基坑轴力伺服系统模拟实体控制器平台技术方案

本发明专利技术公开了一种基坑轴力伺服系统模拟实体控制器平台，该平台采用了注水施载的方式进行钢支撑轴力补偿模拟，即通过控制抽水泵和电磁阀门的流量流速，以及注水箱水位高度恒定的稳定水头，在基坑偏心加载和土方分层分块开挖卸载的过程中，向承水箱内注水利用滑轮进行分级施载。本发明专利技术中将地下连续墙钢板的变形进行延伸，用百分表进行间接测量，同时使用光纤变形监测仪和应变计在地下连续墙钢板上大范围布控，从而获得基坑变形控制的重要参数，掌握地下连续墙的大致变形过程以便于数据整理与分析。本发明专利技术可作为室内试验的研究手段，用于分析地下连续墙的受力变形特性和研究基坑轴力伺服系统的变形控制机理加载方式简单，现场试验易操作。场试验易操作。场试验易操作。

【技术实现步骤摘要】
基坑轴力伺服系统模拟实体控制器平台


[0001]本专利技术属于基坑工程施工
，涉及基坑变形控制试验研究，是一种基坑轴力伺服系统模拟实体控制器平台，特别涉及一套超大超深基坑的钢支撑轴力伺服系统模拟的实体控制器平台。

