一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统技术方案

一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统。该系统包括一个加载连接器、三个油压活动推力器、四个力传感器、一个数据采集仪、一个控制器和三个油泵组成。其中加载连接器包含：两根整体竖向加载杆、一个凹槽连接器、一个带滑轮的卡头和一根水平收拉钢绞线。连接器上部用两个铰约束构件连接两个竖向加载臂，其中一竖向加载臂由包含一个铰约束的两段杆件单元组成，另外一个由一个独立的杆件加载杆构成。连接器中部有一个光滑滑轮用来连接下部的竖向连接杆。连接器使两个油压加载仪能够独立地施加竖直荷载、施加偏心力矩对、施加竖直和弯矩以及竖直水平弯矩组合荷载。本发明专利技术系统可实现大比例模型试验V‑H‑M三向荷载的同时加载。

A large scale model test VHM combined load loading system

【技术实现步骤摘要】
一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统
本专利技术涉及岩土工程结构物受力特性领域，具体是大比例尺模型试验领域。
技术介绍
岩土工程中常用的土工结构物承载力设计方法一般为：通过计算分析确定出最不利的荷载组合及其所在的平面或方向（同一平面），然后基于简单的叠加原理计算桩基础内力，并根据进行桩基础承载力验算。对于上述实际工程中受竖向荷载-水平向荷载-弯矩荷载（V-H-M）组合荷载作用的桩基础，由于组合荷载的极限承载力小于单一荷载的最小值，故这种设计方案很可能偏于危险或不安全。但由于不同类型荷载的空间耦合机制非常复杂，导致复杂组合荷载作用下的桩基承载力研究进展缓慢甚至停滞不前。因此，开展考虑土工结构物在VHM组合荷载作用下的承载特性研究具有重要的实际意义，能使设计更为精确，提高工程安全稳定性。因此有必要专利技术一种新式的组合加载装置，以在实验室中进行大比例尺模型试验以得知实际工程中结构物所受荷载。促进加桩基础的设计和应用推广。本专利技术要解决的技术问题是在大比例尺模型试验中，如何同步而独立地施加竖直、水平和偏心力矩对的组合荷载。核心技术是如图所示的连接器和用于传递水平荷载的钢绞线。连接器的两臂与两个油压加载仪相连，钢绞线与第三个油压加载仪相接。连接器使两个油压加载仪能够独立地施加竖直荷载（V）、施加偏心力矩对（M）、施加竖直-弯矩（V-M）组合荷载以及水平-竖直-弯矩（V-H-M）组合荷载。类似的VHM组合荷载加载装置，目前国内还未有先例，国外有同样功能的的现有装置价格昂贵。西澳大学Zhang等设计的VHM组合加载仪耗资300-500万人民币与本装置有着相似的功能。（ZhangY,BienenB,CassidyMJ.DevelopmentofacombinedVHMloadingapparatusforageotechnicaldrumcentrifuge[J].InternationalJournalofPhysicalModellinginGeotechnics,2013,13(1):13-30.）本专利技术造价为仅为西澳大学设计装置的1%~2%，能够满足1g小模型试验试验要求。连接杆处设计一光滑的滑动卡头，可有效消除可能产生的额外的水平向力及弯矩。该装置可实现大比例模型试验V-H-M三向荷载的同时加载。
技术实现思路
本专利技术克服上述缺陷提供一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统，该系统可实现大比例模型试验V-H-M三向荷载的同时加载。一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统，包括固定油压活动推力器、钢架、加载连接器和水平收拉钢绞线；所述加载连接器和水平收拉钢绞线设置于钢架内部；所述加载连接器包括V1竖向加载臂、V2竖向加载臂、凹槽连接器、带光滑滑轮的卡头和竖向连接杆；所述固定油压活动推力器包括第一油压活动推力器、第二油压活动推力器和第三油压活动推力器；所述加载连接器的V1竖向加载臂由V1竖向加载臂上部杆件和V1竖向加载臂下部杆件铰接组成；加载连接器的V2竖向加载臂由一个独立的杆件加载杆构成；V1竖向加载臂的上部杆件和V2竖向加载臂分别与第一油压活动推力器和第二油压活动推力器相连，水平收拉钢绞线与第三油压活动推力器相接，加载连接器中部为一凹槽连接器，V1竖向加载臂的下部杆件和V2竖向加载臂用两个铰约束构件连接在凹槽连接器上，所述凹槽连接器内部有一带光滑滑轮的卡头，带光滑滑轮的卡头下部接竖向连接杆；所述钢绞线与竖向连接杆的底部相连，V1竖向加载臂的上部杆件与第一油压活动推力器之间设置有第一力传感器；所述V2竖向加载臂与第二油压活动推力器之间设置有第二力传感器；所述水平收拉钢绞线与第三油压活动推力器之间设置有第四力传感器；和竖向连接杆与第三力传感器连接；所述第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器、第四力传感器获得的数据由数据采集仪收集。进一步地，所述带光滑滑轮的卡头在凹槽连接器内自由滑动，避免在施加水平荷载时上部结构对结构物产生反力。进一步地，所述第一油压活动推力器、第二油压活动推力器、第三油压活动推力器分别与第一油泵、第二油泵、第三油泵相接，由控制器统一控制。进一步地，连接器的V1竖向加载臂上部杆件与V1竖向加载臂下部杆件采用铰约束构件连接，以补偿弯矩造成的长度差。进一步地，所述凹槽连接器与V1竖向加载臂间用两个铰约束构件连接；所述凹槽连接器与V2竖向加载臂间用两个铰约束构件连接。进一步地，所述第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器、第四力传感器通过数据采集仪实时输出杆件内力，以控制V1、V2及H的大小。进一步地，钢架、水平收拉钢绞线、V1竖向加载臂上部杆件、V1竖向加载臂下部杆件、V2竖向加载臂、凹槽连接器、带光滑滑轮的卡头及竖向连接杆的材质均为钢材。进一步地，油压活动推力器参考行程为：20cm；进一步地，钢架一侧设多个直径7mm的小孔，用来固定安放施加水平荷载的油压活动推力器。与现有技术相比，本专利技术的优势在于：本专利技术大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统造价低；制作、安装和使用简便；可实现大比例模型试验V-H-M三向荷载的同时加载。附图说明图1为本专利技术所述的加载装置结构示意图；图2为本专利技术所述的连接器细节示意图；图3为本专利技术所述的连接器细节示意图；图4为本专利技术所述的连接器细节示意图；图5为本专利技术所述的加载示意图。附图标记：加载连接器A、钢架1、水平收拉钢绞线2、V1竖向加载臂3、V2竖向加载臂4、V1竖向加载臂上部杆件5、V1竖向加载臂下部杆件6、第一油压活动推力器7、第二油压活动推力器8、第三油压活动推力器9、凹槽连接器10、带光滑滑轮的卡头11、竖向连接杆12、第一力传感器13、第二力传感器14、第三力传感器15、第四力传感器16、数据采集仪17、第一油泵18、第二油泵19、第三油泵20、控制器21。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所述实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统，包括固定油压活动推力器、钢架1、加载连接器A和水平收拉钢绞线2；所述加载连接器A和水平收拉钢绞线2设置于钢架1内部；所述加载连接器A包括V1竖向加载臂3、V2竖向加载臂4、凹槽连接器10、带光滑滑轮的卡头11和竖向连接杆12；所述固定油压活动推力器包括第一油压活动推力器7、第二油压活动推力器8和第三油压活动推力器9；所述加载连接器A的V1竖向加载臂3由V1竖向加载臂上部杆件5和V1竖向加载臂下部杆件6铰接组成；加载连接器A的V2竖向加载臂4由一个独立的杆件加载杆构成；V1竖向加载臂的上部杆件5和V2竖向加载臂4分别与第一油压活动推力器7和第二油压活动推力器8相连，水平收拉钢绞线2与第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统，其特征在于：包括固定油压活动推力器、钢架（1）、加载连接器（A）和水平收拉钢绞线（2）；所述加载连接器（A）和水平收拉钢绞线（2）设置于钢架（1）内部；所述加载连接器（A）包括V

