一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置及使用方法

摘要

一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置及使用方法，属于振动台试验技术领域。配重柱脚设在振动台外侧，并通过空心钢管与侧限架连接，桩头挡板套在模型桩桩头，侧限架内有侧限框，侧限框内有导向车，导向车放在桩头挡板上且有与侧限框以及桩头挡板贴合的滑轮。设计并预制各部件的尺寸，将桩头挡板套在模型桩桩头，对桩头挡板及侧限框进行润滑油涂抹，确定配重柱脚的位置并对所有部件进行逐一装配，将导向车放置在侧限框内，在导向车中均放置质量块。本发明在对模型桩进行轴向加载的同时消除来自上部结构的惯性荷载的影响，极大地提升试验的执行效率，安装快捷且易于拆卸，节能环保。

权利要求

1.一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，其特征在于：包括侧限架(1)、侧限框(6)、四个配重柱脚(2)、四个空心钢管(5)、多个模型桩(7)、多个导向车(3)以及多个桩头挡板(4)；所述四个配重柱脚(2)沿振动台(8)的周向设置在振动台(8)的外侧，所述侧限架(1)水平设置在多个模型桩(7)的上端且通过四个空心钢管(5)与四个配重柱脚(2)一一对应可拆卸固定连接，所述多个桩头挡板(4)分别套装在对应的模型桩(7)的桩头，所述侧限架(1)内设有水平设置的侧限框(6)，所述侧限框(6)内放置有多个导向车(3)，所述多个导向车(3)分别放置在对应的桩头挡板(4)上且下端以及左右外侧面均设有多个滑轮(9)，位于左右外侧面的多个所述滑轮(9)分别与侧限框(6)对应的侧壁紧密贴合，位于下端的多个滑轮(9)与桩头挡板(4)的上表面紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，其特征在于：所述侧限架(1)、侧限框(6)、四个配重柱脚(2)、四个空心钢管(5)、多个导向车(3)以及多个桩头挡板(4)均通过钢材预制而成。

3.根据权利要求2所述的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，其特征在于：所述四个配重柱脚(2)呈矩形阵列设置。

4.根据权利要求2所述的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，其特征在于：所述四个空心钢管(5)与振动台(8)的外侧面之间设有间隙。

5.根据权利要求2所述的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，其特征在于：所述侧限框(6)包括两个横梁以及多个纵梁，所述多个纵梁固定设置在两个横梁之间，且每两个纵梁之间均形成放置槽，所述多个导向车(3)分别放置在对应的放置槽内。

6.根据权利要求5所述的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，其特征在于：每相邻两个所述纵梁之间的距离均大于振动台(8)运转时对应的模型桩(7)的位移距离，两个所述横梁之间的距离大于对应的模型桩(7)的宽度。

7.根据权利要求6所述的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，其特征在于：两个所述横梁之间的距离大于对应的模型桩(7)的宽度3～5厘米。

8.根据权利要求1所述的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，其特征在于：所述导向车(3)下端的多个滑轮(9)固定在导向车(3)的中部。

9.根据权利要求8所述的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，其特征在于：所述导向车(3)下端的多个滑轮(9)呈直线型均布设置。

10.一种根据权利要求1‑9中任一权利要求所述的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置的使用方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤一：设计并预制侧限架(1)、侧限框(6)、四个配重柱脚(2)、四个空心钢管(5)、多个导向车(3)以及多个桩头挡板(4)的尺寸；

步骤二：将多个桩头挡板(4)分别套装在对应的模型桩(7)的桩头处；

步骤三：对每个桩头挡板(4)的外表面以及侧限框(6)每个与导向车(3)相对的内侧壁均进行润滑油涂抹处理；

步骤四：确定配重柱脚(2)的位置，并对所有部件进行逐一装配；

步骤五：将导向车(3)放置在侧限框(6)内，使其坐落在对应的模型桩(7)上方的桩头挡板(4)上；

步骤六：在每个导向车(3)中均放置质量块。

说明书

一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置及使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置及使用方法，属于振动台试验技术领域。

背景技术

[0002] 自2000年以来，我国大陆进入了新的地震活跃期，平均每年发生20次5级以上、3.8次6级以上以及0.6次7级以上地震，桩基础结构震害问题严重。因此，桩基工程地震反应分
析已成为了一个重要且备受关注的科学问题。

[0003] 地震作用下的桩基础受荷是一个异常复杂的问题，这往往涉及到一系列同时发生和相互补偿的荷载作用，包括来自上部结构的轴向荷载、惯性荷载以及桩‑土动力相互作用
等。

