一种建筑地面结构与桩基复合受力体多向拟静力试验装置

技术领域

本发明涉及建筑机构技术领域，具体为一种建筑地面结构与桩基复合受力体多向拟静力试验装置。

背景技术

拟静力试验又称低周反复荷载试验，是指对结构或结构构件施加多次往复循环作用的静力试验，是使结构或结构构件在正反两个方向重复加载和卸载的过程，用以模拟地震时结构在往复振动中的受力特点和变形特点。这种方法是用静力方法求得结构振动时的效果，因此称为拟静力试验，或伪静力试验。

经检索，中国专利号CN202110108761.9，公开了一种上部结构与桩基复合受力体多向拟静力试验装置，包括:用于模拟上部结构与桩基复合受力体的试验模型，用于向试验模型加载作用力的施力装置，用于调整试验模型的参考基面与施力装置的作用力方向间夹角的静力方向调节装置；试验模型包括土工箱，土工箱内设有桩，桩上设有承台，承台上设有与其固接的上部结构；施力装置包括水平作动器；静力方向调节装置包括水平转台；水平作动器施加水平方向力于上部结构，施力装置或土工箱设置在水平转台。

上述装置解决的主要技术问题为：基于目前存在的桩-承台-土复合受力体单向拟静力实验模型装置进行改进，实现多向拟静力试验，来更好模拟实际受力情况。当使用钢管与承台连接时，可以实现桩-承台-土复合受力体双向拟静力加载，将钢管用混凝土柱代替可以实现上部结构-承台-桩-土复合受力体双向拟静力加载。

但在实际操作过程中，虽然桩体、基台和建筑结构体可以受到任意方向的受力，但是桩体、基台和建筑结构体的整体结构高度较长，仅从顶部进行外界施力模拟具有局限性，为此，我们提出一种建筑地面结构与桩基复合受力体多向拟静力试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种建筑地面结构与桩基复合受力体多向拟静力试验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种建筑地面结构与桩基复合受力体多向拟静力试验装置，包括底座，所述底座的表面固定连接有底部外界施力模拟结构，所述底部外界施力模拟结构的表面安装有多向拟静力试验模拟机构；

所述底部外界施力模拟结构包括试验台、电机一、电机二和伸缩机构一，所述试验台固定连接在底座的表面，所述试验台的顶端表面固定连接有电机一，所述电机一的转动轴转动连接有控制轴一，所述控制轴一插设在试验台内且贯穿试验台转动连接转盘，所述转盘安装于试验台的表面；

所述多向拟静力试验模拟机构包括箱体、桩体、基台和建筑结构体，所述箱体安装于转盘的表面，所述箱体的表面设置有六组呈圆周分布的开口且每组开口内均固定连接有隔膜，所述箱体的内部填充有泥土且泥土中心位置插设有桩体，所述桩体的表面固定连接有压力感应器，所述桩体的顶端固定连接有基台且基台的顶端固定连接有建筑结构体；

所述试验台的表面固定连接有环形滑轨，所述环形滑轨的内部插设有环形滑块，所述环形滑块的表面设置有齿纹且环形滑块啮合连接控制齿轮一，所述控制齿轮一安装在连接轴内，所述连接轴通过变速箱传动连接电机二转动轴上安装的控制轴二；

所述环形滑块的表面固定连接有固定杆一，所述固定杆一的顶端固定连接有固定板一，所述固定板一的表面安装有伸缩机构一，所述伸缩机构一上安装有压块。

优选的，所述试验台的表面设置有两组同心的环形滑槽，所述转盘的底端表面设置有两组同心的环形安装槽，所述试验台表面的滑槽和转盘底端表面的安装槽相适配，所述转盘底端表面设置的安装槽内均插设有滚珠一。

优选的，所述箱体的底端表面设置有凸块且凸块内设置有呈圆周分布的螺纹孔，所述箱体通过固定螺栓二固定在转盘上。

优选的，所述环形滑轨通过固定螺栓一安装于试验台的表面，所述环形滑块的底端表面设置有呈圆周分布的安装孔且安装孔内均安装有滚珠二。

优选的，所述伸缩机构一为液压缸或电动伸缩杆，所述安装杆的一端固定连接在安装架上。

优选的，所述压块和隔膜处于同一水平高度，所述压块设置为半球形。

优选的，所述桩体、基台和建筑结构体为一体结构，所述桩体、基台和建筑结构体为混凝土浇筑而成或钢结构焊接而成，所述压力感应器设置为三组分别固定在桩体的顶端、中心和底端位置。

优选的，所述底座的表面固定连接有安装架，所述安装架的表面安装有顶部外界施力模拟结构；

所述顶部外界施力模拟结构包括电机三、轴承座和伸缩机构二，所述轴承座安装于安装架表面位于多向拟静力试验模拟机构的上方，所述轴承座的内部插设有限位杆，所述限位杆的底端固定连接有限位套，所述限位套的内部插设有限位球，所述限位球的底端表面固定连接有连接杆，所述连接杆的底端表面固定连接有固定器，所述固定器安装于建筑结构体上。

