一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统的制作方法

1.本发明涉及模型试验技术领域，尤其涉及一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统。


背景技术：

2.地基基础是建筑工程建设的核心，也是建筑结构是否安全、稳定的保障，地基基础关系着整个项目工程质量，是工程初期的重要环节。建筑工程在投入使用之后，因长期处于高负荷状态，可能导致地基承载能力减弱，地基出现变形等问题，对于人们生命财产安全造成很大威胁。因此研究地基基础在不同荷载作用下的承载能力、加固技术、受力特性等就尤为重要。
3.现场原位试验虽然可以比较准确地反映出不同基础在不同地层中工作的原理与特性，但是现场原位试验有着应力条件复杂、耗时长、耗费的资金多等难以克服的局限性。相较于现场原位试验，模型试验可以根据实验者的需求来控制边界条件、荷载的施加次序、应力应变条件等等，有助于地基基础承载变形机理的认识。由于模型试验的重要性，因此一套简单、精确、能够模拟多种类型荷载，可以提供稳定且持续荷载的试验装置就显得尤为重要，所以特设计此杠杆装置，整体可进行拆卸重组实现竖向加压、竖向上拔以及水平力三种形式的荷载，更好地服务于地基基础模型试验。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统，包括反力装置、加载装置以及平衡装置，所述反力装置包括升降式反力架和配重铁块，所述加载装置包括传力钢梁、传力柱、水平钢板和加载砝码，所述传力钢梁通过铰接的方式与升降式反力架转动连接，所述传力钢梁的两端均设置有砝码吊篮，所述砝码吊篮套设在加载砝码的外表面，所述传力钢梁与传力柱固定连接，所述传力钢梁的表面装有水平钢板，所述平衡装置包括平衡杆和平衡砝码，所述平衡杆与传力钢梁之间装有镀锌钢绞线，所述镀锌钢绞线的一端与传力钢梁固定连接，所述镀锌钢绞线的另一端与平衡杆固定连接。
6.为了实现传力钢梁的长度调节功能，本发明的改进有，所述反力装置、加载装置以及平衡装置均由槽钢制成，所述反力装置、加载装置和平衡装置的外表面装有螺栓，所述反力装置、加载装置和平衡装置通过螺栓固定连接，所述传力钢梁与传力柱、水平钢板通过螺栓固定连接。
7.为了实现水平拉力的加载试验，本发明的改进有，所述传力钢梁的外表面贯穿开设有孔洞，所述孔洞的内侧设置有滑轨钢珠，所述传力柱滑动连接在传力钢梁的下表面。
8.为了实现不同加载量的调节功能，本发明的改进有，所述水平钢板的外表面设置
有模型箱，所述镀锌钢绞线的表面设置有定滑轮，所述模型箱的表面开设有尺寸线，所述模型箱的内部设置有填充土和模型桩。
9.为了实现升降式反力架的高度调节功能，本发明的改进有，所述升降式反力架分为上反力架和下反力架，所述上反力架和下反力架之间装有槽钢。
10.为了实现上反力架、下反力架与槽钢的连接功能，本发明的改进有，所述升降式反力架的外表面设置有固定器，所述上反力架和下反力架通过固定器与槽钢固定连接。
11.为了给传力柱的长度调节提供前置条件，本发明的改进有，所述传力柱由螺杆、通孔加长内螺纹圆柱螺母和实心球头螺丝组成。
12.为了实现传力柱的长度调节功能，本发明的改进有，所述通孔加长内螺纹圆柱螺母与螺杆螺纹连接，所述球头螺丝装在传力柱的底端。
13.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
14.本发明提供一种室内模型试验的加载系统，具有简单、可自制、可拆卸、用途多种的特点，其中反力装置通过简单堆载提供反力，根据不同模型试验的具体要求可以通过调整配重铁块的数量来满足不同的要求，平衡系统可以帮助平衡传力钢梁、传力柱或者水平钢板的自重以实现荷载从零开始逐级施加的目的，通过调整砝码吊篮在传力钢梁上的位置可以改变竖向荷载施加的方向，通过变换传力柱的位置改变力臂大小可以调节总加载量的大小，通过定滑轮可以实现水平拉力的逐级加载。
附图说明