[0004] 为了探明地震条件下桩基受荷机理与失效机制，自1964年日本新潟地震和美国阿拉斯加地震以来，国内外众多学者针对不同工况开展了桩基地震反应物理模型试验研究，
且研究手段往往采用振动台试验。为了能够真正做到有效探究各项荷载在桩基失效问题中
发挥的职能，要求我们在执行振动台试验的过程中对桩基础模型受到的各种荷载作用进行
充分解耦。

[0005] 然而，现有振动台试验技术往往采用直接在桩头固接配重质量块的方式模拟地震作用下上部结构对桩基础的作用。由于这种加载技术天然地具有无法对来自上部结构的轴
向荷载、惯性荷载进行解耦的缺点，导致桩基础地震荷载效应物理模型试验研究进展缓慢。

[0006] 由此可见，现有振动台试验加载装置及技术方法有待进一步地优化与改进。

发明内容

[0007] 为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置及使用方法。

[0008] 实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，包括侧限架、侧限框、四个配重柱脚、四个空心钢管、多个导向车以及多个桩头挡
板；所述四个配重柱脚沿振动台的周向设置在振动台的外侧，所述侧限架水平设置在多个
模型桩的上端且通过四个空心钢管与四个配重柱脚一一对应可拆卸固定连接，所述多个桩
头挡板分别套装在对应的模型桩的桩头，所述侧限架内设有水平设置的侧限框，所述侧限
框内放置有多个导向车，所述多个导向车分别放置在对应的桩头挡板上且下端以及左右外
侧面均设有多个滑轮9，位于左右外侧面的多个所述滑轮9分别与侧限框对应的侧壁紧密贴
合，位于下端的多个滑轮9与桩头挡板的上表面紧密贴合。

[0009] 本发明的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置的使用方法，包括如下步骤：

[0010] 步骤一：设计并预制侧限架、侧限框、四个配重柱脚、四个空心钢管、多个导向车以及多个桩头挡板的尺寸；

[0011] 步骤二：将多个桩头挡板分别套装在对应的模型桩的桩头处；

[0012] 步骤三：对每个桩头挡板的外表面以及侧限框每个与导向车相对的内侧壁均进行润滑油涂抹处理；

[0013] 步骤四：确定配重柱脚的位置并对所有部件进行逐一装配；

[0014] 步骤五：将导向车放置在侧限框内，使其坐落在对应的模型桩上方的桩头挡板上；

[0015] 步骤六：在每个导向车中均放置质量块。

[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0017] 1、本发明通过对振动台试验过程中模型桩受到的来自桩顶配重块的惯性荷载、轴向荷载进行充分解耦，消除惯性相互作用对模型桩动力响应的影响，从而达到有效探究各
项荷载在桩基失效问题中所发挥职能的目的。以便在后续的试验数据分析中实现对两类荷
载效应在桩基失效问题中发挥职能的有效辨析；能够对来自上部结构的两类荷载效应(轴
向荷载、惯性荷载)进行有效解耦，在振动过程中由于侧向滑轮的作用，可以消除结构惯性
荷载对结构的影响，仅考虑轴向荷载对桩基的影响，在对模型桩进行轴向加载的同时消除
来自上部结构的惯性荷载的影响。

[0018] 2、本发明能够实时根据试验方案的调整对导向车内的配重块质量进行增减，极大地提升试验的执行效率，便捷高效；

[0019] 3、采用预制装配式集成，能够适用于各类试验场地条件，安装快捷且易于拆卸，节能环保；

附图说明

[0020] 图1是本发明的主视图，其中箭头表示振动台振动方向；

[0021] 图2是图1的俯视图，其中箭头表示振动台振动方向；

[0022] 图3是侧限架以及侧限框的连接关系示意图。

具体实施方式

[0023] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中
的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，
都属于本发明保护的范围。

[0024] 具体实施方式一：如图1～图3所示，本发明公开了一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置，包括侧限架1、侧限框6、四个配重柱脚2、四个空心钢管5、多个导向车3以
及多个桩头挡板4；所述四个配重柱脚2沿振动台8的周向设置在振动台8的外侧，所述侧限
架1水平设置在多个模型桩7的上端且通过四个空心钢管5与四个配重柱脚2一一对应可拆
卸固定连接(侧限架1为矩形框架，矩形框架的四个角部以及每个配重柱脚2的中部均设有
安装孔，矩形框架每个角部的下端以及每个配重柱脚2的上端均设有安装板，每个安装板以
及每个空心钢管5的上下两端均设有螺纹孔，每个空心钢管5的下端紧密地插入对应的配重
柱脚2的安装孔内，每个空心钢管5的上端紧密地插入矩形框架对应的安装孔内，并通过螺
栓旋入对应螺纹孔的方式螺纹锁紧固定连接，用螺栓进行连接可满足刚度要求)，所述多个
桩头挡板4分别套装在对应的模型桩7的桩头，所述侧限架1内设有水平设置的侧限框6，所
述侧限框6内放置有多个导向车3，所述多个导向车3分别放置在对应的桩头挡板4上且下端
以及左右外侧面均设有多个滑轮9，位于左右外侧面的多个所述滑轮9分别与侧限框6对应
的侧壁紧密贴合，位于下端的多个滑轮9与桩头挡板4的上表面紧密贴合。

