模型桩身内力率定装置及方法
模型桩身内力率定装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种粧基模型试验过程中模型粧内力测量装置，具体来说，涉及一种 粧身内力率定装置及方法。
【背景技术】
[0002] 粧基础具有较大的承载力、稳定性和协调不均匀沉降的能力，对不同地质条件有 较强的适应能力，虽然已被广泛使用，但是仍然存在一些有待进一步研宄问题。粧基模型试 验是一种有效且常用的研宄手段。在室内模型试验中，粧基础按一定的模型比尺缩小，粧的 各项性能也按比例缩小，准确测量粧的受力情况是个重要的问题。通过在模型粧上贴应变 片，通过应变片测得的变形来计算粧的内力是目前模型试验中常用的方法。
[0003] 在模型试验中多假定模型粧截面尺寸沿粧长不变、粧身材质分布均匀，通过测定 不同粧身截面处应变来换算模型粧的内力。但是实际上因制作工艺等多方面因素的影响， 模型粧截面尺寸并非沿粧长严格不变、粧身材质分布也非一定均匀。这样基于应变与假定 不变的截面尺寸、材料参数计算公式，难以得到完全准确的粧身内力。此外，应变片通过胶 水黏贴于模型粧壁，由于胶水影响，那么模型粧应变并非都全部传递到应变片上，同样影响 试验的结果精确性。
[0004] 为了能准确测量出粧的内力，就必须对贴完应变片后的丰旲型粧进彳丁率定，通过率 定直接建立应变片数值与粧身轴力、弯矩的实测联系。已有的粧身轴力率定装置多利用堆 载的方式对模型粧进行加载，加载值通常较小，无法有效模拟模型粧承受较大荷载的情况， 根据较小荷载值率定的系数不一定能准确代表较大荷载时的情况。而对于弯矩率定，先多 采用将粧平放、施加荷载形成预定粧身弯矩分布的方法。该方法，一方面无法与轴力率定采 用一套装置实现，增大试验成本，此外也与模型粧多竖向设置承受弯矩作用的实际情况不 同。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于模型粧身内力 率定的装置，该装置利用小型液压千斤顶对模型粧精确轴向加载，通过测得模型粧不同位 置应变片的应变数值，以求得应变片应变与所在位置粧身轴力之间的轴力率定系数。通过 滑轮在粧中段施加集中荷载，通过测得模型粧截面应变片的应变差，以求得应变片应变差 与所在粧身截面处弯矩的弯矩率定系数。从而达到模型试验更加准确的测定粧身内力的目 的。
[0006] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的模型粧身内力率定装置，包括竖直 的机架，所述机架的底部安装有轴向加载装置，所述轴向加载装置上安装有模型粧，所述机 架的中部安装有用于对模型粧中段施加荷载的水平加载装置，所述轴向加载装置和水平加 载装置中均设有加载传感器，所述模型粧上设有应变传感器，所述加载传感器和应变传感 器通过应变采集仪连接到控制中心，所述控制中心与轴向加载装置控制连接。
[0007] 作为优选，所述机架是由拉杆相连接的底座和承压顶盘，所述轴向加载装置包括 液压千斤顶、传力底盘和粧尖垫块，所述粧尖垫块安装于承压顶盘的底部中心，所述液压千 斤顶安装于底座的中心，所述传力底盘安装于液压千斤顶的上方，所述模型粧安装于传力 底盘和粧尖垫块之间。
[0008] 作为优选，所述机架上安装有支撑杆，所述水平加载装置包括安装于支撑杆上的 上方向支架、水平受力支架和下方向支架，所述上方向支架、水平受力支架和下方向支架上 均具有用于穿设模型粧的过孔，所述水平受力支架上安装有滑轮和传力架，所述传力架上 具有用于加载水平载荷的触点，所述传力架与承力盘通过钢丝绳连接，所述钢丝绳绕设于 滑轮上。
[0009] 作为优选，所述加载传感器包括压力传感器和拉力传感器，所述压力传感器安装 于轴向加载装置与模型粧之间，所述拉力传感器安装于钢丝绳上。
[0010] 作为优选，所述液压千斤顶、传力底盘、压力传感器、模型粧和粧尖垫块的中轴线 位于同一竖直线上；所述传力拉杆是安装于底座和承压顶盘的四个角部的四条拉杆，其安 装处通过拉杆固定螺栓固定连接。
[0011] 作为优选，所述上方向支架的过孔孔处具有可拆卸的夹块，所述下方向支架的过 孔处具有可拆卸的夹块。
[0012] 作为优选，所述支撑杆包括两段直径不同下支撑杆和上支撑杆，所述上支撑杆套 入下支撑杆中，所述下支撑杆上设有用于调整支撑杆长度的支撑杆调整螺栓。
[0013] 作为优选，所述在支撑杆上具有通槽，所述滑轮安装于通槽内。
[0014] 作为优选，所述液压千斤顶连接到液压泵，所述控制中心是计算机，所述计算机与 液压泵相连接。
[0015] 使用时，本发明的用于模型粧身内力率定的装置包括小型液压千斤顶、传力底盘、 支撑杆固定底座、导正块、下支撑杆、下方向支架、滑轮、上支撑杆、上方向支架、承压顶盘、 粧尖垫块、传力拉杆、水平受力方向支架、模型粧、压力传感器、底座、水平传力架、拉力传感 器、应变片、承力盘、千斤顶固定螺栓、底座固定螺栓、支架固定螺栓、支撑杆调整螺栓、拉杆 固定螺栓、应变采集仪、计算机、液压泵。
[0016] 其中，所述的小型液压千斤顶通过千斤顶固定螺栓固定于底座的正中央；传力底 盘搭接在小型液压千斤顶正上方，且传力底盘的轴承穿过导正块；模型粧和压力传感器位 于传力底盘的轴承上方，压力传感器位于轴承和模型粧之间；模型粧搭靠在下方向支架和 上方向支架上，且模型粧的粧尖抵压在粧尖垫块中央；粧尖垫块贴覆于承压顶盘中心点的 下侧；支撑杆固定底座通过底座固定螺栓固定于底座的侧边；下支撑杆插入支撑杆固定底 座中的凹槽；上支撑杆套入下支撑杆中，通过支撑杆调整螺栓固定；导正块通过支架固定 螺栓固定在下支撑杆上，导正块前侧设有通孔，让传力底盘的轴承穿过；下方向支架和上方 向支架分别固定于支撑杆不同的高度上，且两个方向支架都能分为两部分，通过固定螺栓 固定合并在一起；底座和承压顶盘通过位于四个角的传力拉杆连接，且传力拉杆和底座、承 压顶盘连接处的上侧和下侧分别用拉杆固定螺栓固定；在上支撑杆开孔，滑轮固定在上支 撑杆上；水平受力方向支架和滑轮通过同一个固定螺栓固定在上支撑杆；水平传力架固定 在水平受力方向支架上，且钢丝绳绕着滑轮将水平传力架与承力盘连接在一起，钢丝绳中 间连着拉力传感器；应变片贴在模型粧的表面，应变片、压力传感器和拉力传感器均通过导 线与应变采集仪连接；小型液压千斤顶和液压泵通过管道连接；应变采集仪和液压泵通过 数据线与计算机连接，通过计算机采集数据和控制压力。