15.图1为本发明提出一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统竖向加压的基本结构示意图；
16.图2为本发明提出一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统竖向上拔的基本结构示意图；
17.图3为本发明提出一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统水平受拉的基本结构示意图；
18.图4为本发明提出一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统竖向加压时反力装置、加载装置、平衡装置工作状态示意图；
19.图5为本发明提出一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统上拔时反力装置、加载装置、平衡装置工作状态示意图；
20.图6为本发明提出一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统水平受拉时反力装置、加载装置、平衡装置工作状态示意图；
21.图7为本发明提出一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统的模型箱基本结构示意图；
22.图8为本发明提出一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统的传力柱基本结构示意图。
23.图例说明：
24.1、加载砝码；2、传力钢梁；3、传力柱；4、配重铁块；5、升降式反力架；6、平衡杆；7、平衡砝码；8、螺栓；9、模型箱；10、填充土；11、模型桩；12、滑轨钢珠；13、球头螺丝；14、镀锌钢绞线；15、砝码吊篮；16、水平钢板；17、螺杆；18、通孔加长内螺纹圆柱螺母；19、尺寸线；
20、定滑轮；21、固定器。
具体实施方式
25.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
27.实施例一
28.请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种杠杆式室内模型试验竖向及水平荷载加载系统，包括反力装置、加载装置以及平衡装置，通过反力装置、加载装置、平衡装置三者之间的协同工作，实现较高精度的荷载施加，反力装置、加载装置以及平衡装置均由槽钢制成，反力装置、加载装置和平衡装置的外表面装有螺栓8，反力装置、加载装置和平衡装置通过螺栓8固定连接，传力钢梁2与传力柱3、水平钢板16通过螺栓8固定连接，反力装置包括升降式反力架5和配重铁块4，配重铁块4通过简单堆载的方式堆放在升降式反力架5底部平台以提供足够的反作用力，加载装置包括传力钢梁2、传力柱3、水平钢板16和加载砝码1，传力钢梁2通过铰接的方式与升降式反力架5转动连接，传力钢梁2的两端均设置有砝码吊篮15，砝码吊篮15套设在加载砝码1的外表面，施加竖向压力时，传力钢梁2通过开孔和螺栓8与升降式反力架5上的固定支架相连，另一端利用砝码吊篮15在消除自重后悬挂砝码进行逐级加载，传力钢梁2与传力柱3固定连接，传力钢梁2的表面装有水平钢板16，平衡装置包括平衡杆6和平衡砝码7，平衡杆6与传力钢梁2之间装有镀锌钢绞线14，，所述镀锌钢绞线14的一端与传力钢梁2固定连接，所述镀锌钢绞线14的另一端与平衡杆6固定连接，施加竖向上拔荷载时，传力钢梁2穿过升降式反力架5后用螺栓8固定，在受力端受力点通过镀锌钢绞线14与传力钢梁2连接另一端消除自重后利用砝码吊篮15悬挂砝码逐级施加荷载，施加水平拉力时，将水平钢板16通过螺栓8与传力钢梁2连接，然后利用平衡装置消除自重同时保证传力钢梁2水平后通过升降式反力架5上的定滑轮20在另一端逐级增加砝码实现加载，平衡装置包括平衡杆6和平衡砝码7，平衡杆6一端利用镀锌钢绞线14通过侧面预设小孔与加载钢梁紧密连接，另一端通过挂篮悬挂平衡砝码7用以抵消传力钢梁2以及传力柱3或者水平钢板16等构件的自重。
