本发明专利技术公开了桥梁柱桩动载荷破坏实验技术领域的一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置及方法，包括：试验箱；安装于试验箱内部，用于模拟桥梁柱桩的桥梁柱桩模块；安装于试验箱内部，用于模拟支撑桥梁柱桩的岩石层的支撑模块；安装于试验箱内部，用于对桥梁柱桩模块内的试样进行烘干的烘干模块，安装于试验箱内部，用于对桥梁柱桩模块施加动载荷，以模拟桥梁柱桩浸水段所受动载荷的动载荷施加模块；数据处理模块，用于采集并处理动载荷施加模块的运行数据、桥梁柱状模块中试样的受力数据。能够准确模拟桥梁柱桩浸水段所受动载荷，从而可以通过实验方法获取较准确的桥梁柱桩临界动载参数，为桥梁安全评估提供参考依据。为桥梁安全评估提供参考依据。为桥梁安全评估提供参考依据。
【技术实现步骤摘要】
一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置及方法
[0001]本专利技术属于桥梁柱桩动载荷破坏实验
，具体涉及一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置及方法。
技术介绍
[0002]桥梁柱桩临界动载参数是衡量桥梁承载能力的重要指标，更是桥梁安全评估的重要依据，然而，横跨水面的桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置极少，因为水的压强作用难以在物理实验室真正实现，造成了实验装置设计难度较大。因此，研发桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置具有较大的工程意义，从而为获取其失稳破坏的临界条件提供硬件支持。
技术实现思路
[0003]为解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置及方法，能够准确模拟桥梁柱桩浸水段所受动载荷，从而可以通过实验方法获取较准确的桥梁柱桩临界动载参数，为桥梁安全评估提供参考依据。
[0004]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：第一方面，提供一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置，包括：试验箱；安装于所述试验箱内部，用于模拟桥梁柱桩的桥梁柱桩模块；安装于所述试验箱内部，用于模拟支撑桥梁柱桩的岩石层的支撑模块；安装于所述试验箱内部，用于对桥梁柱桩模块内的试样进行烘干的烘干模块，安装于所述试验箱内部，用于对所述桥梁柱桩模块施加动载荷，以模拟桥梁柱桩浸水段所受动载荷的动载荷施加模块；数据处理模块，用于采集并处理动载荷施加模块的运行数据、桥梁柱状模块中试样的受力数据。
[0005]进一步地，所述桥梁柱桩模块包括安装于所述试验箱中部的空心柱桩体，若干个所述动载荷施加模块环绕在所述空心柱桩体的四周，所述空心柱桩体上部布置有储存容器、柱状异径旋转腔室，所述柱状异径旋转腔室内部装载旋转电机，所述储存容器通过第一伸缩杆轴与布置在试验箱上端部的三角形支架固定连接；所述储存容器底部布置有均质孔，所述三角形支架位于空心柱桩体内壁侧借助于第一伸缩杆轴与压实块体固定连接，所述压实块体内部设置有空心椭圆孔。
[0006]进一步地，空心椭圆孔与均质孔面积相同且为空心柱桩体截面积的1/5。
[0007]进一步地，所述数据处理模块包括安装在试验箱一侧的单片机和红外发射器、安装在动载荷施加模块上的加载速度感测器和应力传感器，所述应力传感器沿所述空心柱桩体的外壁均匀布置；所述单片机与红外发射器、加载速度感测器、应力传感器通信连接，所述第一曳引电机通过第一电缆线与第一伸缩杆轴相连，上位机内部设置红外接收器、数据存储器且显示数据表的信息；曳引电机、红外接收器分别与所述单片机通信连接。
[0008]进一步地，所述支撑模块包括可拆式设置于所述试验箱的底部、厚度不同的若干个实心钢片，所述实心钢片通过端角插接模块安装于所述试验箱内部的下行轨道，所述端