[0017] 通过上述的试验装置，可以分别进行模型粧轴向和水平受力的率定。利用材料力 学相关理论进行分析，可以得到： 进行轴向受力率定时，粧身只受轴向力，通过压力传感器测得轴向力N，应变片处的应 变e，此时他们之间有关系：
式中E为模型粧弹性模量;A为模型粧截面积；KN为轴力率定系数，反映了模型粧实际 受力和测量变形的关系。
[0018] 进行水平受力率定时，粧身中段受到水平力作用，通过拉力传感器测得水平作用 力F，上下两个方向支架间的距离为1，此时作用在粧身不同截面上的弯矩M可以通过集 中荷载作用下的简支梁弯矩计算方法得到，再通过应变片测得截面上下的拉、压应变之差 Ae，此时他们之间有关系：
式中J为模型粧截面惯性矩；&为拉、压应变测点间距；&为弯矩率定系数，反映了模 型粧截面实际所受弯矩和测量变形的关系。
[0019] 率定结束后，得到&和仏把试验过程中测到的应变再乘以相应的率定系数，就 可以得到模型粧的实际内力情况。
[0020] 有益效果：与现有试验手段相比，本发明具有以下有益效果： 1.进行轴力率定时，相比已有的方法，本装置利用小型液压千斤顶进行竖向加载，配合 压力传感器和计算机，可以精确控制施加在模型粧上荷载，形成明确的粧身轴力用于率定。 本装置对模型粧因可以施加较堆载更大的轴向荷载，故有更大的轴力率定范围，此外较大 的轴力施加值也可以减少仪器测量误差对试验结果的影响。
[0021] 2.进行弯矩率定时，相比已有的方法，本装置利用滑轮结构可以将重物重量转变 成水平力作用在模型粧上，实现了同一装置轴力、弯矩率定一体化。同时通过水平受力方向 导架、水平传力架和拉力传感器，确保明确荷载水平作用在模型粧的中心。从而实现明确的 竖向状态下的粧身弯矩分布，进而可以方便的反算出不同截面应变差对应的弯矩率定值。
[0022] 3.该率定装置摆放空间充裕，不会占用很大空间。本发明可以根据模型粧的长度， 通过改变支撑杆和四个传力拉杆的高度，来获得足够的试验空间。测量结束后，传力拉杆和 支撑杆均容易拆卸，方便测量装置的存放。
[0023] 4.该内力率定装置的荷载通过底部的千斤顶施加，质量较大的千斤顶位于底座 上，装置的重心低，稳定性好。同时底座和受压顶盘通过四个角的传力拉杆连接，传力拉杆 与底座和顶盘交接处上下侧均通过螺栓固定，避免了顶盘的滑动，作用于模型粧上的轴力 通过四个传力拉杆分担，整个装置受力合理，稳定。
[0024] 5.该内力率定装置结构简单，容易操作，造价低廉。装置中底座、受压顶盘、导正 块、方向支架均是用价格低廉的钢制成。同时支撑杆也是空心结构，减少材料使用，降低价 格。此外，该装置模型粧固定、荷载加载过程简单，测量过程通过应变采集仪和计算机控制， 整个受力率定测量过程简单易行。
[0025] 除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技 术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的模型粧身内力率定装置及方法所能解决的其 他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图 做出进一步详细的说明。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例中模型粧身内力率定装置的主视图； 图2是图1中传力底盘的主视图； 图3是图2的俯视图； 图4是图1中导正块的俯视图 图5是图4的a-a剖视图； 图6是图5的b-b剖视图； 图7是图1中上方向支架的主视图； 图8是图7的a-a剖视图； 图9是图1中水平受力方向支架的结构示意图； 图10是图1中承力盘的结构示意图； 图11是图1中底座的主视图； 图12是图11的俯视图； 图中：小型液压千斤顶1、传力底盘2、支撑杆固定底座3、导正块4、下支撑杆5、下方向 支架6、滑轮7、上支撑杆8、上方向支架9、承压顶盘10、粧尖垫块11、传力拉杆12、水平受力 方向支架13、模型粧14、压力传感器15、底座16、水平传力架17、拉力传感器18、应变片19、 承力盘20、千斤顶固定螺栓21、底座固定螺栓22、支架固定螺栓23、支撑杆调整螺栓24、拉 杆固定螺栓25、应变采集仪26、计算机27、液压泵28。
【具体实施方式】[0027] 实施例： 如图1所示，本发明的一种用于模型粧身内力率定的装置，包括小型液压千斤顶1、传 力底盘2、支撑杆固定底座3、导正块4、下支撑杆5、下方向支架6、滑轮7、上支撑杆8、上方 向支架9、承压顶盘10、粧尖垫块11、传力拉杆12、水平受力方向支架13、模型粧14、压力 传感器15、底座16、水平传力架17、拉力传感器18、应变片19、承力盘20、千斤顶固定螺栓 21、底座固定螺栓22、支架固定螺栓23、支撑杆调整螺栓24、拉杆固定螺栓25、应变采集仪 26、计算机27、液压泵28。小型液压千斤顶1通过千斤顶固定螺栓21固定于底座16的正 中央；传力底盘2搭接在小型液压千斤顶1正上方，且传力底盘2的轴承穿过导正块4 ;模 型粧14和压力传感器15位于传力底盘2的轴承上方，压力传感器15位于轴承和模型粧14 之间；模型粧14搭靠在下方向支架6和上方向支架9上，且模型粧14的粧尖抵压在粧尖垫 块11中央；粧尖垫块11贴覆于承压顶盘10中心点的下侧；支撑杆固定底座3通过底座固 定螺栓22固定于底座16的侧边；下支撑杆5插入支撑杆固定底座3中的凹槽；上支撑杆8 套入下支撑杆5中，通过支撑杆调整螺栓24固定；导正块4通过支架固定螺栓23固定在下 支撑杆5上；下方向支架6和上方向支架9分别固定于支撑杆不同的高度上，且两个方向支 架都能分为两部分，通过固定螺栓固定合并在一起；底座16和承压顶盘10通过位于四个角 的传力拉杆12连接，且传力拉杆12和底座16、承压顶盘10连接处的上侧和下侧分别用拉 杆固定螺栓25固定；在上支撑杆8开孔，滑轮7固定在上支撑杆8上；水平受力方向支架 13和滑轮7通过同一个固定螺栓固定在上支撑杆8 ;水平传力架17固定在水平受力方向支 架13上，且钢丝绳绕着滑轮7将水平传力架17与承力盘20连接在一起，钢丝绳中间连着 拉力传感器18 ;应变片19贴在模型粧14的表面，应变片19、压力传感器15和拉力传感器 18均通过导线与应变采集仪26连接；小型液压千斤顶1和液压泵28通过管道连接；应变 采集仪26和液压泵28通过数据线与计算机27连接，通过计算机27采集数据和控制压力。