29.请参阅图3，传力钢梁2的外表面贯穿开设有孔洞，利用传力钢梁2上预设的孔洞不仅可以实现不同的放大效果以满足试验的要求而且通过调整加载钢梁与砝码的位置可以实现竖向加压与竖向上拔两种不同方向荷载的施加，同时利用水平钢板16也可实现水平拉力的逐级加载从而大大提高装置的利用率，孔洞的内侧设置有滑轨钢珠12，传力柱3滑动连接在传力钢梁2的下表面，在施加水平拉力时采取在传力钢梁2固定端增设滑轨钢珠12的方法来减小因孔洞粗糙所造成的摩擦阻力。
30.请参阅图3-6，水平钢板16的外表面设置有模型箱9，镀锌钢绞线14的表面设置有定滑轮20，模型箱9的表面开设有尺寸线19，通过模型箱9尺寸线19可以更好地定位荷载施加点以及各构件的相对位置，模型箱9的内部设置有填充土10和模型桩11，根据试验要求选
用合适尺寸的模型箱9、填充土10以及模型桩11等试验材料。
31.请参阅图6和8，升降式反力架5分为上反力架和下反力架，上反力架和下反力架之间装有槽钢，升降式反力架5的外表面设置有固定器21，上反力架和下反力架通过固定器21与槽钢固定连接，通过固定器21取下或添置同型号槽钢来调节升降式反力架5高度，以适应不同尺寸的模型箱9，传力柱3由螺杆17、通孔加长内螺纹圆柱螺母18和实心球头螺丝13组成，通孔加长内螺纹圆柱螺母18与螺杆17螺纹连接，球头螺丝13装在传力柱3的底端，通过调整安装通孔加长内螺纹圆柱螺母18的个数可实现传力柱3不同高度的调整，来满足不同尺寸模型箱9的试验要求。
32.工作原理：模型箱9在填埋过程中，根据试验要求选用合适的模型箱9尺寸、填充土10以及模型桩11等试验材料，在开始填埋前利用模型箱9上尺寸线19合理布置模型箱9以及其他试验对象的相对位置随后开始按照要求填埋模型箱9直至满足试验条件，对于施加水平力时在填埋模型箱9时需要同时预埋水平钢板16，在升降式反力架5的位置以及高度的确定工作中，根据模型箱9的尺寸选择合适的升降式反力架5高度，通过固定器21取下或添置同型号槽钢来调节升降式反力架5高度，根据施加荷载的类型以及总加载量确定传力钢梁2穿过升降式反力架5的长度以及传力钢梁2上施力点的位置随后调整升降式反力架5到合适的距离，在配重铁块4的堆载过程中，根据总加载量的大小选用合理数量的配重铁块4，通过堆载的方式堆于升降式反力架5底部平台来提供足够的反力，在传力钢梁2的安装过程中，根据荷载类型以及加载总量推算传力钢梁2具体长度随后利用预设孔洞以及螺栓8将其固定在升降式反力架5之上，在水平力试验中，传力钢梁2与升降式反力架5固定孔洞处另需安装一段滑轨钢珠12，在传力柱3或镀锌钢绞线14或水平钢板16的安装过程中，当施加竖向压力时选用传力柱3，通过螺母与传力钢梁2固定，当施加竖向上拔力时，镀锌钢绞线14一端与抗拔对象连接另一端固定于传力钢梁2上，当施加水平力时，水平钢板16在模型箱9填埋时就需要进行预埋，在平衡装置安装中，平衡杆6在穿过升降式反力架5之后一端使用镀锌钢绞线14穿过传力钢梁2侧面小孔使两者相连，另一端固定砝码吊篮15，通过在砝码吊篮15中增加平衡砝码7的重量来平衡传力钢梁2及其他构件的重量，最终使传力钢梁2保持水平稳定状态，试验的逐级加载，当进行竖向加压试验时，将砝码吊篮15利用预设孔洞与螺栓8悬挂于模型箱9同侧的传力钢梁2一端，在砝码吊篮15中逐级增加加载砝码1进行试验，当进行竖向上拔试验时，砝码吊篮15需要放置于与模型箱9不同侧的另一端传力钢梁2上，在砝码吊篮15中逐级增加加载砝码1进行试验，当进行水平力试验时，首先需要用螺杆17穿过传力钢梁2之上的孔洞固定于水平钢板16之上，且螺杆17需高于传力钢梁2，在这个过程中传力钢梁2必须保持水平不能发生倾斜，随后在升降式反力架5之上通过预设孔洞与螺丝加装一个定滑轮20，镀锌钢绞线14一端穿过定滑轮20与水平钢板16上超过传力钢梁2部分的螺杆17连接且保证镀锌钢绞线14水平稳定，另一端悬挂砝码吊篮15，在砝码吊篮15中逐级增加加载砝码1进行试验。
33.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。