优选的，所述底座的表面固定连接有安装架，所述安装架的表面安装有顶部外界施力模拟结构；

所述顶部外界施力模拟结构包括电机三、轴承座和伸缩机构二，所述轴承座安装于安装架表面位于多向拟静力试验模拟机构的上方，所述轴承座的内部插设有限位杆，所述限位杆的底端固定连接有限位套，所述限位套的内部插设有限位球，所述限位球的底端表面固定连接有连接杆，所述连接杆的底端表面固定连接有固定器，所述固定器安装于建筑结构体上。

优选的，所述安装架的表面位于轴承座的一侧固定连接有电机三，所述电机三的转动轴转动连接有控制轴三，所述控制轴三插设在安装架内且贯穿安装架固定连接有控制齿轮二；

所述安装架的底端表面固定连接有安装座位于轴承座的外侧，所述安装座的内部插设有驱动齿轮，所述驱动齿轮的底端表面固定连接有固定杆二，所述固定杆二的底端表面固定连接有固定板二，所述固定板二的表面固定连接有伸缩机构二，所述伸缩机构二上安装于推块；

所述连接杆的表面通过支撑杆安装有固定环，所述固定环和推块处于同一水平高度；

所述伸缩机构二为液压缸或电动伸缩杆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本方案通过箱体内装填泥土，同时桩体插设在箱体内，并且桩体的顶端固定连接有基台和建筑结构体且为一体结构，使得箱体内可以进行桩体、基台、建筑结构体的多向拟静力模拟试验，并且通过将箱体安装在转盘上，通过电机一运行驱动控制轴一连接着转盘转动，使得转盘表面安装的箱体同步转动，进一步使得箱体内部泥土在转动过程中产生离心力，从而对桩体表面进行挤压施力，使得桩体表面安装的三组压力感应器可以接受桩体表面各处的受力情况，从而对多向拟静力试验进行模拟数据的采集，同时三组压力感应器分别安装在桩体表面的最顶端位置、中心位置和最底端位置，用于感应桩体表面整体的受力情况，从而提高多向拟静力模拟试验数据采集的精确性；

2、本方案通过桩体在受到箱体内部泥土的离心力作用时，桩体、基台和建筑结构体为一体结构，使得基台和建筑结构体也会受到力的影响，通过在基台和建筑结构体表面安装力感应元件，可以对基台和建筑结构体的多向拟静力试验进行模拟数据的采集；

3、本方案通过箱体的表面设置有开口且开口内安装有隔膜，通过伸缩机构一驱动压块进行伸缩，使得压块可以抵触在隔膜表面，并推动隔膜插入箱体内，使得隔膜挤压箱体内部的泥土，进一步使得泥土被推动产生的力作用到桩体上，并且压块的施力大小可以进行控制，从而提高多向拟静力试验进行模拟数据的采集精确性；

4、本方案通过环形滑轨的底端固定连接在固定器上，并且固定器通过连接杆连接着限位球插设在限位套内，通过限位球在限位套内可以任意方向的转动或摆动，使得多向拟静力试验模拟机构在受到底部外界施力模拟结构进行多向拟静力试验时，建筑结构体无论往任何方向偏移都不会发生歪倒；

5、本方案通过限位套连接着限位杆插设在轴承座内，使得建筑结构体、基台、桩体组成的一体结构可以小幅度的上下偏移，不会造成多向拟静力试验时采集的数据不精确；

6、本方案通过电机三运行驱动控制轴三连接着控制齿轮二转动，使得控制齿轮二啮合驱动齿轮转动，通过驱动齿轮转动可以带动伸缩机构二转动，使得伸缩机构二上安装的推块可以在固定环表面进行任意角度的调节，再通过伸缩机构二驱动推块滑动，使得推块可以推动固定环连接着限位球在限位套内进行摆动，从而实现在多向拟静力试验模拟机构结构的上部进行施力模拟，再进行多向拟静力试验的数据采集，提高数据采集的多样性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构正视示意图；