[0028] 如图2和图3所示，传力底盘2具有底盘和凸出的轴。如图4、图5和图6所示，导 正块4前侧设有通孔，用于穿过传力底盘的轴；后侧具有安装孔，通过支架固定螺栓23与支 撑杆固定连接。
[0029] 如图7和图8所示，上方向支架9和是由两部分组成的。为了防止贴好应变片的 模型粧在套入上方向支架时，剐蹭到应变片，造成试验测量问题。在固定模型粧时，先把模 型粧搭靠在方向支架的凹槽内，再把凹槽另外一部分拼上，并用固定螺栓固定。这样能很好 地避免贴好的应变片被蹭坏。下方向支架的结构与上方向支架相同。
[0030] 如图9所示，水平受力方向支架13的一端安装有滑轮7,另一端的过孔内穿设有模 型粧，其上方安装有与其滑配的水平传力架17,通过触点对模型粧的中部进行横向加载。
[0031] 如图10所示，承力盘20可以采用工字形的结构。
[0032] 如图11和图12所示，底座16的四周具有用于安装传力拉杆的孔，其中部通过千 斤顶固定螺栓21固定安装有小型液压千斤顶1，其一侧通过底座固定螺栓22固定安装有支 撑杆固定底座3。
[0033] 在进行轴向受力率定时，为了保证模型粧只受轴向力，避免出现弯矩，同时保证整 个装置受力平衡、稳定，小型液压千斤顶1位于底座16的几何中心，粧尖垫块11贴覆于承 压顶盘10几何中心点的下侧，小型液压千斤顶1、传力底盘2、压力传感器15、模型粧14和 粧尖垫块11的中轴线位于同一竖直线上。这样竖向力在一直线上受力平衡。
[0034] 防止模型粧在轴向受力率定时出现倾斜，受力不合理，如图1和图4所示上方向支 架9和下方向支架6分别固定于支撑杆不同的高度上，且两个方向支架前侧都设有凹槽，把 模型粧14嵌套进去后，用螺栓把凹槽的另外一部分固定上去，这样能很好固定模型粧14， 同时在进行弯矩率定，模型粧14水平受力时，能够有两个稳定的支撑点。
[0035] 底座16和承压顶盘10通过位于四个角的传力拉杆12连接，利用拉杆固定螺栓25 可以调节拉杆底座16和承压顶盘10之间的距离。同时也可以通过支撑杆调整螺栓24调 整支撑杆总长度。这样能够适应不用长度模型粧的测量要求。
[0036] 进行弯矩率定时，为了保证力水平作用在模型粧14的中点，钢丝绳绕过滑轮7,连 接水平受力方向导架13和水平传力架17,以保证作用力是水平的。同时利用安装在钢丝绳 上的拉力传感器18,，可以准确测出拉力大小，确保试验结果的准确性。
[0037] 应变片19、压力传感器15和拉力传感器18均通过导线与应变采集仪26连接；小 型液压千斤顶1和液压泵28通过管道连接；应变采集仪26和液压泵28通过数据线与计算 机27连接，通过计算机27采集数据和控制压力。
[0038] 该结构的粧身内力率定装置，适用于各种长度和刚度的模型粧的测量，能加载各 种大小的压力，并准确控，能方便、准确地对粧身内力进行率定。
[0039] 该内力率定装置根据轴力率定和弯矩率定不同，安装过程不同： 轴力率定试验安装过程：首先，将底座16放置在平整的地面上，把小型液压千斤顶1和 撑杆固定底座3通过螺栓固定在底座16上；然后，把下支撑杆5插入撑杆固定底座3中，把 上支撑杆8套入下支撑杆5中，根据模型粧长度，通过支撑杆调整螺栓24调整支撑杆高度； 接着在不同高度上，从低到高依次安装固定导正块4、下方向支架6和上方向支架9。安装 导正块4时，先把传力底盘2的轴承穿过导正块4的通孔，然后把导正块4安装在合适的高 度，使得传力底盘2和小型液压千斤顶1能够搭接在一起，并且传力底盘2能有足够空间自 由上下移动； 最后安装承压顶盘10,把四根传力拉杆12分别插入底座16四个角预留的孔， 并用螺栓固定在上下侧分别固定住，把承压顶盘10从传力拉杆12的顶部套入，当承压顶盘 10与底座16的距离与模型粧和支撑杆总长度相适应时，用螺栓在上下侧固定，防止承压顶 盘10下落。
[0040] 弯矩率定试验安装过程：首先，将底座16放置在平整的地面上，把小型液压千斤 顶1和撑杆固定底座3通过螺栓固定在底座16上；然后，把下支撑杆5插入撑杆固定底座 3中，把上支撑杆8套入下支撑杆5中，根据模型粧长度，通过支撑杆调整螺栓24调整支撑 杆高度；接着在不同高度上，从低到高依次安装固定导正块4、下方向支架6、上方向支架9 ; 安装导正块4时，先把传力底盘2的轴承穿过导正块4的通孔，然后把导正块4安装在合适 的高度，使得传力底盘2和小型液压千斤顶1能够搭接在一起，并且传力底盘2能有足够空 间自由上下移动；然后在上支撑杆8开孔处安装滑轮7,同时安装水平受力方向导架13,滑 轮7和水平受力方向导架13用同一个螺栓固定；然后用钢丝连接把承力盘20和水平传力 架17、拉力传感器18连接在一起；最后安装承压顶盘10,把四根传力拉杆12分别插入底座 16四个角预留的孔，并用螺栓固定在上下侧分别固定住，把承压顶盘10从传力拉杆12的顶 部套入，当承压顶盘10与底座16的距离与模型粧和支撑杆总长度相适应时，用螺栓在上下 侧固定，防止承压顶盘10下落。
[0041] 该内力率定装置根据轴力率定和弯矩率定不同，测量过程不同： 轴力率定过程：首先，在模型粧14表面贴好应变片19,把模型粧14放上支架，将压力 传感器15放入粧头和传力底盘2的轴承之间，模型粧粧头和压力传感器15搭放在一起，粧 身搭靠在下方向支架6和上方向支架9上，微调方向支架，把方向支架的另外一部分合并 上，用螺栓锁牢，使粧身固定住，防止粧身倾斜。同时在粧尖处放置粧尖垫块11，再通过螺栓 微调承压顶盘10高度，使粧尖垫块11和承压顶盘10轻轻贴覆在一起，没有相互受力。再 微调整体位置，使得小型液压千斤顶1、传力底盘2、压力传感器15、模型粧14和粧尖垫块 11的中轴线位于同一竖直线上；然后，通过导线把应变片19和压力传感器15与应变采集 仪26连接在一起，小型液压千斤顶1和液压泵28通过管道连接，再利用数据线把液压泵28 和应变采集仪26与计算机27连接在一起，通过计算机27测试一下小型液压千斤顶1是否 能正常工作，并在计算机上打开相应的荷载控制和数据记录程序；最后，开始进行内力率定 测量，对模型粧14施加几组不同荷载大小的压力，通过应变采集仪26与计算机27采集应 变片19和压力传感器15的数据。最后进行数据处理计算，即可获得模型粧14轴力率定系 数。
