全文摘要
本实用新型提供一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，包括模型箱，模型箱中自底向上分层填筑地基土，地基土中埋设有桩，它还包括位于桩顶上方的竖向加载承载板、限制竖向加载承载板水平向位移的四根支撑杆和位于竖向加载承载板与桩之间的桩顶套件；竖向加载承载板与支撑杆通过螺帽固定连接，支撑杆通过竖向滚轴连接于模型箱的外侧壁上，且支撑杆通过滚轴作用连同承载板一起仅发生竖向位移；桩顶套件采用H形钢质套环，以对桩顶起到水平滑移约束作用；该装置通过插入反转后承载板的预留孔洞模拟桩顶嵌固约束。本实用新型可以模拟桩顶水平滑移约束和嵌固约束，更加贴近实际的模拟工程中桩身受力与变形，增加桩基模型试验的多样化和便捷性。
主设计要求
1.一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，包括模型箱，模型箱中自底向上分层填筑地基土，地基土中埋设有桩，其特征在于：它还包括位于桩顶上方的竖向加载承载板(1)、限制竖向加载承载板水平向位移的四根支撑杆(2)和位于竖向加载承载板与桩之间的桩顶套件(3)；所述竖向加载承载板(1)与支撑杆(2)通过螺帽(4)固定连接，支撑杆(2)通过竖向滚轴(5)连接于模型箱的外侧壁上，且支撑杆(2)通过滚轴作用连同承载板一起仅发生竖向位移；桩顶套件(3)采用H形钢质套环。
设计方案
1.一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，包括模型箱，模型箱中自底向上分层填筑地基土，地基土中埋设有桩，其特征在于：它还包括位于桩顶上方的竖向加载承载板(1)、限制竖向加载承载板水平向位移的四根支撑杆(2)和位于竖向加载承载板与桩之间的桩顶套件(3)；所述竖向加载承载板(1)与支撑杆(2)通过螺帽(4)固定连接，支撑杆(2)通过竖向滚轴(5)连接于模型箱的外侧壁上，且支撑杆(2)通过滚轴作用连同承载板一起仅发生竖向位移；桩顶套件(3)采用H形钢质套环。
2.根据权利要求1所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，其特征在于：所述竖向加载承载板(1)采用钢板，竖向加载承载板的四角处分别设有直径与支撑杆(2)直径相同的孔洞，竖向加载承载板的中心处设有直径与桩顶套件(3)外壁直径相同的凹口，当凹口向上时，凹口内设置钢质垫块(6)，垫块(6)直径与凹口直径相同，厚度与凹口深度相同。
3.根据权利要求1所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，其特征在于：所述支撑杆(2)的上部设有外螺纹，支撑杆(2)的上部穿过竖向加载承载板(1)四角处的孔洞通过上下螺帽(4)与竖向加载承载板(1)固定，支撑杆(2)的下部穿过2个竖向滚轴(5)。
4.根据权利要求1或3所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，其特征在于：所述竖向滚轴(5)内芯中空，竖向滚轴(5)的内壁直径与支撑杆(2)直径相同，竖向滚轴(5)的内壁外侧为4组钢质滚珠及润滑油填充，竖向滚轴(5)的使得支撑杆(2)可竖向自由位移；所述竖向滚轴(5)通过底座与模型箱焊接固定，竖向滚轴(5)可限制支撑杆(2)的水平向位移。
5.根据权利要求1所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，其特征在于：通过在所述桩顶套件(3)上部凹口内设置钢质滚珠(7)及其填充润滑油来模拟桩顶水平滑移约束条件，通过将竖向加载承载板翻转，取出中心垫块(6)，将桩顶套件嵌入竖向加载承载板凹口来模拟桩顶嵌固约束。
6.根据权利要求1或5所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，其特征在于：所述桩顶套件(3)的上部凹口深度为钢质滚珠(7)直径的2\/3，桩顶套件(3)的下部凹口深度为试验桩横截面直径的1.5～2.0倍，桩顶套件(3)的下部凹口直径与桩横截面直径相同。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及岩土模型试验技术领域，特别是一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置。
背景技术
桩基模型试验是通过室内有限尺寸模型来揭示实际工程桩基的受力特种，以指导实际桩基工程的设计与施工，是桩基力学性能分析的重要手段，具有试验条件可控、可考虑因素多样化和试验成本经济等技术优势，在桩基工程科研与施工设计中被广泛应用。然而，目前的桩基模型试验中桩顶多采用焊接固定或自由变形，极少考虑桩顶约束条件的影响，这与实际工程中桩顶的受力与变形情况是不相符的。
尤其近年来随着基础设施建设的迅速发展，在既有桩基附近堆载的工况经常出现，势必引起既有桩基的水平被动受荷，使得桩基的承载性状发生明显改变，极易引发工程事故。然而，与新建桩基可采用现场载荷试验来揭示桩基受力特性不同，此类桩大多在前期设计时为竖向承载桩，后期使用时由于遇到不平衡堆载而被动侧向受荷，基本无法采用传统现场载荷试验分析其受力特征，该工况下室内模型试验具有明显的技术优势，但截至目前，对这种堆载作用下考虑周围土体移动影响的被动桩受力性状研究相对薄弱，尤其是对存在桩顶约束的既有桩基的研究近乎空白，目前开展的被动桩载荷模型中并没有考虑到桩顶约束的影响。