【技术特征摘要】
1.一种大比例尺模型试验VHM组合荷载加载系统，其特征在于：包括固定油压活动推力器、钢架（1）、加载连接器（A）和水平收拉钢绞线（2）；所述加载连接器（A）和水平收拉钢绞线（2）设置于钢架（1）内部；所述加载连接器（A）包括V1竖向加载臂（3）、V2竖向加载臂（4）、凹槽连接器（10）、带光滑滑轮的卡头（11）和竖向连接杆（12）；所述固定油压活动推力器包括第一油压活动推力器（7）、第二油压活动推力器（8）和第三油压活动推力器（9）；所述加载连接器（A）的V1竖向加载臂（3）由V1竖向加载臂上部杆件（5）和V1竖向加载臂下部杆件（6）铰接组成；加载连接器（A）的V2竖向加载臂（4）由一个独立的杆件加载杆构成；V1竖向加载臂的上部杆件（5）和V2竖向加载臂（4）分别与第一油压活动推力器（7）和第二油压活动推力器（8）相连，水平收拉钢绞线（2）与第三油压活动推力器（9）相接，加载连接器（A）中部为一凹槽连接器（10），V1竖向加载臂的下部杆件（6）和V2竖向加载臂（4）用两个铰约束构件连接在凹槽连接器（10）上，所述凹槽连接器（10）内部有一带光滑滑轮的卡头（11），带光滑滑轮的卡头（11）下部接竖向连接杆（12）；所述钢绞线（2）与竖向连接杆（12）的底部相连，V1竖向加载臂的上部杆件（5）与第一油压活动推力器（7）之间设置有第一力传感器（13）；所述V2竖向加载臂（4）与第二油压活动推力器（8）之间设置有第二力传感器（14）；所述水平收拉钢绞线（2）与第三油压活动推力器（9）之间设置有第四力...

【专利技术属性】
技术研发人员：周密，韩雨薇，王晓亮，王齐，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44