[0042]弯矩率定过程：首先，在模型粧14表面贴好应变片19,将模型粧14穿过水平受力 方向支架13,粧头和传力底盘2的轴承搭放在一起，粧身搭靠在下方向支架6和上方向支 架9上，微调方向支架，把方向支架的另外一部分合并上，用螺栓锁牢，使粧身固定住，防止 粧身倾斜。同时在粧尖处放置粧尖垫块11，再通过螺栓微调承压顶盘10高度，使粧尖垫块 11和承压顶盘10轻轻贴覆在一起，没有相互受力；通过滑轮7,用钢丝绳把承力盘20、水平 传力架17和拉力传感器18连接在一起；然后，通过导线把应变片19和拉力传感器18与应 变采集仪26连接在一起；最后，开始进行弯矩率定，在承力盘20上加上不同重量的砝码，对 模型粧14施加几组不同荷载大小的水平力，通过应变采集仪26与计算机27采集应变片19 和拉力传感器18的数据。最后进行数据处理计算，即可获得模型粧14弯矩率定系数。
[0043] 以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实 施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施 方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种模型粧身内力率定装置，包括竖直的机架，所述机架的底部安装有轴向加载装 置，所述轴向加载装置上安装有模型粧，其特征在于：所述机架的中部安装有用于对模型粧 中段施加荷载的水平加载装置，所述轴向加载装置和水平加载装置中均设有加载传感器， 所述模型粧上设有应变传感器，所述加载传感器和应变传感器通过应变采集仪连接到控制 中心，所述控制中心与轴向加载装置控制连接。2. 根据权利要求1所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述机架是由传力拉 杆相连接的底座和承压顶盘组成，所述轴向加载装置包括液压千斤顶、传力底盘和粧尖垫 块，所述粧尖垫块安装于承压顶盘的底部中心，所述液压千斤顶安装于底座的中心，所述传 力底盘安装于液压千斤顶的上方，所述模型粧安装于传力底盘和粧尖垫块之间。3. 根据权利要求2所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述机架上安装有支 撑杆，所述水平加载装置包括安装于支撑杆上的上方向支架、水平受力支架和下方向支架， 所述上方向支架、水平受力支架和下方向支架上均具有用于穿设模型粧的过孔，所述水平 受力支架上安装有滑轮和传力架，所述传力架上具有用于加载水平载荷的触点，所述传力 架与承力盘通过钢丝绳连接，所述钢丝绳绕设于滑轮上。4. 根据权利要求3所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述加载传感器包括 压力传感器和拉力传感器，所述压力传感器安装于轴向加载装置与模型粧之间，所述拉力 传感器安装于钢丝绳上。5. 根据权利要求4所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述液压千斤顶、传力 底盘、压力传感器、模型粧和粧尖垫块的中轴线位于同一竖直线上；所述传力拉杆是安装于 底座和承压顶盘的四个角部的四条拉杆，其安装处通过拉杆固定螺栓固定连接。6. 根据权利要求3所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述上方向支架的过 孔孔处具有可拆卸的夹块，所述下方向支架的过孔处具有可拆卸的夹块。7. 根据权利要求3所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述支撑杆包括两段 直径不同下支撑杆和上支撑杆，所述上支撑杆套入下支撑杆中，所述下支撑杆上设有用于 调整支撑杆长度的支撑杆调整螺栓。8. 根据权利要求7所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述上支撑杆上具有 通槽，所述滑轮安装于通槽内。9. 根据权利要求2所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述液压千斤顶连接 到液压泵，所述控制中心是计算机，所述计算机与液压泵相连接。10. -种使用权利要求1所述的模型粧身内力率定装置的率定方法，其特征在于：利用 轴向加载对模型粧竖向加载，进行轴向受力率定时，粧身只受轴向力，通过压力传感器测得 轴向力N，应变片处的应变f，得到轴力率定系数心：式中A为模型粧弹性模量；J为模型粧截面积； 利用水平加载装置对模型粧横向加载，进行水平受力率定时，粧身中段受到水平力作 用，通过拉力传感器测得水平作用力尺上下两个方向支架间的距离为7,此时作用在粧身 不同截面上的弯矩以通过集中荷载作用下的简支梁弯矩计算方法得到，再通过应变片 测得截面上下的拉、压应变之差Z G得到弯矩率定系数式中J为模型粧截面惯性矩；&为拉、压应变测点间距； 把试验过程中测到的应变再乘以相应的率定系数，得到模型粧的实际内力情况。
【专利摘要】本发明公开了一种模型桩身内力率定装置及方法，该装置包括底部安装有轴向加载装置的竖直机架，在轴向加载装置上安装有模型桩，机架的中部安装有水平加载装置，轴向加载装置和水平加载装置中均设有加载传感器，模型桩上设有应变传感器，加载传感器和应变传感器通过应变采集仪连接到控制中心，控制中心与轴向加载装置控制连接。该装置利用小型液压千斤顶对模型桩精确轴向加载，通过测得模型桩不同位置应变片的应变数值，以求得应变片应变与所在位置桩身轴力之间的轴力率定系数。通过滑轮在桩中段施加集中荷载，通过测得模型桩截面应变片的应变差，以求得应变片应变差与所在桩身截面处弯矩的弯矩率定系数。本发明可以更加准确地测定桩身内力。
【IPC分类】E02D33/00
【公开号】CN104895126
【申请号】CN201510345724
【发明人】黄挺, 郑金海, 林捷, 吴彬