[0025] 具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述侧限架1、侧限框6、四个配重柱脚2、四个空心钢管5、多个导向车3以及多个桩头挡板4均通过钢
材预制而成。

[0026] 具体实施方式三：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式二作出的进一步说明，所述四个配重柱脚2呈矩形阵列设置。

[0027] 具体实施方式四：如图1、2所示，本实施方式是对具体实施方式二作出的进一步说明，所述四个空心钢管5与振动台8的外侧面之间设有间隙，以保证振动台8运转时不会与支
撑用空心钢管5发生碰撞。

[0028] 具体实施方式五：如图1、3所示，本实施方式是对具体实施方式二作出的进一步说明，所述侧限框6包括两个横梁以及多个纵梁，所述多个纵梁固定设置在两个横梁之间，且
每两个纵梁之间均形成放置槽，所述多个导向车3分别放置在对应的放置槽内。

[0029] 具体实施方式六：如图1、2所示，本实施方式是对具体实施方式五作出的进一步说明，每相邻两个所述纵梁之间的距离均大于振动台8运转时对应的模型桩7的位移距离，以
保证试验时其内的导向车3不与模型桩7发生脱离；两个所述横梁之间的距离大于对应的模
型桩7的宽度(直径)，以便于后续执行导向车3的安放并保证振动台8试验进行时车体侧壁
不与侧限框6发生接触。

[0030] 具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六作出的进一步说明，两个所述横梁之间的距离大于对应的模型桩7的宽度3～5厘米。

[0031] 具体实施方式八：如图1、2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述导向车3下端的多个滑轮9固定在导向车3的中部，以防止执行试验时模型桩与导向
车滑轮9发生分离。

[0032] 具体实施方式九：如图1、2所示，本实施方式是对具体实施方式八作出的进一步说明，所述导向车3下端的多个滑轮9呈直线型均布设置。

[0033] 具体实施方式十：一种根据具体实施方式一至九中任一具体实施方式所述的一种具有荷载解耦功能的振动台试验加载装置的使用方法，所述方法包括如下步骤：

[0034] 步骤一：根据实际振动台及多个模型桩7的尺寸以及布置位置，设计并预制侧限架1、侧限框6、四个配重柱脚2、四个空心钢管5、多个导向车3以及多个桩头挡板4的尺寸；所述
尺寸包括侧限架1的平面尺寸(长度以及宽度)以及厚度(对厚度进行设计时一方面要考虑
经济性的要求，另一方面还需满足对导向车3提供足够支撑，以防止本发明运转时导向车3
或内部配重块掉落)、侧限框6的长宽高尺寸、四个配重柱脚2的长宽高尺寸、四个空心钢管5
的截面尺寸(对空心钢管5的截面尺寸进行设计时，主要考虑其承载来自侧限架1的重力荷
载，确保其能够在不发生弯曲破坏、屈曲失稳的前提下对侧限架1进行有效支撑)、多个导向
车3的长宽高尺寸以及多个桩头挡板4的长宽高尺寸。

[0035] 步骤二：按照步骤一的尺寸布置土体、模型桩7等，将多个桩头挡板4分别套装(嵌套)在对应的模型桩7的桩头处；

[0036] 步骤三：对每个桩头挡板4的外表面以及侧限框6每个与导向车3相对的内侧壁均进行润滑油涂抹处理，这一处置方式是为了保证模型桩7与带滑轮9配重块的导向车3之间
进行充分润滑地接触，以达到消除模型桩所受惯性荷载的目的以及便于导向车3的安放；

[0037] 步骤四：确定(依据模型箱位置，间隔模型箱外边界50cm)配重柱脚2的位置，其位置须满足振动台装置运转时不与支撑用空心钢管5发生碰撞的要求，并对所有部件进行逐
一装配；

[0038] 步骤五：将导向车3放置在侧限框6内，使其平稳地坐落在对应的模型桩7上方的桩头挡板4上；

[0039] 步骤六：根据试验需求，在每个导向车3中均放置质量块，开启振动台8即可实现在消除配重块惯性相互作用的条件下对模型桩施加轴向荷载。

[0040] 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条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。

[0041] 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。