一种室内冻土模型桩静力加载实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及土建领域的一种室内试验装置，具体地，涉及一种室内冻土模型粧静力加载实验装置。
【背景技术】
[0002]作为建筑物下部结构的粧基础可将建筑物的自重荷载和承重荷载传递到力学性能较好地基深部，从而避免或减少建筑物的非均匀沉降。随着世界各国高层建筑、高速铁路和桥梁等对沉降量有苛刻要求建筑物的大量建设，粧基的承载力性能和粧土流变特性研宄日益引人关注，并成为此类结构设计、施工时必定考虑的核心问题。
[0003]冻土是一种低于零摄氏度且富含冻结水、未冻结水的土体，其总面积约占陆地面积的50%。冻土富含冰晶，在外界压力和温度荷载作用下，固体颗粒接触点处发生应力集中，将会导致冰的粘塑形流动或融化，发生水分迀移，因而，冻土是一种流变特性明显的材料介质。冻土的流变特性会直接影响粧的力学特性，所以在冻土粧基设计、施工中必须考虑粧-土的流变效应。
[0004]粧基设计前通常会进行粧基础的静载荷实验，其目的是根据实测粧的载荷沉降关系获得粧的承载能力和观测粧的破坏形式。单粧静载实验按照实验目的可分为两类:工程检测验证性实验和研宄性实验。研宄性实验通常是为了了解、揭示和探讨某个理论问题，如粧的载荷传递机理，粧-土流变效应等。尽管静载原形实物实验是验证或研宄某个理论最为直观、可靠的方法，但作为一种测试技术，其存在实验投入大、耗时长、成本高，制约因素多、甚至无法进行原形实验的诸多缺陷。而基于相似性理论的模型粧试验为研宄、探索和解决问题提供了一种有效方法。
[0005]模型粧实验是根据粧基的实际工作状态，进行合理全面地构思，建立与原型具有相似性规律的模型，借助科学仪器仪器和实验设备，人为地控制实验条件，研宄粧基在某一情况时的受力变形特征。目前，模型粧室内实验已成为研宄粧基础承载特性、粧-土流变规律研宄的主要手段，并得到广泛应用。
[0006]当前，冻土模型粧室内试验主要采用MTS万能材料试验机装置，其价格昂贵，维修费用高，已成为科学研宄、实验教学的掣肘。
[0007]在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在成本高、维护费用大和花费时间长等缺陷。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，以实现成本低、维护费用小和花费时间短的优点。
[0009]本实用新型的第二目的在于，提出一种室内冻土模型粧静力加载实验方法。
[0010]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，包括设置在水平面上的工作台，竖直焊接在所述工作台上的加载框架，自上向下依次配合安装在所述加载框架外侧顶部至内侧底部的自平衡杠杆静力加载装置、制冷系统和粧土模型，以及设置在所述加载框架外部侧壁的位移测量系统和应变测试系统；所述位移测量系统，伸入加载框架连接至制冷系统和粧土模型的之间部位；所述应变测试系统，伸入至粧土模型。
[0011]进一步地，所述工作台，包括竖直对称设置的4根立柱，安装在所述4根立柱顶端的台面，以及安装在所述4根立柱中相邻2根立柱之间的横梁。
[0012]进一步地，所述加载框架，包括由左右立柱和上部顶横梁焊接成的门字形结构，以及设置在顶横梁上的安装孔；所述立柱和顶横梁均采用双杆有间隙焊接结构；所述门字形结构的宽度和高度均大于低温试验箱的宽度和高度。
[0013]进一步地，所述自平衡杠杆静力加载装置，包括水平设置在所述加载框架上方的杠杆，设置在所述杠杆与加载框架之间的连接件，设置在所述杠杆一端的平衡配重，设置在所述杠杆另一端的砝码，设置在所述杠杆靠近砝码一端端部的铰，以及穿过制冷系统伸至粧土模型、且竖直设置在所述杠杆中部与粧土模型之间的传力杆。
[0014]进一步地，所述杠杆的一端通过细钢丝与砝码盘相连，杠杆的另一端制成螺纹杆，螺纹杆上配有平衡配重，平衡配重能够沿螺纹杆旋转前进后退，实现杠杆的自平衡；
[0015]所述杠杆的中部位置设有前中后三组连接件，中间连接件下端与加载框架固结、上端与杠杆铰接作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加；传力杆与连接件铰接，铰接时确保连接件、传力杆和粧三者铅直且共线。