【申请人】河海大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种粧基模型试验过程中模型粧内力测量装置，具体来说，涉及一种 粧身内力率定装置及方法。
【背景技术】
[0002] 粧基础具有较大的承载力、稳定性和协调不均匀沉降的能力，对不同地质条件有 较强的适应能力，虽然已被广泛使用，但是仍然存在一些有待进一步研宄问题。粧基模型试 验是一种有效且常用的研宄手段。在室内模型试验中，粧基础按一定的模型比尺缩小，粧的 各项性能也按比例缩小，准确测量粧的受力情况是个重要的问题。通过在模型粧上贴应变 片，通过应变片测得的变形来计算粧的内力是目前模型试验中常用的方法。
[0003] 在模型试验中多假定模型粧截面尺寸沿粧长不变、粧身材质分布均匀，通过测定 不同粧身截面处应变来换算模型粧的内力。但是实际上因制作工艺等多方面因素的影响， 模型粧截面尺寸并非沿粧长严格不变、粧身材质分布也非一定均匀。这样基于应变与假定 不变的截面尺寸、材料参数计算公式，难以得到完全准确的粧身内力。此外，应变片通过胶 水黏贴于模型粧壁，由于胶水影响，那么模型粧应变并非都全部传递到应变片上，同样影响 试验的结果精确性。
[0004] 为了能准确测量出粧的内力，就必须对贴完应变片后的丰旲型粧进彳丁率定，通过率 定直接建立应变片数值与粧身轴力、弯矩的实测联系。已有的粧身轴力率定装置多利用堆 载的方式对模型粧进行加载，加载值通常较小，无法有效模拟模型粧承受较大荷载的情况， 根据较小荷载值率定的系数不一定能准确代表较大荷载时的情况。而对于弯矩率定，先多 采用将粧平放、施加荷载形成预定粧身弯矩分布的方法。该方法，一方面无法与轴力率定采 用一套装置实现，增大试验成本，此外也与模型粧多竖向设置承受弯矩作用的实际情况不 同。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于模型粧身内力 率定的装置，该装置利用小型液压千斤顶对模型粧精确轴向加载，通过测得模型粧不同位 置应变片的应变数值，以求得应变片应变与所在位置粧身轴力之间的轴力率定系数。通过 滑轮在粧中段施加集中荷载，通过测得模型粧截面应变片的应变差，以求得应变片应变差 与所在粧身截面处弯矩的弯矩率定系数。从而达到模型试验更加准确的测定粧身内力的目 的。
[0006] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的模型粧身内力率定装置，包括竖直 的机架，所述机架的底部安装有轴向加载装置，所述轴向加载装置上安装有模型粧，所述机 架的中部安装有用于对模型粧中段施加荷载的水平加载装置，所述轴向加载装置和水平加 载装置中均设有加载传感器，所述模型粧上设有应变传感器，所述加载传感器和应变传感 器通过应变采集仪连接到控制中心，所述控制中心与轴向加载装置控制连接。
[0007] 作为优选，所述机架是由拉杆相连接的底座和承压顶盘，所述轴向加载装置包括 液压千斤顶、传力底盘和粧尖垫块，所述粧尖垫块安装于承压顶盘的底部中心，所述液压千 斤顶安装于底座的中心，所述传力底盘安装于液压千斤顶的上方，所述模型粧安装于传力 底盘和粧尖垫块之间。
[0008] 作为优选，所述机架上安装有支撑杆，所述水平加载装置包括安装于支撑杆上的 上方向支架、水平受力支架和下方向支架，所述上方向支架、水平受力支架和下方向支架上 均具有用于穿设模型粧的过孔，所述水平受力支架上安装有滑轮和传力架，所述传力架上 具有用于加载水平载荷的触点，所述传力架与承力盘通过钢丝绳连接，所述钢丝绳绕设于 滑轮上。
[0009] 作为优选，所述加载传感器包括压力传感器和拉力传感器，所述压力传感器安装 于轴向加载装置与模型粧之间，所述拉力传感器安装于钢丝绳上。
[0010] 作为优选，所述液压千斤顶、传力底盘、压力传感器、模型粧和粧尖垫块的中轴线 位于同一竖直线上；所述传力拉杆是安装于底座和承压顶盘的四个角部的四条拉杆，其安 装处通过拉杆固定螺栓固定连接。
[0011] 作为优选，所述上方向支架的过孔孔处具有可拆卸的夹块，所述下方向支架的过 孔处具有可拆卸的夹块。
[0012] 作为优选，所述支撑杆包括两段直径不同下支撑杆和上支撑杆，所述上支撑杆套 入下支撑杆中，所述下支撑杆上设有用于调整支撑杆长度的支撑杆调整螺栓。
[0013] 作为优选，所述在支撑杆上具有通槽，所述滑轮安装于通槽内。
[0014] 作为优选，所述液压千斤顶连接到液压泵，所述控制中心是计算机，所述计算机与 液压泵相连接。
[0015] 使用时，本发明的用于模型粧身内力率定的装置包括小型液压千斤顶、传力底盘、 支撑杆固定底座、导正块、下支撑杆、下方向支架、滑轮、上支撑杆、上方向支架、承压顶盘、 粧尖垫块、传力拉杆、水平受力方向支架、模型粧、压力传感器、底座、水平传力架、拉力传感 器、应变片、承力盘、千斤顶固定螺栓、底座固定螺栓、支架固定螺栓、支撑杆调整螺栓、拉杆 固定螺栓、应变采集仪、计算机、液压泵。
[0016] 其中，所述的小型液压千斤顶通过千斤顶固定螺栓固定于底座的正中央；传力底 盘搭接在小型液压千斤顶正上方，且传力底盘的轴承穿过导正块；模型粧和压力传感器位 于传力底盘的轴承上方，压力传感器位于轴承和模型粧之间；模型粧搭靠在下方向支架和 上方向支架上，且模型粧的粧尖抵压在粧尖垫块中央；粧尖垫块贴覆于承压顶盘中心点的 下侧；支撑杆固定底座通过底座固定螺栓固定于底座的侧边；下支撑杆插入支撑杆固定底 座中的凹槽；上支撑杆套入下支撑杆中，通过支撑杆调整螺栓固定；导正块通过支架固定 螺栓固定在下支撑杆上，导正块前侧设有通孔，让传力底盘的轴承穿过；下方向支架和上方 向支架分别固定于支撑杆不同的高度上，且两个方向支架都能分为两部分，通过固定螺栓 固定合并在一起；底座和承压顶盘通过位于四个角的传力拉杆连接，且传力拉杆和底座、承 压顶盘连接处的上侧和下侧分别用拉杆固定螺栓固定；在上支撑杆开孔，滑轮固定在上支 撑杆上；水平受力方向支架和滑轮通过同一个固定螺栓固定在上支撑杆；水平传力架固定 在水平受力方向支架上，且钢丝绳绕着滑轮将水平传力架与承力盘连接在一起，钢丝绳中 间连着拉力传感器；应变片贴在模型粧的表面，应变片、压力传感器和拉力传感器均通过导 线与应变采集仪连接；小型液压千斤顶和液压泵通过管道连接；应变采集仪和液压泵通过 数据线与计算机连接，通过计算机采集数据和控制压力。