角插接模块包括下行轨道、弧形支撑柱、曲杆、轮槽、支撑板、空心圆柱；所述空心圆柱一侧与下行轨道滑动连接、空心圆柱下部布置支撑板实现限位，所述支撑板与空心圆柱交界处布置轮槽，所述空心圆柱借助定向轮与轮槽滑动连接，所述空心圆柱截面内设置第二弹簧、第二弹簧与曲杆连接且曲杆支撑在空心圆柱斜截面内，所述支撑板另一侧与弧形支撑柱固定连接，所述实心钢片上布置的孔与弧形支撑柱尺寸匹配。
[0009]进一步地，所述烘干模块包括安装在试验箱内壁的热交换层，所述热交换层包括暖风流通道和风孔，所述暖风流通道的一侧安装有透气层，所述风孔的边界处安装有风阀，风泵通过风管与暖风流通道贯通以形成局部回路，所述暖风流通道内安装有若干个发热体；所述下行轨道安装在所述热交换层的内壁。
[0010]进一步地，所述动载荷施加模块包括不规则支撑体、矩形架、斜支撑、水平杆、凸形槽、弹簧槽、受力传递薄板、矩形凹槽；所述第二曳引电机与矩形架内部的第二伸缩杆轴通过第二电缆线连接，所述第二伸缩杆轴借助第三弹簧与矩形凹槽连接，所述矩形凹槽内部布置加载速度感测器，所述矩形架下部固定连接斜支撑，所述斜支撑侧边固定布置水平杆，所述水平杆的凸形槽外露出动载荷施加模块的边框，所述斜支撑底边布置不规则支撑体与圆柱形底框滑动连接，所述动载荷施加模块的下边框固定连接弹簧槽、弹簧槽上部固定连接第四弹簧，所述弹簧槽下部与受力传递薄板固定连接且弹簧槽内部第四弹簧处于初始状态，所述不规则支撑体为圆形空心环外围固定连接矩形边框且矩形边框之间连接第五弹簧构成。
[0011]进一步地，所述受力传递薄板为厚度为2mm的镀锡薄板。
[0012]第二方面，提供一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验方法，采用第一方面所述的桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置，包括：基于给定的实验参数，通过支撑模块模拟支撑桥梁柱桩的岩石层；基于给定的实验参数，通过桥梁柱桩模块模拟桥梁柱桩；启动烘干模块，对桥梁柱桩模块内的桥梁柱桩试样进行烘干；启动动载荷施加模块，对桥梁柱桩模块内的桥梁柱桩试样逐步加载，直至试样破损失稳；数据处理模块采集并处理动载荷施加模块的运行数据、桥梁柱状模块中试样的受力数据，绘制数据曲线。
[0013]进一步地，所述给定的实验参数，包括模型尺寸相似比a，a为实验尺寸与实际尺寸之比。
[0014]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：（1）本专利技术所述实验装置通过桥梁柱桩模块、支撑模块模拟桥梁柱桩所处环境，基于动载冲击方法设置动载荷施加模块，通过动载荷施加模块实现了水压强作用的等效，并设置合理的加载速率，通过加载速度感测器实施感测进行反馈分析，此方法与实际情况较为符合，动载荷加载精确，能够准确模拟桥梁柱桩浸水段所受动载荷，从而可以通过实验方法获取较准确的桥梁柱桩临界动载参数，为桥梁安全评估提供参考依据；（2）本专利技术通过风阀对热交换层内暖风流通道实施局部控制，风泵与风管提供动力，暖风流通过透气层逐步烘干空心柱桩体、河底岩石层，节约了传统的等待时间，烘干效果佳，实验更加高效；（3）本专利技术通过实心钢片、压实块体分别对河底岩石层、空心柱桩体进行压实，避免样品空隙较大导致实验结果失真；（4）本专利技术通过曳引电机、旋转电机、伸缩杆轴及柱状异径旋转腔室组合实现了压
实、材料组装的自动化；通过单片机、红外发射器、红外接收器、上位机、数据存储器组合实现了数据的实时监测及存储，形成了系统、科学的数据表以便于数据的后处理分析，智能化程度高；（5）本专利技术通过对端角插接模块、不规则支撑体、三角形支架的合理化设计，保证了整体实验装置结构运行的稳定性；（6）本专利技术所述实验方法依据现场桥梁的实际特征，通过设定模型尺寸相似比参数a，实现实际尺寸与实验尺寸的完美契合，且空心柱桩体、河底岩石层材料相似参数和现场强度也进行了相似等效；相似参数精准。