簧伸缩量，人工抓住手柄并按下控制按钮控制小钻头的旋转来切割不同直径大小的桩基模板，以适应土工模型试验的需要，包括控制终端1、线路结构3、钻头4、控制结构5和夹紧结构。
48.具体使用步骤如下：
49.步骤一：根据土工模型试验需要制作变截面桩基模板并套在备好的钢筋笼外侧，浇筑混凝土静置。
50.步骤二：待模板内混凝土强度达到试验要求，即可拆卸模板。通电后，检查控制终端1和桩基模板拆除装置，确保装置能够使用，检查完毕后断开电源。
51.步骤三：根据桩侧模板的直径来人工调节钻头11，确保套抓装置能紧贴模板外侧。
52.步骤四：将装置根据变截面单桩13的大直径模板来调节旋转轴9的伸缩，使得7紧贴模板外侧，根据所制作模板的厚度采用无线遥控装置设定弹射装置12内弹簧的压缩量，通上电源，人工握住手柄并按一下5，此时钻头11启动，开始切割模板并在弹簧弹力作用下深入模板内壁，同时控制套抓装置7沿桩侧垂直上下移动，直至将大直径变截面单桩外侧模板切割完毕。
53.步骤五：大直径变截面单桩13外侧模板切割完毕后立即按下5，此时钻头11停止工作，拆卸装置并按照步骤四重新在小直径变截面单桩外侧模板组装好并工作，直至整个模型桩侧模板被切割完毕。
54.步骤六：按下控制按钮结束变截面单桩模板切割，断开电源，将装置拆卸方下，戴上手套轻松拆除切割完毕的模板并回收处理。
55.步骤七：重复步骤四到步骤六，切割群桩基础下的大小不同直径桩基模板，等单桩、群桩基础模板全部拆除完毕并回收处理后，即可开展下一步工作。
56.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
57.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。