一种能量桩水平和竖向加载测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种能量桩水平和竖向加载测试装置。


背景技术：

2.基于地源热泵技术，将热交换管直接埋入桩基中，称作能量桩。它有效减少了热交换管埋设所占空间，大大降低了工程造价，从而成为诸多学者近年来的重点研究对象。能量桩在未来得以推广，首先要确保其不影响上部建筑物的安全及正常使用。因此，研究温度循环下外荷载对桩基力学性质的影响就显得尤为重要。
3.在现有试验装置中，均对能量桩桩顶施加竖向荷载，来观测能量桩的热力学参数，从而判断其对能量桩热力学特性的影响。但在桥面除冰、坡地桩基、排桩支护等能量桩技术的应用中，桩基会受到明显的水平荷载作用，产生水平位移，对建筑结构的安全稳定造成一定的影响。因此，采用一种能量桩的水平加载装置，观测能量桩在温度循环及水平荷载影响下的热力学响应，对于能量桩的现场施工及推广应用具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种能量桩水平和竖向加载测试装置。
5.为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种能量桩水平和竖向加载测试装置，包括模型槽、模型桩、钢板、钢筋、竖梁ⅰ、竖梁ⅱ和横梁。
6.所述模型槽的上端敞口且设置有外卷边，模型槽内填充有土体，模型桩的下端安装到土体中。
7.所述模型桩内设置有u型导热管，u型导热管的上端伸出模型桩并与模型槽外侧的温控循环仪连接。所述模型桩的侧壁上设置有两条竖直的坑线，光纤光栅传感器密封在两条坑线中，光纤光栅传感器与模型槽外侧的光纤解调仪相匹配。
8.所述模型槽的一侧设置有供钢筋穿过的若干通孔，若干通孔的外侧设置有竖直的钢板，两条坑线所在的同一平面与钢板平行。所述钢板面向模型槽的一侧固定有若干百分表，这些百分表沿竖直方向等间距布置。
9.若干水平的所述钢筋分别穿过模型槽上的若干通孔，钢筋伸入模型槽的一端与模型桩抵紧，另一端与钢板上对应的百分表抵紧。
10.所述竖梁ⅰ和竖梁ⅱ分别固定在两个不相邻的外卷边上，竖梁ⅰ靠近钢板，横梁连接在竖梁ⅰ和竖梁ⅱ之间，横梁与钢板垂直且与钢板上的若干百分表位于同一竖直平面上。
11.所述模型桩的上端安装有竖向加载板，竖向加载板的上表面与作动器的加载底端抵紧，作动器固定在横梁上。若干所述百分表通过磁性表座固定在横梁的下表面，这些百分表与竖向加载板抵紧。
12.所述竖梁ⅱ背向竖梁ⅰ的一侧固定有滑轮支架，滑轮支架上设置有定滑轮。
13.所述模型桩露出土体的外壁上贴合有水平加载垫片，水平加载垫片为弧形板，水平加载垫片与钢丝绳ⅰ连接，钢丝绳ⅰ绕过定滑轮并与砝码底座连接，砝码底座上放置有砝
码。
14.进一步，所述水平加载垫片的每个角上均连接有钢丝绳ⅱ，钢丝绳ⅱ的直径小于钢丝绳ⅰ的直径，每个钢丝绳ⅱ均绕过模型桩并与钢丝绳ⅰ连接。
15.进一步，所述竖梁ⅰ和竖梁ⅱ均采用螺栓与外卷边连接，竖梁ⅰ和竖梁ⅱ均采用螺栓与横梁连接，滑轮支架的下端采用螺栓与竖梁ⅱ连接，滑轮支架靠近竖梁ⅱ的下端。
16.进一步，所述钢板上的百分表的指针与钢筋的端部相抵，横梁下表面的百分表的指针与竖向加载板的上表面相抵。
17.进一步，所述水平加载垫片的曲率半径与模型桩桩径对应。
18.进一步，所述模型槽由透明亚克力板拼接而成，模型槽的棱边采用钢材加固。
19.进一步，所有所述百分表均通过串口与采集仪连接。
20.本实用新型的有益效果在于：
21.1.可以同时进行能量桩的水平和竖向加载，包括能量桩水平荷载与温度循环、竖向荷载与温度循环、以及水平竖向混合与温度循环，完成能量桩的水平极限承载特性分析；
22.2.可以精确测量桩体的水平和竖向位移、水平和竖向极限承载力，同时具有温度和应变测量装置，进一步完成能量桩弯矩、倾斜度和桩身挠度等参数的计算分析，完成能量桩在水平荷载下的热力学响应测试。