[0017] 通过上述的试验装置，可以分别进行模型粧轴向和水平受力的率定。利用材料力 学相关理论进行分析，可以得到： 进行轴向受力率定时，粧身只受轴向力，通过压力传感器测得轴向力N，应变片处的应 变e，此时他们之间有关系：
式中E为模型粧弹性模量;A为模型粧截面积；KN为轴力率定系数，反映了模型粧实际 受力和测量变形的关系。
[0018] 进行水平受力率定时，粧身中段受到水平力作用，通过拉力传感器测得水平作用 力F，上下两个方向支架间的距离为1，此时作用在粧身不同截面上的弯矩M可以通过集 中荷载作用下的简支梁弯矩计算方法得到，再通过应变片测得截面上下的拉、压应变之差 Ae，此时他们之间有关系：
式中J为模型粧截面惯性矩；&为拉、压应变测点间距；&为弯矩率定系数，反映了模 型粧截面实际所受弯矩和测量变形的关系。
[0019] 率定结束后，得到&和仏把试验过程中测到的应变再乘以相应的率定系数，就 可以得到模型粧的实际内力情况。
[0020] 有益效果：与现有试验手段相比，本发明具有以下有益效果： 1.进行轴力率定时，相比已有的方法，本装置利用小型液压千斤顶进行竖向加载，配合 压力传感器和计算机，可以精确控制施加在模型粧上荷载，形成明确的粧身轴力用于率定。 本装置对模型粧因可以施加较堆载更大的轴向荷载，故有更大的轴力率定范围，此外较大 的轴力施加值也可以减少仪器测量误差对试验结果的影响。
[0021] 2.进行弯矩率定时，相比已有的方法，本装置利用滑轮结构可以将重物重量转变 成水平力作用在模型粧上，实现了同一装置轴力、弯矩率定一体化。同时通过水平受力方向 导架、水平传力架和拉力传感器，确保明确荷载水平作用在模型粧的中心。从而实现明确的 竖向状态下的粧身弯矩分布，进而可以方便的反算出不同截面应变差对应的弯矩率定值。
[0022] 3.该率定装置摆放空间充裕，不会占用很大空间。本发明可以根据模型粧的长度， 通过改变支撑杆和四个传力拉杆的高度，来获得足够的试验空间。测量结束后，传力拉杆和 支撑杆均容易拆卸，方便测量装置的存放。
[0023] 4.该内力率定装置的荷载通过底部的千斤顶施加，质量较大的千斤顶位于底座 上，装置的重心低，稳定性好。同时底座和受压顶盘通过四个角的传力拉杆连接，传力拉杆 与底座和顶盘交接处上下侧均通过螺栓固定，避免了顶盘的滑动，作用于模型粧上的轴力 通过四个传力拉杆分担，整个装置受力合理，稳定。
[0024] 5.该内力率定装置结构简单，容易操作，造价低廉。装置中底座、受压顶盘、导正 块、方向支架均是用价格低廉的钢制成。同时支撑杆也是空心结构，减少材料使用，降低价 格。此外，该装置模型粧固定、荷载加载过程简单，测量过程通过应变采集仪和计算机控制， 整个受力率定测量过程简单易行。
[0025] 除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技 术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的模型粧身内力率定装置及方法所能解决的其 他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图 做出进一步详细的说明。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例中模型粧身内力率定装置的主视图； 图2是图1中传力底盘的主视图； 图3是图2的俯视图； 图4是图1中导正块的俯视图 图5是图4的a-a剖视图； 图6是图5的b-b剖视图； 图7是图1中上方向支架的主视图； 图8是图7的a-a剖视图； 图9是图1中水平受力方向支架的结构示意图； 图10是图1中承力盘的结构示意图； 图11是图1中底座的主视图； 图12是图11的俯视图； 图中：小型液压千斤顶1、传力底盘2、支撑杆固定底座3、导正块4、下支撑杆5、下方向 支架6、滑轮7、上支撑杆8、上方向支架9、承压顶盘10、粧尖垫块11、传力拉杆12、水平受力 方向支架13、模型粧14、压力传感器15、底座16、水平传力架17、拉力传感器18、应变片19、 承力盘20、千斤顶固定螺栓21、底座固定螺栓22、支架固定螺栓23、支撑杆调整螺栓24、拉 杆固定螺栓25、应变采集仪26、计算机27、液压泵28。
【具体实施方式】[0027] 实施例： 如图1所示，本发明的一种用于模型粧身内力率定的装置，包括小型液压千斤顶1、传 力底盘2、支撑杆固定底座3、导正块4、下支撑杆5、下方向支架6、滑轮7、上支撑杆8、上方 向支架9、承压顶盘10、粧尖垫块11、传力拉杆12、水平受力方向支架13、模型粧14、压力 传感器15、底座16、水平传力架17、拉力传感器18、应变片19、承力盘20、千斤顶固定螺栓 21、底座固定螺栓22、支架固定螺栓23、支撑杆调整螺栓24、拉杆固定螺栓25、应变采集仪 26、计算机27、液压泵28。小型液压千斤顶1通过千斤顶固定螺栓21固定于底座16的正 中央；传力底盘2搭接在小型液压千斤顶1正上方，且传力底盘2的轴承穿过导正块4 ;模 型粧14和压力传感器15位于传力底盘2的轴承上方，压力传感器15位于轴承和模型粧14 之间；模型粧14搭靠在下方向支架6和上方向支架9上，且模型粧14的粧尖抵压在粧尖垫 块11中央；粧尖垫块11贴覆于承压顶盘10中心点的下侧；支撑杆固定底座3通过底座固 定螺栓22固定于底座16的侧边；下支撑杆5插入支撑杆固定底座3中的凹槽；上支撑杆8 套入下支撑杆5中，通过支撑杆调整螺栓24固定；导正块4通过支架固定螺栓23固定在下 支撑杆5上；下方向支架6和上方向支架9分别固定于支撑杆不同的高度上，且两个方向支 架都能分为两部分，通过固定螺栓固定合并在一起；底座16和承压顶盘10通过位于四个角 的传力拉杆12连接，且传力拉杆12和底座16、承压顶盘10连接处的上侧和下侧分别用拉 杆固定螺栓25固定；在上支撑杆8开孔，滑轮7固定在上支撑杆8上；水平受力方向支架 13和滑轮7通过同一个固定螺栓固定在上支撑杆8 ;水平传力架17固定在水平受力方向支 架13上，且钢丝绳绕着滑轮7将水平传力架17与承力盘20连接在一起，钢丝绳中间连着 拉力传感器18 ;应变片19贴在模型粧14的表面，应变片19、压力传感器15和拉力传感器 18均通过导线与应变采集仪26连接；小型液压千斤顶1和液压泵28通过管道连接；应变 采集仪26和液压泵28通过数据线与计算机27连接，通过计算机27采集数据和控制压力。