[0016]进一步地，所述制冷系统，包括设置在所述加载框架内部的低温试验箱，设置在所述低温试验箱内部的温度感应器；所述低温试验箱能够提供冻土模型粧实验环境，在低温试验箱的顶部和侧部均开有过孔。
[0017]进一步地，所述位移测量系统，包括设置在加载框架内部、且位于制冷系统和粧土模型的之间部位的位移计，设置在加载框架外部的动态应变测试分析系统，连接在所述位移计与动态应变测试分析系统之间的位移计引线，以及与所述动态应变测试分析系统连接、能够实时存储位移数据的计算机。
[0018]进一步地，所述应变测试系统，包括贴覆在所述粧土模型的各个测点的应变片，设置在加载框架外部的静态态应变测试系统，连接在所述应变片与静态态应变测试系统之间的应变片引线，，以及与所述静态态应变测试系统连接、能够实时存储位移数据的计算机。
[0019]进一步地，所述粧土模型，包括水平设置在所述加载框架内侧底部、且用于制作实验用冻土模型粧的实验桶容器，以及竖直设置在自平衡杠杆静力加载装置底部且伸入实验桶容器的混凝土单粧；在所述实验桶容器内部、混凝土单粧的外围填充有粧周土体；所述混凝土单粧与应变测试系统连接。
[0020]同时，本实用新型采用的另一技术方案是:一种与以上所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置相匹配的室内冻土模型粧静力加载实验方法，包括:
[0021]制作室内实验所用的模型粧即粧土模型，并按测点位置贴好应变片后利用电烙铁将应变片和外伸导线焊接在一起；
[0022]选取实验用粧周土，按照实验设计对其进行相应处理，待处理完毕后分批次放入实验桶中分层夯实，粧底厚度，粧模型的埋深厚度，粧土模型的冻结时间等均须按冻土试验规范的要求进行；
[0023]基于上述制作的模型粧，选取与之匹配长度的传力杆，一端与杠杆铰接，通过调整杠杆平衡配重位置，使得未加载时杠杆处于水平位置、传力杆另一端与粧顶接触且共线；
[0024]将连接应变片导线的线路与静态应变测试分析系统连接，将连接动态应变测试分析系统的位移计放置到粧顶位移测量位置；
[0025]检查无误后开始进行加载实验，加载方案应依据粧基实验类别预先制定。粧基承载力实验采用分级加载方案，粧-土流变实验采用恒定加载方案；
[0026]试验中利用位移计、动态应变测试仪和计算机测量、收集粧顶实时位移数据信息；利用应变片、静态应变测试仪和计算机测量、收集粧身应变数据信息。
[0027]本实用新型各实施例的室内冻土模型粧静力加载实验装置，由于该装置包括设置在水平面上的工作台，竖直焊接在工作台上的加载框架，自上向下依次配合安装在加载框架外侧顶部至内侧底部的自平衡杠杆静力加载装置、制冷系统和粧土模型，以及设置在加载框架外部侧壁的位移测量系统和应变测试系统；位移测量系统，伸入加载框架连接至制冷系统和粧土模型的之间部位；应变测试系统，伸入至粧土模型；从而可以克服现有技术中成本高、维护费用大和花费时间长的缺陷，以实现成本低、维护费用小和花费时间短的优点。
[0028]本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
[0029]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0030]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0031]图1为本实用新型室内冻土模型粧静力加载实验装置的结构示意图；
[0032]图2为本实用新型中工作台的三维示意图；
[0033]图3为本实用新型中加载框架三维示意图；
[0034]图4为本实用新型中加载框架三维示意图是本实用新型自平衡杠杆式静力加载装置力臂关系示意图；
[0035]图5为本实用新型中室内冻土模型粧静力加载流程示意图。
[0036]结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下:
[0037]100-自平衡杠杆静力加载装置，200-制冷系统，300-位移测量系统，400-应变测试系统，500-工作台，600-粧土模型；
[0038]11-杠杆，12-平衡配重，13-砝码，14-连接件，15-铰，16-传力杆，17-加载框架；21-低温试验箱，22-温度感应器；31_位移计，32-动态应变测试分析系统，33-位移计引线；41_应变片，42-静态应变测试分析