[发明专利]一种模拟基础纵-横向非线性支承刚度的试验装置

说明书

本发明提供一种模拟基础纵‑横向非线性支承刚度的试验装置，属于桩基工程的技术领域，包括顶端开口的内筒和外筒、扭转非线性支承模块、横向非线性支承模块以及纵向非线性支承模块；内筒套设在外筒内，且能在外筒内纵向运动；扭转非线性支承模块包括托盘、齿轮、第一横向滑槽、套盒、第一横向滑块和齿杆；横向非线性支承模块包括纵向滑槽、纵向滑块、分离箱和横向加载杆；纵向非线性支承模块包括第二横向滑槽、第二横向滑块和纵向加载杆。本发明实现了基础对上部结构立柱的纵‑横向非线性支承的模拟，为开展上部支承结构(如海上导管架，桩承结构)室内模型试验提供了底部支承条件。

技术领域

本发明涉及桩基工程的技术领域，特别是涉及一种模拟基础纵-横向非线性支承刚度的试验装置。

背景技术

目前，结构模型试验往往将上部结构的立柱柱端与基础脱开（即认为底部固结），忽略上部结构与基础的共同作用，考虑成独立结构。然而，实际工程中上部结构与基础总是共同工作的，它们是不可分割的一个整体。将上部结构和基础分割开来，各自考虑受力并进行计算，这对较小建筑物或简单结构，误差一般不至于影响结构安全或增加造价。然而，对那些规模较大，荷载多样，上部结构复杂的建筑物，采用仅满足静力平衡条件的方法而不考虑两者之间的共同作用，将会引起较大的误差。在上部结构模型试验中，如高层建筑、桥梁和海上导管架等结构，往往将底部立柱直接与实验室地面连接，视为理想嵌固条件，忽略基础对结构的实际支承作用。由于在上部结构建造过程中，基础本身(如桩基础)与下卧土层均会发生压缩变形，相当于将结构置于弹簧支座之上，故此假定底部为理想嵌固条件可能存在较大误差。当考虑地基的刚度后，基础底面在水平荷载作用下发生转动，结构自振周期加长，顶点位移增大。特别是对于高宽比大的高层建筑结构，侧向刚度起控制作用，基础刚度对结构抗震性能的影响尤为显著。因此，在结构模型试验中，有必要考虑基础支承刚度对上部结构力学特性的影响。

中国发明专利CN106500959A，公开了一种用于模拟海洋环境荷载的装置，该装置将导管腿通过螺栓直接与矩形混凝土基础连接。在该装置中将桩基础直接简化为钢板和钢结构焊接而成的箱体结构，这弱化了基础对于上部结构的支承作用。总的说来，目前结构模型试验中，鲜有考虑基础对于上部结构支承的试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟基础纵-横向非线性支承刚度的试验装置，考虑结构底部基础的实际支承作用以及基础支承刚度的非线性，以模拟基础对上部结构的支承。

本发明提供一种模拟基础纵-横向非线性支承刚度的试验装置，包括顶端开口的内筒和外筒、扭转非线性支承模块、横向非线性支承模块以及纵向非线性支承模块；内筒套设在外筒内，且能在外筒内纵向运动；扭转非线性支承模块包括托盘、齿轮、第一横向滑槽、套盒、第一横向滑块和齿杆；托盘滚动设置在内筒内，用于固定上部结构立柱；齿轮固定套设在所述托盘上；第一横向滑槽的数量为两个，以上部结构立柱的中心线为对称轴对称设置在内筒内且开口朝向上部结构立柱；套盒靠近上部结构立柱的侧面和远离上部结构立柱的侧面具有贯通口，两个套盒通过连杆连接，滑动设置在同一个所述第一横向滑槽内；两个第一横向滑块的曲面相对设置，通过弹簧与套盒内壁连接，且第一横向滑块从套盒远离上部结构立柱的侧面上的贯通口伸出与第一横向滑槽接触；齿杆通过杆体上的锯齿部与齿轮啮合，两端从套盒靠近上部结构立柱的侧面上的贯通口伸入套盒内且设置有用于挤压第一横向滑块的半球体捣头；横向非线性支承模块包括纵向滑槽、纵向滑块、分离箱和横向加载杆；纵向滑槽以上部结构立柱的中心线为对称轴对称设置在内筒内且开口朝向上部结构立柱；两个纵向滑块的曲面相对设置，通过弹簧与纵向滑槽内壁连接；分离箱套设在上部结构立柱上；横向加载杆的第一端固定在分离箱上，第二端设置有用于挤压纵向滑块的半球体捣头；纵向非线性支承模块包括第二横向滑槽、第二横向滑块和纵向加载杆；第二横向滑槽设置在外筒内，开口朝向内筒的底部；两个第二横向滑块的曲面相对设置，通过弹簧与第二横向滑槽内壁连接；纵向加载杆的第一端固定在内筒的底部，第二端设置用于挤压第二横向滑块的半球体捣头。

进一步地，托盘的底面设置有向下凸出的环形隔档层；环形隔档层和内筒底部围合的空间内设置有滚珠。