[0028] 如图2和图3所示，传力底盘2具有底盘和凸出的轴。如图4、图5和图6所示，导 正块4前侧设有通孔，用于穿过传力底盘的轴；后侧具有安装孔，通过支架固定螺栓23与支 撑杆固定连接。
[0029] 如图7和图8所示，上方向支架9和是由两部分组成的。为了防止贴好应变片的 模型粧在套入上方向支架时，剐蹭到应变片，造成试验测量问题。在固定模型粧时，先把模 型粧搭靠在方向支架的凹槽内，再把凹槽另外一部分拼上，并用固定螺栓固定。这样能很好 地避免贴好的应变片被蹭坏。下方向支架的结构与上方向支架相同。
[0030] 如图9所示，水平受力方向支架13的一端安装有滑轮7,另一端的过孔内穿设有模 型粧，其上方安装有与其滑配的水平传力架17,通过触点对模型粧的中部进行横向加载。
[0031] 如图10所示，承力盘20可以采用工字形的结构。
[0032] 如图11和图12所示，底座16的四周具有用于安装传力拉杆的孔，其中部通过千 斤顶固定螺栓21固定安装有小型液压千斤顶1，其一侧通过底座固定螺栓22固定安装有支 撑杆固定底座3。
[0033] 在进行轴向受力率定时，为了保证模型粧只受轴向力，避免出现弯矩，同时保证整 个装置受力平衡、稳定，小型液压千斤顶1位于底座16的几何中心，粧尖垫块11贴覆于承 压顶盘10几何中心点的下侧，小型液压千斤顶1、传力底盘2、压力传感器15、模型粧14和 粧尖垫块11的中轴线位于同一竖直线上。这样竖向力在一直线上受力平衡。
[0034] 防止模型粧在轴向受力率定时出现倾斜，受力不合理，如图1和图4所示上方向支 架9和下方向支架6分别固定于支撑杆不同的高度上，且两个方向支架前侧都设有凹槽，把 模型粧14嵌套进去后，用螺栓把凹槽的另外一部分固定上去，这样能很好固定模型粧14， 同时在进行弯矩率定，模型粧14水平受力时，能够有两个稳定的支撑点。
[0035] 底座16和承压顶盘10通过位于四个角的传力拉杆12连接，利用拉杆固定螺栓25 可以调节拉杆底座16和承压顶盘10之间的距离。同时也可以通过支撑杆调整螺栓24调 整支撑杆总长度。这样能够适应不用长度模型粧的测量要求。
[0036] 进行弯矩率定时，为了保证力水平作用在模型粧14的中点，钢丝绳绕过滑轮7,连 接水平受力方向导架13和水平传力架17,以保证作用力是水平的。同时利用安装在钢丝绳 上的拉力传感器18,，可以准确测出拉力大小，确保试验结果的准确性。
[0037] 应变片19、压力传感器15和拉力传感器18均通过导线与应变采集仪26连接；小 型液压千斤顶1和液压泵28通过管道连接；应变采集仪26和液压泵28通过数据线与计算 机27连接，通过计算机27采集数据和控制压力。
[0038] 该结构的粧身内力率定装置，适用于各种长度和刚度的模型粧的测量，能加载各 种大小的压力，并准确控，能方便、准确地对粧身内力进行率定。
[0039] 该内力率定装置根据轴力率定和弯矩率定不同，安装过程不同： 轴力率定试验安装过程：首先，将底座16放置在平整的地面上，把小型液压千斤顶1和 撑杆固定底座3通过螺栓固定在底座16上；然后，把下支撑杆5插入撑杆固定底座3中，把 上支撑杆8套入下支撑杆5中，根据模型粧长度，通过支撑杆调整螺栓24调整支撑杆高度； 接着在不同高度上，从低到高依次安装固定导正块4、下方向支架6和上方向支架9。安装 导正块4时，先把传力底盘2的轴承穿过导正块4的通孔，然后把导正块4安装在合适的高 度，使得传力底盘2和小型液压千斤顶1能够搭接在一起，并且传力底盘2能有足够空间自 由上下移动； 最后安装承压顶盘10,把四根传力拉杆12分别插入底座16四个角预留的孔， 并用螺栓固定在上下侧分别固定住，把承压顶盘10从传力拉杆12的顶部套入，当承压顶盘 10与底座16的距离与模型粧和支撑杆总长度相适应时，用螺栓在上下侧固定，防止承压顶 盘10下落。
[0040] 弯矩率定试验安装过程：首先，将底座16放置在平整的地面上，把小型液压千斤 顶1和撑杆固定底座3通过螺栓固定在底座16上；然后，把下支撑杆5插入撑杆固定底座 3中，把上支撑杆8套入下支撑杆5中，根据模型粧长度，通过支撑杆调整螺栓24调整支撑 杆高度；接着在不同高度上，从低到高依次安装固定导正块4、下方向支架6、上方向支架9 ; 安装导正块4时，先把传力底盘2的轴承穿过导正块4的通孔，然后把导正块4安装在合适 的高度，使得传力底盘2和小型液压千斤顶1能够搭接在一起，并且传力底盘2能有足够空 间自由上下移动；然后在上支撑杆8开孔处安装滑轮7,同时安装水平受力方向导架13,滑 轮7和水平受力方向导架13用同一个螺栓固定；然后用钢丝连接把承力盘20和水平传力 架17、拉力传感器18连接在一起；最后安装承压顶盘10,把四根传力拉杆12分别插入底座 16四个角预留的孔，并用螺栓固定在上下侧分别固定住，把承压顶盘10从传力拉杆12的顶 部套入，当承压顶盘10与底座16的距离与模型粧和支撑杆总长度相适应时，用螺栓在上下 侧固定，防止承压顶盘10下落。
[0041] 该内力率定装置根据轴力率定和弯矩率定不同，测量过程不同： 轴力率定过程：首先，在模型粧14表面贴好应变片19,把模型粧14放上支架，将压力 传感器15放入粧头和传力底盘2的轴承之间，模型粧粧头和压力传感器15搭放在一起，粧 身搭靠在下方向支架6和上方向支架9上，微调方向支架，把方向支架的另外一部分合并 上，用螺栓锁牢，使粧身固定住，防止粧身倾斜。同时在粧尖处放置粧尖垫块11，再通过螺栓 微调承压顶盘10高度，使粧尖垫块11和承压顶盘10轻轻贴覆在一起，没有相互受力。再 微调整体位置，使得小型液压千斤顶1、传力底盘2、压力传感器15、模型粧14和粧尖垫块 11的中轴线位于同一竖直线上；然后，通过导线把应变片19和压力传感器15与应变采集 仪26连接在一起，小型液压千斤顶1和液压泵28通过管道连接，再利用数据线把液压泵28 和应变采集仪26与计算机27连接在一起，通过计算机27测试一下小型液压千斤顶1是否 能正常工作，并在计算机上打开相应的荷载控制和数据记录程序；最后，开始进行内力率定 测量，对模型粧14施加几组不同荷载大小的压力，通过应变采集仪26与计算机27采集应 变片19和压力传感器15的数据。最后进行数据处理计算，即可获得模型粧14轴力率定系 数。