图3为本发明结构侧视示意图；

图4为本发明图3中沿A-A方向结构剖面示意图；

图5为本发明底部外界施力模拟结构部分结构示意图；

图6为本发明底部外界施力模拟结构部分结构示意图；

图7为本发明底部外界施力模拟结构结构示意图；

图8为本发明底部外界施力模拟结构部分结构爆炸示意图；

图9为本发明底部外界施力模拟结构部分结构爆炸示意图；

图10为本发明多向拟静力试验模拟机构结构爆炸示意图；

图11为本发明顶部外界施力模拟结构结构示意图；

图12为本发明顶部外界施力模拟结构结构爆炸示意图；

图13为本发明图4中B处结构放大示意图；

图14为本发明图4中C处结构放大示意图。

图中：1、底座；2、底部外界施力模拟结构；201、试验台；202、电机一；203、控制轴一；204、转盘；205、滚珠一；206、固定螺栓一；207、环形滑轨；208、环形滑块；209、滚珠二；210、电机二；211、控制轴二；212、变速箱；213、连接轴；214、控制齿轮一；215、安装杆；216、固定杆一；217、固定板一；218、伸缩机构一；219、压块；3、多向拟静力试验模拟机构；301、箱体；302、固定螺栓二；303、隔膜；304、桩体；305、压力感应器；306、基台；307、建筑结构体；4、安装架；5、顶部外界施力模拟结构；501、电机三；502、控制轴三；503、控制齿轮二；504、轴承座；505、限位杆；506、限位套；507、限位球；508、连接杆；509、固定器；510、安装座；511、驱动齿轮；512、固定杆二；513、固定板二；514、伸缩机构二；515、推块；516、支撑杆；517、固定环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

实施例一

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图12，本发明提供一种技术方案：

一种建筑地面结构与桩基复合受力体多向拟静力试验装置，本装置通过在底座1上固定底部外界施力模拟结构2，同时将多向拟静力试验模拟机构3安装在底部外界施力模拟结构2上，用于多向拟静力试验；

多向拟静力试验模拟机构3包括箱体301、桩体304、压力感应器305、基台306和建筑结构体307，箱体301设置为桶状且底端表面设置有凸块，箱体301底端表面设置的凸块表面设置有等距离圆周发布的螺纹孔，箱体301通过固定螺栓二302安装在转盘204上，同时箱体301的内部填充有泥土并且泥土被压紧，箱体301内部泥土的中心位置插设有桩体304，桩体304的顶端固定连接有基台306，基台306的顶端固定连接有建筑结构体307，基台306需保持在箱体301内部泥土的上层及表面位置，通过桩体304、基台306、建筑结构体307模拟多向拟静力试验；

并且桩体304的表面安装与三组压力感应器305，三组压力感应器305分别安装在桩体304表面的最顶端位置、中心位置和最底端位置，用于感应桩体304表面整体的受力情况；

桩体304、基台306、建筑结构体307为一体结构，可以为混凝土浇筑而成或钢结构焊接而成；

箱体301是通过固定螺栓二302安装在转盘204上的，转盘204安装于试验台201上，并且试验台201的表面设置有两组环形滑槽，同时转盘204的底端表面也设置有两组环形安装槽且安装槽的位置和试验台201表面设置的滑槽相适配，同时转盘204底端表面设置的安装槽内设置有滚珠一205，通过滚珠一205可以使得转盘204在试验台201表面转动，并且转动摩擦力较小，使得试验台201转动较为稳定；

同时试验台201的底端表面安装有电机一202，电机一202的转动轴转动连接有控制轴一203，控制轴一203插设在试验台201内且控制轴一203贯穿试验台201转动连接转盘204，通过电机一202运行驱动控制轴一203连接轴转盘204转动，使得转盘204表面安装的箱体301同步转动，进一步使得箱体301内部泥土在转动过程中产生离心力，从而对桩体304表面进行挤压施力，使得桩体304表面安装的三组压力感应器305可以接受桩体304表面各处的受力情况，从而对多向拟静力试验进行模拟数据的采集；

并且桩体304在受到箱体301内部泥土的离心力作用时，桩体304、基台306和建筑结构体307为一体结构，使得基台306和建筑结构体307也会受到力的影响，通过在基台306和建筑结构体307表面安装力感应元件，可以对基台306和建筑结构体307的多向拟静力试验进行模拟数据的采集；

同时试验台201的表面通过固定螺栓一206安装有环形滑轨207，环形滑轨207的内部插设有环形滑块208，环形滑块208设置为环形结构且环形滑块208的半径大小大于试验台201的半径大小，环形滑块208的底端表面设置有呈圆周分布的安装孔且安装孔内均安装有滚珠二209，通过滚珠二209的设置使得环形滑块208可以在环形滑轨207表面转动，并减小转动摩擦力，使得环形滑块208转动较为稳定；

环形滑块208的表面固定连接有固定杆一216，固定杆一216的顶端固定连接有固定板一217，固定板一217的表面安装有伸缩机构一218，伸缩机构一218上安装与压块219；

同时环形滑块208的表面设置有齿纹，环形滑块208的一侧安装有控制齿轮一214和环形滑块208啮合连接，并且控制齿轮一214安装在连接轴213上，连接轴213通过变速箱212传动连接电机二210转动轴上安装的控制轴二211；

