[发明专利]可模拟地层抗力的弹性加载装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体地说，是涉及一种用于试验地下结构力学性能的加载装置。

背景技术

地层对地下结构而言，既是荷载的来源，同时也会对结构的变形产生约束作用(地层抗力)。具体而言，由于地层是由具有一定刚度的可以变形的土体组成的，则当地下结构由于变形，产生向土体侧的运动趋势时，结构对土体施加作用力，土体会发生压缩变形。同时，土体由于压缩变形反过来会对结构产生约束作用，约束结构的继续变形，也即地层抗力。因此，在地下工程领域，在对埋于地层中的地下结构进行力学性能试验时，需要考虑结构与地层间的相互作用(地层抗力)，以模拟地下结构实际的力学反应。

目前，进行结构试验时，通常是采用千斤顶直接加载。如图1所示，以四点加载为例，加载方法通常是利用刚性的千斤顶(包括一个固定座1和一个加载头2)从四个方向直接对地下结构进行加载，这种加载装置及加载方法在以下文献中都有记载：

[1]姚振纲，刘祖华编著.建筑结构试验.上海：同济大学出版社，1996.

[2]何英杰，张述琴，吕国梁.穿黄隧道内外衬联合受力结构模型试验研究[J].长江科学院院报，2002，增19：P64-67.

[3]王如路，宋博，王祺，郑彬.双圆盾构隧道衬砌错缝拼装整环试验及结构分析[J].地下工程与隧道，2001，(1)：P12-15，P21.

[4]王华译.隧道衬砌模型试验[J].隧道译丛，1994，(3)：P58-60.

这种加载装置和方法用于模拟地上结构的受力状态是合理的。但是，当用于模拟地下结构的受力状态时，却不能反应出地层与结构间的相互作用，不能体现地层抗力这一地下结构特有的荷载来源。总结起来，现有的加载装置和方法用于地下结构加载时存在如下缺点及不足：

(1)由于千斤顶刚度大，使得结构无法变形；同时，即使缩回千斤顶使得结构可以变形，但是结构在变形的同时却没有相应的土体抗力施加到结构上，不符合地层与土体相互作用的实际情况。

(2)不能直接对高温试验时的结构进行加载。如果用来对高温试验时的结构进行加载，则需要对千斤顶采取降温保护措施，才能保证加载的正确性，增加了试验成本和工作量。

(3)功能单一，不能同时得到加载点处结构的变形。如果需要得到加载点处结构的变形，需要额外布置测点。同时，在某些情况下，由于千斤顶与变形测点在空间位置上的干扰，使得测试变形不能实现。

(4)不能方便的得到实际施加到结构上的荷载。如果需要得到实际施加到结构上的荷载，则需要另外布置测力计，增加了试验的工作量和成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够模拟地层抗力，同时可以测量结构变形和荷载大小的加载装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种可模拟地层抗力的弹性加载装置，包括固定座和加载头，还有一个弹性装置，所述弹性装置包括传力杆、弹簧和加载杆，传力杆的后端与加载头相连接，传力杆的前端通过弹簧与加载杆相连接，在固定座和加载杆之间连接有位移计。

本发明的加载装置与现有的装置相比，有如下几个方面的优点：

(1)由于在加载头与结构之间设置了弹性装置，可以模拟地层抗力的作用，从而更真实地反应结构在地下时的受力状态。同时，通过调整弹簧刚度系数可以模拟具有不同基床系数的地层与结构间的相互作用。

(2)使用时，只需连续记录位移计的读数，就可以得到准确的任意时刻结构的变形和实际作用到结构上的荷载值。

(3)由于弹性装置的隔离作用，可以方便地对高温试验时的结构进行加载。

作为上述技术方案的一种改进，所述传力杆的前端还设有一段导向杆，加载杆的中心设有导向孔与所述导向杆滑动配合，所述弹簧套在导向杆的外面。这种结构可以使传力杆与加载杆之间相互导向，保证荷载的有效传递，提高装置的稳定性。

作为上述技术方案的另一种改进，所述传力杆与加载杆之间还连接有刻度指示尺。该指示尺用以指示弹簧的变形量，利用该变形量可以方便地指示出初始荷载的大小，而无需另外布置测力计。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是利用现有加载装置对结构进行加载试验的示意图(以四点加载为例)。

图2是利用本发明加载装置对结构进行加载试验的示意图(以四点加载为例)。

图3是本发明弹性加载装置的结构示意图。