技术介绍

[0002]由于城市化进程不断加快，大型地下工程项目也逐渐增多，基坑工程也朝着更大、更深的趋势不断发展，对各种基坑工程的技术要求也提出了新的挑战。基坑土方开挖、钢支撑结构架设及变形控制等的施工质量，绝大程度上取决于钢支撑轴力的施加和设置效果。目前，在钢支撑轴力的伺服上，一种是以基坑支护过程中钢支撑的轴力为测控目标进行伺服的，该轴力是由土压力引起的，但土压力的变化规律影响因素复杂，难以准确掌握，该测控体系往往不能达到理想的控制效果，另一种是以基坑支护过程中钢支撑端头位移为伺服标准的，在轴力允许的范围内，通过施加轴力分级控制基坑变形，同时参考普通钢支撑的轴力变化规律。
[0003]在钢支撑轴力的施加力度和设置方式有效的情况下，钢支撑轴力伺服系统对基坑变形有着明显的控制效果。基坑钢支撑轴力液压伺服系统因能有效控制基坑变形而得到了广泛推广与应用，但目前基坑轴力伺服控制系统的智能化研究尚处于初级阶段，如何将基坑轴力伺服控制系统的智能调控机制更加简单直观可感的演示出来，使得基坑变形控制效果更具动态化、立体化、可视化，这是一个值得研究的方向。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有基坑轴力伺服系统室内试验研究方案的不足，并提供了一套集基坑土方开挖卸荷、钢支撑结构架设、地下连续墙变形控制、附加荷载施加以及轴力位移监测等为一体的基坑轴力伺服系统模拟实体控制器平台，以实现同一控制平台三维动态化展示基坑在不同伺服设置方式下的变形控制效果。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种基坑轴力伺服系统模拟实体控制器平台，包括试验箱、荷载系统、测量传输系统、控制输出系统；所述试验箱用于盛装砂土并放置地下连续墙以模拟基坑施工，地下连续墙包括两侧的地下连续墙钢板及设于其间的钢支撑；所述荷载系统可提供基坑偏心荷载和钢支撑轴力荷载，所述测量传输系统用于检测所施加的轴力和地下连续墙钢板的位移；所述控制输出系统用于对采集的轴力值和位移值进行处理，并给出控制信号以控制荷载系统加载情况。
[0007]上述技术方案中，进一步的，在钢支撑一端或两端采用注水施载的方式进行钢支撑轴力补偿模拟；具体基于钢支撑组件实现，所述的钢支撑组件包括型端弹簧套筒及实心钢杆，型端弹簧套筒由三节带刻度且内置弹簧的铝合金管同轴组成，中间节两端外接于另两节使得三节铝合金管形成长度可调节套管，中通道贯穿整条轴线，实心钢杆设于中通道
内两端穿过地下连续墙钢板延伸至试验箱外；实心钢杆两端分别通过钢丝连接弹簧测力计后绕过固定于试验箱外的滑轮连接承水箱。
[0008]进一步的，所述测量传输系统包括拉压双向测力传感器，地下连续墙钢板存在自下而上的贯通段，用于装入上契合段与下契合段，上契合段与下契合段配合用于安放并固定拉压双向测力传感器，紧贴试验箱两侧实心钢杆外截面设有扩大端以限位并安装有百分表。
[0009]进一步的，在钢支撑两端设有加压顶盖，加压顶盖中轴开有一小孔，顶盖外径略小于铝合金套管内径，顶盖内经略大于实心钢杆直径，通过空心连接件一端连接拉压双向测力传感器，一端内置活接于钢支撑端部。
[0010]进一步的，所述下契合段的契合条外壁焊有支脚，支脚末端设有螺纹，下契合段可嵌入地下连续墙钢板贯通段，直至预留孔处且外侧螺纹恰好通过预留孔与坑外钢支撑的截面扩大端接头紧密连接。
[0011]更进一步的，所述上契合段由顶部横档与契合条相互焊接而成，上契合段可嵌入地下连续墙钢板贯通段，且上契合段恰好与贯通段内下契合段接合。
[0012]进一步的，所述承水箱外壁标有容量刻度，内固定一倾斜缓冲导流板，上下各设置一排水阀门，上接注水箱，下接储水箱；所述注水箱外壁沿高度分布等间距的若干电磁阀门，可根据试验需求控制注水箱水位高度恒定的稳定水头，各电磁阀门下方均设置一排水槽，所述排水槽设有一排导流口，排水槽可收集并排出注水箱的溢流水。
[0013]进一步的，所述测量传输系统包括光纤变形监测仪和应变计，按需分别布置于钢支撑两端及周边，紧贴地下连续墙钢板，皆为地下连续墙钢板变形数据采集设备。
[0014]进一步的，所述控制输出系统包括主机和可编程PLC控制器，主机用于把采集的轴力值和位移值进行处理后，给出控制信号，PLC控制器接收主机控制信号后，将输出值转换为轴力电信号与位移电信号两部分，以位移电信号为主，通过电信号开关控制完成钢支撑轴力补偿加载。
[0015]进一步的，在试验箱中基坑一侧的砂土上覆盖有钢板，标重物块置于钢板上以施加偏心荷载。
[0016]本专利技术的控制器平台的一种使用方法如下：
[0017]1)在有机玻璃试验箱内装满砂土，放好预埋件并分层击实直至砂土试样顶面略低于试验箱上口面，于地下连续墙钢板钢支撑架设处预留孔洞，然后在合适位置安装好光纤变形监测仪和应变计，再垂直打入砂土中预算位置。
[0018]2)打开所有阀门，调试抽水泵，将各个水箱注满，使得注水箱内水位高度恒定的稳定水头达到试验所需控制的要求。
[0019]3)开始基坑土方开挖卸荷，类似的分层分块将地下连续墙钢板间砂土挖出，直至挖到预设钢支撑组件位置。
[0020]4)在基坑两边地下连续墙钢板上，分别安装好下契合段，并在内壁均匀涂抹一定厚度的凡士林，将调试好的拉压双向测力传感器安装在下契合段内，然后依次安装钢支撑主体，两端加上加压顶盖涂上凡士林后水平放置在下契合段，直至加压顶盖与压力传感器表面完全接触。
[0021]5)通过预埋铝合金管向坑外两侧延出实心传力钢杆直至试验箱外侧，铝合金管两
端预留有截面扩大端接头，靠近基坑那端与固定支座、地下连续墙钢板和契合段紧密连接，另一端在其接触面涂抹凡士林，在后面安装百分表且调整至适当位置，缓慢扣上上契合段后，将传感器引线沿贯通段引出。
[0022]6)通过钢丝在两侧安装弹簧测力计，随后绕滑轮用钢丝连接带刻度承水箱。关闭注水箱外壁上所有电磁阀门，仅留最高的电磁阀门连接排水槽，向注水箱内持续注水，水位达到开启状态的电磁阀门后多余水经电磁阀门和排水槽而排出注水箱内，此时可形成槽两侧一定的水力梯度，易于稳定进水水头准备试验。
[0023]7)接通各传感器和动态数据分析仪，同时将PLC核心控制器安装好，一边调整基坑相关组件，一边通过主机调试好各仪器，连接承水箱并打开阀门，注水箱的水通过电磁阀门汇聚于排水槽，水流入排水槽并经进水管末端漫流进入带刻度承水箱中，在水流稳定后，关闭承水箱出水阀门，测定一定时间内的水流量，可计算水流流速，进而试算该功率下的荷载比和观察各仪器指标。
[0024]8)预试验结束后，正式加载，在坑外一侧先垫上普通钢板再施加重块，然后分层分块开挖至下一道钢支撑处，分级加载直至主机发生报警，试验过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基坑轴力伺服系统模拟实体控制器平台，其特征在于：包括试验箱、荷载系统、测量传输系统、控制输出系统；所述试验箱用于盛装砂土并放置地下连续墙以模拟基坑施工，地下连续墙包括两侧的地下连续墙钢板(12)及设于其间的钢支撑(30)；所述荷载系统可提供基坑偏心荷载和钢支撑轴力荷载，所述测量传输系统用于检测所施加的轴力和地下连续墙钢板的位移；所述控制输出系统用于对采集的轴力值和位移值进行处理，并给出控制信号以控制荷载系统加载情况。2.根据权利要求1所述的基坑轴力伺服系统模拟实体控制器平台，其特征在于：在钢支撑一端或两端采用注水施载的方式进行钢支撑轴力补偿模拟；基于钢支撑组件实现，所述的钢支撑组件包括型端弹簧套筒(46)及实心钢杆(44)，型端弹簧套筒(46)由三节带刻度且内置弹簧的铝合金管同轴组成，中间节两端外接于另两节使得三节铝合金管形成长度可调节套管，中通道贯穿整条轴线，实心钢杆(44)设于中通道内两端穿过地下连续墙钢板(12)延伸至试验箱外；实心钢杆(44)两端分别通过钢丝(48)连接弹簧测力计(16)后绕过固定于试验箱外的滑轮(22)连接承水箱(49)。3.根据权利要求2所述的基坑轴力伺服系统模拟实体控制器平台，其特征在于：所述测量传输系统包括拉压双向测力传感器(42)，地下连续墙钢板(12)存在自下而上的贯通段，用于装入上契合段(24)与下契合段(27)，上契合段(24)与下契合段(27)配合用于安放并固定拉压双向测力传感器(42)，紧贴试验箱(11)两侧实心钢杆(44)外截面设有扩大端(23)以限位并安装有百分表(17)。4.根据权利要求2所述的基坑轴力伺服系统模拟实体控制器平台，其特征在于：在钢支撑(30)两端设有加压顶盖，加压顶盖中轴开有一小孔，顶盖外径略小于铝合金套管内径，顶盖内经略大于实心钢杆直径，通过空心连接件一端连接拉压双向测力传感器，一端内置活接于钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，刘建福，许四法，刘翰辰，王旭锋，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：