实用新型内容
为解决上述现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，该装置为了在桩基模型试验中能够更贴合工程实际的考虑桩顶约束的影响，增加了桩基模型试验的多样化和便捷性。
为实现上述目的，本实用新型的采用如下技术方案：
本实用新型提供了一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，包括模型箱，模型箱中自底向上分层填筑地基土，地基土中埋设有桩，它还包括位于桩顶上方的竖向加载承载板、限制竖向加载承载板水平向位移的四根支撑杆和位于竖向加载承载板与桩之间的桩顶套件；所述竖向加载承载板与支撑杆通过螺帽固定连接，支撑杆通过竖向滚轴连接于模型箱的外侧壁上，且支撑杆通过滚轴作用连同承载板一起仅发生竖向位移；桩顶套件采用H形钢质套环，以对桩顶起到约束作用。
根据上述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，所述竖向加载承载板采用钢板，竖向加载承载板的四角处分别设有直径与支撑杆直径相同的孔洞，竖向加载承载板的中心处设有直径与桩顶套件外壁直径相同的凹口，当凹口向上时，凹口内设置钢质垫块，垫块直径与凹口直径相同，厚度与凹口深度相同。
根据上述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，所述支撑杆的上部设有外螺纹，支撑杆的上部穿过竖向加载承载板四角处的孔洞通过上下螺帽与竖向加载承载板固定，支撑杆的下部穿过2个竖向滚轴。
根据上述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，所述竖向滚轴内芯中空，竖向滚轴的内壁直径与支撑杆直径相同，竖向滚轴的内壁外侧为4组钢质滚珠及润滑油填充，竖向滚轴的使得支撑杆可竖向自由位移；所述竖向滚轴通过底座与模型箱焊接固定，竖向滚轴可限制支撑杆的水平向位移。
根据上述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，通过在所述桩顶套件上部凹口内设置钢质滚珠及其填充润滑油来模拟桩顶水平滑移约束条件，通过将竖向加载承载板翻转，取出中心垫块，将桩顶套件嵌入竖向加载承载板凹口来模拟桩顶嵌固约束。
根据上述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，所述桩顶套件的上部凹口深度为钢质滚珠直径的2\/3，桩顶套件的下部凹口深度为试验桩横截面直径的1.5～2.0倍，桩顶套件的下部凹口直径与桩横截面直径相同。
本实用新型还提供了一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束试验装置的使用方法，包括如下步骤：
(1)将支撑杆的上部内穿竖向加载承载板四角处的孔洞，并在竖向承载板的上下两侧用螺帽固定；
(2)将桩顶套件的下部凹口套入桩顶，在桩顶套件上部凹口内设置6～8颗钢质滚珠，并在钢质滚珠的孔隙内填充润滑油，减少试验中桩顶发生水平滑移时的摩阻力；
(3)将连接好支撑杆的竖向加载承载板放到桩顶上方，支撑杆的下部穿入竖向滚轴中，通过四根支撑杆和中心试验桩支撑竖向加载承载板；
(4)根据试验工况，在竖向加载承载板上放置竖向荷载配重块，用于模拟桩基轴向承载；
(5)在桩基一侧施加堆载，开展桩顶为水平滑移约束时的水平被动受荷试验。
根据上述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束试验装置的使用方法，在步骤(1)和(2)中将所述竖向加载承载板反转，取出中心处的钢质垫块，并将桩顶套件嵌入竖向加载承载板的凹口中，用于开展桩顶为嵌固约束时的桩基被动受荷试验。
本实用新型的有益效果：本实用新型通过桩顶套件的设置与承载板的共同作用，实现了对桩顶水平滑移约束与嵌固约束的模拟，可最大程度地反映实际工程中桩基的受力与变形；同时，通过竖向滚轴的设置，不仅实现了支撑杆对承载板水平向位移的限制，而且还可以实现承载板的竖向自由滑移，更加符合实际的反映了既有桩基的竖向承载性能，为传统桩基水平载荷试验和既有桩基被动受荷模型试验桩顶约束模拟提供了新的技术手段。
附图说明
图1为本实用新型的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束试验装置结构示意图；
图2为本实用新型的试验装置中竖向滚轴横剖面示意图；
图3为本实用新型的试验装置中桩顶套件横剖面示意图；
图4为本实用新型一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束试验装置的实施例一的示意图；
图5为本实用新型一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束试验装置的实施例二的示意图；