并且电机二210安装在底座1表面，变速箱212通过安装杆215安装在安装架4表面；

通过电机二210运行驱动控制轴二211传动连接连接轴213，使得连接轴213可以驱动控制齿轮一214转动，并且通过控制齿轮一214啮合环形滑块208转动，使得带动表面安装的伸缩机构一218转动，进一步使得伸缩机构一218可以转动到箱体301外侧的任意位置，再通过伸缩机构一218驱动压块219进行伸缩，使得压块219抵触在箱体301的表面上，箱体301表面和压块219的同一水平高度开设有六组圆周分布的孔洞，且孔洞内均固定连接有隔膜303，使得压块219可以抵触在隔膜303表面，并推动隔膜303插入箱体301内，使得隔膜303挤压箱体301内部的泥土，进一步使得泥土被推动产生的力作用到桩体304上，从而提高多向拟静力试验进行模拟数据的采集精确性；

并且伸缩机构一218的位置可以进行调节，使得箱体301表面安装的六祖隔膜303均可以被挤压，从而使桩体304可以从任意面被施力，提高数据采集的多样性；

压块219设置为半球形结构，使得压块219在挤压隔膜303时不会对隔膜303造成破坏，同时隔膜303具有一定的延展性和密封性，并且压块219通过伸缩机构一218控制，使得压块219的推动压力可以进行控制；

同时变速箱212的作用可以使环形滑块208转速进行控制，从而实现快速调节。

实施例二

请参阅图1、图2、图3、图4、图10、图11、图12、图14，在实施例一的基础上，本发明提供一种技术方案：

一种建筑地面结构与桩基复合受力体多向拟静力试验装置，一种建筑地面结构与桩基复合受力体多向拟静力试验装置，本装置通过在底座1的表面安装有安装架4，并且安装架4的顶端安装有顶部外界施力模拟结构5，顶部外界施力模拟结构5垂直安装于多向拟静力试验模拟机构3的上方；

顶部外界施力模拟结构5包括电机三501、轴承座504和伸缩机构二514，安装架4表面位于多向拟静力试验模拟机构3的上方安装有轴承座504，轴承座504的内部插设有限位杆505，限位杆505的底端固定连接有限位套506，限位套506的内部插设有限位球507，限位球507的底端通过连接杆508固定连接有固定器509，固定器509安装于建筑结构体307的顶端表面；

通过顶部外界施力模拟结构5对多向拟静力试验模拟机构3的顶端进行固定限位，防止底部外界施力模拟结构2在运行过程中对多向拟静力试验模拟机构3产生影响，导致多向拟静力试验模拟机构3倒落；

并且限位套506设置为半球形壳体，限位球507设置为球体，通过限位球507在限位套506内可以任意方向的转动或摆动，使得多向拟静力试验模拟机构3在受到底部外界施力模拟结构2进行多向拟静力试验时，建筑结构体307无论往任何方向偏移都不会发生歪倒，并且通过限位杆505插设在轴承座504内，使得建筑结构体307、基台306、桩体304组成的一体结构可以小幅度的上下偏移，不会造成多向拟静力试验时采集的数据不精确。

实施例三

请参阅图1、图2、图3、图4、图10、图11、图12、图14，在实施例一和实施例二的基础上，本发明提供一种技术方案：

电机三501安装于安装架4的顶端，电机三501的转动轴转动连接有控制轴三502，控制轴三502插设于安装架4内且贯穿安装架4转动连接有控制齿轮二503，安装架4的底端表面位于轴承座504的外侧固定连接有安装座510，安装座510的内部设置有滑槽并且滑槽边缘设置有凸块，安装座510内部插设有驱动齿轮511，驱动齿轮511和控制齿轮二503啮合连接，使得电机三501运行时可以驱动控制轴三502连接着控制齿轮二503啮合驱动齿轮511转动；

同时驱动齿轮511的表面固定连接有固定杆二512，固定杆二512的底端固定连接有固定板二513，固定板二513的表面安装有伸缩机构二514，伸缩机构二514上安装有推块515；

并且连接杆508的表面通过支撑杆516安装有固定环517，固定环517和推块515保持同一水平高度；

通过驱动齿轮511转动可以带动伸缩机构二514转动，使得伸缩机构二514上安装的推块515可以在固定环517表面进行任意角度的调节，再通过伸缩机构二514驱动推块515滑动，使得推块515可以推动固定环517连接着限位球507在限位套506内进行摆动，从而实现在多向拟静力试验模拟机构3结构的上部进行施力模拟，在进行多向拟静力试验的数据采集；

并且本采集数据和底部外界施力模拟结构2在多向拟静力试验模拟机构3结构的底部进行施力模拟时采集的数据具有差异性，使得多向拟静力试验的数据采集具有多样性，从而提高试验的精确性；

并且推块515的内部设置有梯形开口，使得推块515对固定环517的推动更为稳定，不会发生中途脱落。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。