[0042]弯矩率定过程：首先，在模型粧14表面贴好应变片19,将模型粧14穿过水平受力 方向支架13,粧头和传力底盘2的轴承搭放在一起，粧身搭靠在下方向支架6和上方向支 架9上，微调方向支架，把方向支架的另外一部分合并上，用螺栓锁牢，使粧身固定住，防止 粧身倾斜。同时在粧尖处放置粧尖垫块11，再通过螺栓微调承压顶盘10高度，使粧尖垫块 11和承压顶盘10轻轻贴覆在一起，没有相互受力；通过滑轮7,用钢丝绳把承力盘20、水平 传力架17和拉力传感器18连接在一起；然后，通过导线把应变片19和拉力传感器18与应 变采集仪26连接在一起；最后，开始进行弯矩率定，在承力盘20上加上不同重量的砝码，对 模型粧14施加几组不同荷载大小的水平力，通过应变采集仪26与计算机27采集应变片19 和拉力传感器18的数据。最后进行数据处理计算，即可获得模型粧14弯矩率定系数。
[0043] 以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实 施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施 方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种模型粧身内力率定装置，包括竖直的机架，所述机架的底部安装有轴向加载装 置，所述轴向加载装置上安装有模型粧，其特征在于：所述机架的中部安装有用于对模型粧 中段施加荷载的水平加载装置，所述轴向加载装置和水平加载装置中均设有加载传感器， 所述模型粧上设有应变传感器，所述加载传感器和应变传感器通过应变采集仪连接到控制 中心，所述控制中心与轴向加载装置控制连接。2. 根据权利要求1所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述机架是由传力拉 杆相连接的底座和承压顶盘组成，所述轴向加载装置包括液压千斤顶、传力底盘和粧尖垫 块，所述粧尖垫块安装于承压顶盘的底部中心，所述液压千斤顶安装于底座的中心，所述传 力底盘安装于液压千斤顶的上方，所述模型粧安装于传力底盘和粧尖垫块之间。3. 根据权利要求2所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述机架上安装有支 撑杆，所述水平加载装置包括安装于支撑杆上的上方向支架、水平受力支架和下方向支架， 所述上方向支架、水平受力支架和下方向支架上均具有用于穿设模型粧的过孔，所述水平 受力支架上安装有滑轮和传力架，所述传力架上具有用于加载水平载荷的触点，所述传力 架与承力盘通过钢丝绳连接，所述钢丝绳绕设于滑轮上。4. 根据权利要求3所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述加载传感器包括 压力传感器和拉力传感器，所述压力传感器安装于轴向加载装置与模型粧之间，所述拉力 传感器安装于钢丝绳上。5. 根据权利要求4所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述液压千斤顶、传力 底盘、压力传感器、模型粧和粧尖垫块的中轴线位于同一竖直线上；所述传力拉杆是安装于 底座和承压顶盘的四个角部的四条拉杆，其安装处通过拉杆固定螺栓固定连接。6. 根据权利要求3所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述上方向支架的过 孔孔处具有可拆卸的夹块，所述下方向支架的过孔处具有可拆卸的夹块。7. 根据权利要求3所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述支撑杆包括两段 直径不同下支撑杆和上支撑杆，所述上支撑杆套入下支撑杆中，所述下支撑杆上设有用于 调整支撑杆长度的支撑杆调整螺栓。8. 根据权利要求7所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述上支撑杆上具有 通槽，所述滑轮安装于通槽内。9. 根据权利要求2所述的模型粧身内力率定装置，其特征在于：所述液压千斤顶连接 到液压泵，所述控制中心是计算机，所述计算机与液压泵相连接。10. -种使用权利要求1所述的模型粧身内力率定装置的率定方法，其特征在于：利用 轴向加载对模型粧竖向加载，进行轴向受力率定时，粧身只受轴向力，通过压力传感器测得 轴向力N，应变片处的应变f，得到轴力率定系数心：式中A为模型粧弹性模量；J为模型粧截面积； 利用水平加载装置对模型粧横向加载，进行水平受力率定时，粧身中段受到水平力作 用，通过拉力传感器测得水平作用力尺上下两个方向支架间的距离为7,此时作用在粧身 不同截面上的弯矩以通过集中荷载作用下的简支梁弯矩计算方法得到，再通过应变片 测得截面上下的拉、压应变之差Z G得到弯矩率定系数式中J为模型粧截面惯性矩；&为拉、压应变测点间距； 把试验过程中测到的应变再乘以相应的率定系数，得到模型粧的实际内力情况。
【专利摘要】本发明公开了一种模型桩身内力率定装置及方法，该装置包括底部安装有轴向加载装置的竖直机架，在轴向加载装置上安装有模型桩，机架的中部安装有水平加载装置，轴向加载装置和水平加载装置中均设有加载传感器，模型桩上设有应变传感器，加载传感器和应变传感器通过应变采集仪连接到控制中心，控制中心与轴向加载装置控制连接。该装置利用小型液压千斤顶对模型桩精确轴向加载，通过测得模型桩不同位置应变片的应变数值，以求得应变片应变与所在位置桩身轴力之间的轴力率定系数。通过滑轮在桩中段施加集中荷载，通过测得模型桩截面应变片的应变差，以求得应变片应变差与所在桩身截面处弯矩的弯矩率定系数。本发明可以更加准确地测定桩身内力。
【IPC分类】E02D33/00
【公开号】CN104895126
【申请号】CN201510345724
【发明人】黄挺, 郑金海, 林捷, 吴彬
【申请人】河海大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日
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