附图说明
23.图1为模型槽整体示意图；
24.图2为能量桩整体示意图；
25.图3为温度循环仪及解调仪示意图；
26.图4为能量桩水平与竖向加载整体示意图；
27.图5为竖向荷载加载装置示意图；
28.图6为水平荷载加载装置示意图。
29.图中：模型槽1、外卷边101、模型桩2、u型导热管201、光纤光栅传感器202、温控循环仪301、光纤解调仪302、钢板401、钢筋402、百分表403、竖梁ⅰ501、竖梁ⅱ502、横梁503、作动器504、矩形孔洞505、竖向加载板511、水平加载垫片601、钢丝绳ⅰ602、滑轮支架603、定滑轮604、砝码底座605、砝码606和钢丝绳ⅱ607。
具体实施方式
30.下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。
31.实施例1：
32.本实施例公开了一种能量桩水平和竖向加载测试装置，包括模型槽1、模型桩2、钢板401、钢筋402、竖梁ⅰ501、竖梁ⅱ502和横梁503。
33.所述模型槽1由透明亚克力板拼接而成，模型槽1的棱边采用钢材加固，参见图1，所述模型槽1的上端敞口且设置有外卷边101，模型槽1内填充有土体，模型桩2的下端安装到土体中。
34.参见图2或3，所述模型桩2内设置有u型导热管201，u型导热管201的上端伸出模型桩2并与模型槽1外侧的温控循环仪301连接。所述模型桩2的侧壁上设置有两条竖直的坑线，光纤光栅传感器202采用胶水密封在两条坑线中，光纤光栅传感器202的上端伸出模型桩2的上端面，光纤光栅传感器202与模型槽1外侧的光纤解调仪302相匹配。
35.所述模型槽1的一侧设置有供钢筋402穿过的若干通孔，若干通孔的外侧设置有竖直的钢板401，两条坑线所在的同一平面与钢板401平行。参见图4，所述钢板401面向模型槽1的一侧固定有若干百分表403，这些百分表403沿竖直方向等间距布置。所述钢板401及钢筋402的刚度满足试验要求。
36.参见图4，若干水平的所述钢筋402分别穿过模型槽1上的若干通孔，钢筋402伸入模型槽1的一端与模型桩2抵紧，另一端与钢板401上对应的百分表403的指针抵紧。
37.参见图4或5，所述竖梁ⅰ501和竖梁ⅱ502采用螺栓分别固定在两个不相邻的外卷边101上，竖梁ⅰ501靠近钢板401，横梁503采用螺栓连接在竖梁ⅰ501和竖梁ⅱ502之间，横梁503与钢板401垂直且与钢板401上的若干百分表403位于同一竖直平面上。所述竖梁ⅰ501和竖梁ⅱ502均为槽钢，横梁503的截面呈工字型。参见图5，所述竖梁ⅱ502上设置有供钢丝绳ⅰ602穿过的矩形孔洞505。
38.所述模型桩2的上端安装有竖向加载板511，竖向加载板511的上表面与作动器504的加载底端抵紧，作动器504固定在横梁503上。若干所述百分表403通过磁性表座固定在横梁503的下表面，这些百分表403的指针与竖向加载板511抵紧。所有所述百分表403均通过串口与采集仪连接。
39.参见图4，所述竖梁ⅱ502背向竖梁ⅰ501的一侧采用螺栓固定有滑轮支架603，滑轮支架603靠近竖梁ⅱ502的下端，滑轮支架603上设置有定滑轮604。
40.所述模型桩2露出土体的外壁上贴合有水平加载垫片601，水平加载垫片601为薄钢材，参见图6，水平加载垫片601为弧形板，水平加载垫片601的曲率半径与模型桩2桩径对应，水平加载垫片601的每个角上均连接有钢丝绳ⅱ607，钢丝绳ⅱ607的直径小于钢丝绳ⅰ602的直径，每个钢丝绳ⅱ607均绕过模型桩2并与钢丝绳ⅰ602连接，钢丝绳ⅰ602穿过竖梁ⅱ502上的矩形孔洞505，绕过定滑轮604并与砝码底座605连接，砝码底座605上放置有砝码606。