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例提供的一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置的总体结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置中的动载荷施加模块的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置中的不规则支撑体的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置中的热交本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置，其特征是，包括：试验箱（1）；安装于所述试验箱（1）内部，用于模拟桥梁柱桩的桥梁柱桩模块；安装于所述试验箱（1）内部，用于模拟支撑桥梁柱桩的岩石层的支撑模块；安装于所述试验箱（1）内部，用于对桥梁柱桩模块内的试样进行烘干的烘干模块，安装于所述试验箱（1）内部，用于对所述桥梁柱桩模块施加动载荷，以模拟桥梁柱桩浸水段所受动载荷的动载荷施加模块（6）；数据处理模块，用于采集并处理动载荷施加模块（6）的运行数据、桥梁柱状模块中试样的受力数据。2.根据权利要求1所述的桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置，其特征是，所述桥梁柱桩模块包括安装于所述试验箱（1）中部的空心柱桩体（5），若干个所述动载荷施加模块（6）环绕在所述空心柱桩体（5）的四周，所述空心柱桩体（5）上部布置有储存容器（17）、柱状异径旋转腔室（19），所述柱状异径旋转腔室（19）内部装载旋转电机（13），所述储存容器（17）通过第一伸缩杆轴（151）与布置在试验箱(1)上端部的三角形支架（14）固定连接；所述储存容器（17）底部布置有均质孔（18），所述三角形支架（14）位于空心柱桩体（5）内壁侧借助于第一伸缩杆轴（151）与压实块体（20）固定连接，所述压实块体（20）内部设置有空心椭圆孔（21）。3.根据权利要求2所述的桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置，其特征是，空心椭圆孔（21）与均质孔（18）面积相同且为空心柱桩体（5）截面积的1/5。4.根据权利要求2所述的桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置，其特征是，所述数据处理模块包括安装在试验箱（1）一侧的单片机（10）和红外发射器（11）、安装在动载荷施加模块（6）上的加载速度感测器（7）和应力传感器（8），所述应力传感器（8）沿所述空心柱桩体（5）的外壁均匀布置；所述单片机（10）与红外发射器（11）、加载速度感测器（7）、应力传感器（8）通信连接，所述第一曳引电机（121）通过第一电缆线（161）与第一伸缩杆轴（151）相连，上位机（23）内部设置红外接收器（22）、数据存储器（25）且显示数据表（24）的信息；曳引电机（12）、红外接收器（22）分别与所述单片机（10）通信连接。5.根据权利要求1所述的桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置，其特征是，所述支撑模块包括可拆式设置于所述试验箱（1）的底部、厚度不同的若干个实心钢片（3），所述实心钢片（3）通过端角插接模块（4）安装于所述试验箱（1）内部的下行轨道（207），所述端角插接模块（4）包括下行轨道（207）、弧形支撑柱（208）、曲杆（209）、轮槽（2011）、支撑板（2012）、空心圆柱（2013）；所述空心圆柱（2013）一侧与下行轨道（207）滑动连接、空心圆柱（2013）下部布置支撑板（2012）实现限位，所述支撑板（2012）与空心圆柱（2013）交界处布置轮槽（2011），所述空心圆柱（2013）借助定向轮（2010）与轮槽（2011）滑动连接，所述空心圆柱（20...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷笑，杨泽刚，郑宇涵，叶太如，张世诚，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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