其中：1竖向加载承载板；2支撑杆；3桩顶套件；4螺帽；5竖向滚轴；6垫块；7钢质滚珠；8试验桩；9桩顶荷载配重；10润滑油；11滚轴焊接底座；12模型箱；13地基土；14砂垫层；15堆载加荷承载板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实用新型提供了一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，包括模型箱，模型箱中自底向上分层填筑地基土，地基土中埋设有桩，它还包括位于桩顶上方的竖向加载承载板1、限制竖向加载承载板水平向位移的四根支撑杆2和位于竖向加载承载板与桩之间的桩顶套件3；所述竖向加载承载板1与支撑杆2通过螺帽4固定连接，支撑杆2通过竖向滚轴5连接于模型箱的外侧壁上，且支撑杆2通过滚轴作用连同承载板一起仅发生竖向位移；桩顶套件3采用H形钢质套环。
所述竖向加载承载板1采用钢板，竖向加载承载板的四角处分别设有直径与支撑杆2直径相同的孔洞，竖向加载承载板的中心处设有直径与桩顶套件3外壁直径相同的凹口，当凹口向上时，凹口内设置钢质垫块6，垫块6直径与凹口直径相同，厚度与凹口深度相同。
所述支撑杆2的上部设有外螺纹，支撑杆2的上部穿过竖向加载承载板1四角处的孔洞通过上下螺帽4与竖向加载承载板1固定，支撑杆2的下部穿过2个竖向滚轴5。
所述竖向滚轴5内芯中空，竖向滚轴5的内壁直径与支撑杆2直径相同，竖向滚轴5的内壁外侧为4组钢质滚珠及润滑油填充，竖向滚轴5的使得支撑杆2可竖向自由位移；所述竖向滚轴5通过底座与模型箱焊接固定，竖向滚轴5可限制支撑杆2的水平向位移。
通过在所述桩顶套件3上部凹口内设置钢质滚珠7及其填充润滑油来模拟桩顶水平滑移约束条件，通过将竖向加载承载板翻转，取出中心垫块6，将桩顶套件嵌入竖向加载承载板凹口来模拟桩顶嵌固约束。
所述桩顶套件3的上部凹口深度为钢质滚珠7直径的2\/3，桩顶套件3的下部凹口深度为试验桩横截面直径的1.5～2.0倍，桩顶套件3的下部凹口直径与桩横截面直径相同。
实施方式1
本实用新型的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置的使用方法，如图1-4所示，开展桩顶为水平滑移约束时的水平被动受荷试验，具体包括以下步骤：
1.根据模拟工况在模型箱12中由底向上分层填筑地基土13，每层厚度20cm，并将试验桩8埋入地基土13中，用以模拟试验中的既有承载桩；
2.将桩顶套件3下端凹口套入试验桩桩顶，在桩顶套件上端凹口内设置6～8颗钢质滚珠，并在孔隙内填充润滑油，减少试验中桩顶发生水平滑移时的摩阻力，如图3所示；
3.将支撑杆2上部内穿竖向加载承载板1四角处的孔洞，并在承载板上下两侧用螺帽4固定，使其连接牢固；
4.将连接好支撑杆2的竖向加载承载板1放到桩顶上方，支撑杆下部穿入竖向滚轴5，通过四根支撑杆2和中心试验桩8支撑竖向加载承载板1；
5.根据试验工况，在竖向加载承载板1上放置一定重量竖向荷载配重块9，用于施加桩身轴向荷载；
6.在试验桩8一侧的地基土13顶表面铺设5cm后细砂垫层14，在砂垫层14上放置堆载加荷承载板15并施加堆载，开展邻近堆载作用下既有桩基桩顶水平滑移约束时的被动受荷性能模型试验。
实施方式2
本实用新型的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置的使用方法，如图1-3及5所示，开展桩顶为嵌固约束时的水平被动受荷试验，具体包括以下步骤：
1.根据模拟工况在模型箱12中由底向上分层填筑地基土13，每层厚度20cm，并将试验桩8埋入地基土13中，用以模拟试验中的既有承载桩；
2.将桩顶套件3下部凹口套入试验桩桩顶，使其接触牢固；
3.将竖向加载承载板1翻转，取出垫块6，并将支撑杆2上部内穿竖向加载承载板1四角处的孔洞，承载板上下两侧用螺帽4固定，使其连接牢固；
4.将连接好支撑杆2的竖向加载承载板1放到桩顶上方，使桩顶套件3嵌入竖向加载承载板1凹口中，在支撑杆下部穿入竖向滚轴5，通过四根支撑杆2和中心试验桩8支撑竖向加载承载板1；
5.根据试验工况，在竖向加载承载板1上放置一定重量竖向荷载配重块9，用于施加桩身轴向荷载；
6.在试验桩8一侧的地基土13顶表面铺设5cm厚细砂垫层14，在砂垫层14上放置堆载加荷承载板15并施加堆载，开展邻近堆载作用下既有桩基桩顶嵌固约束时的被动受荷性能模型试验。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920123830.1
申请日:2019-01-24
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:41(河南)
授权编号:CN209686469U
授权时间:20191126
主分类号:E02D33/00
专利分类号:E02D33/00
范畴分类:36C;36E;
申请人:郑州大学
第一申请人:郑州大学
申请人地址:450001 河南省郑州市高新区科学大道100号郑州大学新校区
发明人:张浩;孙凯;张亚沛;张景飞;时刚
第一发明人:张浩
当前权利人:郑州大学
代理人:汤东凤
代理机构:11350
代理机构编号:北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙) 11350
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计