41.在荷载试验时，根据试验要求在所述砝码底座605上放置足够重量的砝码606，控制作动器504，对模型桩2的桩顶施加竖向恒载，打开所述温控循环仪301和光纤解调仪302，在荷载作用下，模型桩2的桩体发生水平移动，该水平位移由钢筋402传递给百分表403的指针，由一部分百分表403测得模型桩2桩侧各个不同点位的水平位移，另一部分百分表403测得模型桩2的竖向位移，并将检测数据发送至采集仪，光纤光栅传感器202可测出桩体水平受拉时，桩体两侧应变。
42.实施例2：
43.本实施例公开了一种能量桩水平和竖向加载测试装置，包括模型槽1、模型桩2、钢板401、钢筋402、竖梁ⅰ501、竖梁ⅱ502和横梁503。
44.参见图1，所述模型槽1的上端敞口且设置有外卷边101，模型槽1内填充有土体，模型桩2的下端安装到土体中。
45.参见图2或3，所述模型桩2内设置有u型导热管201，u型导热管201的上端伸出模型
桩2并与模型槽1外侧的温控循环仪301连接。所述模型桩2的侧壁上设置有两条竖直的坑线，光纤光栅传感器202密封在两条坑线中，光纤光栅传感器202与模型槽1外侧的光纤解调仪302相匹配。
46.所述模型槽1的一侧设置有供钢筋402穿过的若干通孔，若干通孔的外侧设置有竖直的钢板401，两条坑线所在的同一平面与钢板401平行。参见图4，所述钢板401面向模型槽1的一侧固定有若干百分表403，这些百分表403沿竖直方向等间距布置。
47.参见图4，若干水平的所述钢筋402分别穿过模型槽1上的若干通孔，钢筋402伸入模型槽1的一端与模型桩2抵紧，另一端与钢板401上对应的百分表403抵紧。
48.参见图4或5,，所述竖梁ⅰ501和竖梁ⅱ502分别固定在两个不相邻的外卷边101上，竖梁ⅰ501靠近钢板401，横梁503连接在竖梁ⅰ501和竖梁ⅱ502之间，横梁503与钢板401垂直且与钢板401上的若干百分表403位于同一竖直平面上。
49.所述模型桩2的上端安装有竖向加载板511，竖向加载板511的上表面与作动器504的加载底端抵紧，作动器504固定在横梁503上。若干所述百分表403通过磁性表座固定在横梁503的下表面，这些百分表403与竖向加载板511抵紧。
50.参见图4，所述竖梁ⅱ502背向竖梁ⅰ501的一侧固定有滑轮支架603，滑轮支架603上设置有定滑轮604。
51.所述模型桩2露出土体的外壁上贴合有水平加载垫片601，参见图6，水平加载垫片601为弧形板，水平加载垫片601与钢丝绳ⅰ602连接，钢丝绳ⅰ602绕过定滑轮604并与砝码底座605连接，砝码底座605上放置有砝码606。
52.实施例3：
53.本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图6，所述水平加载垫片601的每个角上均连接有钢丝绳ⅱ607，钢丝绳ⅱ607的直径小于钢丝绳ⅰ602的直径，每个钢丝绳ⅱ607均绕过模型桩2并与钢丝绳ⅰ602连接。
54.实施例4：
55.本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述竖梁ⅰ501和竖梁ⅱ502均采用螺栓与外卷边101连接，竖梁ⅰ501和竖梁ⅱ502均采用螺栓与横梁503连接，滑轮支架603的下端采用螺栓与竖梁ⅱ502连接，滑轮支架603靠近竖梁ⅱ502的下端。
56.实施例5：
57.本实施例主要结构同实施例4，进一步，所述钢板401上的百分表403的指针与钢筋402的端部相抵，横梁503下表面的百分表403的指针与竖向加载板511的上表面相抵。
58.实施例6：
59.本实施例主要结构同实施例5，进一步，所述水平加载垫片601的曲率半径与模型桩2桩径对应。
60.实施例7：
61.本实施例主要结构同实施例6，进一步，所述模型槽1由透明亚克力板拼接而成，模型槽1的棱边采用钢材加固。
62.实施例8：
63.本实施例主要结构同实施例7，进一步，所有所述百分表403均通过串口与采集仪连接。