[发明专利]模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置及方法

说明书

本发明提供了一种模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置及方法，该装置包括模型组件、加载系统、控制系统以及数据采集系统；模型组件包括模型箱、承台以及多个模型桩，承台设置于模型箱中，模型桩固定在承台下方且下部通过试验土样埋置于模型箱中；加载系统包括水平反力架和伺服电动缸，伺服电动缸固定在水平反力架上；控制系统包括PLC控制器、伺服驱动器以及上位机PC，上位机PC用于对PLC控制器进行编程，伺服驱动器用于根据PLC控制器的相关指令控制伺服电动缸对所述承台施加相应的荷载；数据采集系统包括位移传感器、应变片以及应变仪，位移传感器安装在承台上，应变片布置在各模型桩内部。本发明制作较为简单、加载方便、准确性高，可控范围较广。

技术领域

本发明涉及桩基工程的模型试验技术领域，尤其涉及一种模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置及方法。

背景技术

近年来随着我国高速铁路技术迅猛发展，为了给高速列车的平稳高速运行提供保障，高速铁路桥梁所占比例达50%～60%。新建高速铁路桥梁绝大部分采用的是群桩基础，由于高速铁路对基础的承载特性要求很高，如何保证高速列车通行时群桩基础的稳定性是工程界十分关注的问题。高铁桥梁群桩基础不仅受到上部结构自重的作用，同时还承受车辆动力荷载的作用，而列车动荷载与一般动力机器基础的动荷载和地震荷载存在着显著差异，因此研究高速铁路运营荷载作用下桥梁群桩基础的动力特性变得十分有必要。现阶段，室内模型试验是研究桥梁群桩基础动力特性的重要手段之一，然而现有相关的模型试验加载装置只能施加简单的动态变化荷载，无法真实有效地模拟高速铁路运营荷载的实际振动特性。因此，研究出一种能够真实有效地模拟高速铁路桥梁运营荷载的群桩加载装置具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以较为真实的模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置及方法。

本发明是这样实现的：

一方面，本发明提供一种模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置，包括模型组件、加载系统、控制系统以及数据采集系统；

所述模型组件包括模型箱、承台以及多个模型桩，所述承台设置于所述模型箱中，多个所述模型桩均固定在所述承台下方且下部通过试验土样埋置于所述模型箱中；

所述加载系统包括水平反力架和伺服电动缸，所述水平反力架安装在所述模型箱的顶端，所述伺服电动缸固定在所述水平反力架上，所述伺服电动缸的活塞杆的前端与所述承台的上表面抵接；

所述控制系统包括PLC控制器、伺服驱动器以及上位机PC，所述上位机PC与所述PLC控制器电连接，所述PLC控制器与所述伺服驱动器电连接，所述伺服驱动器与所述伺服电动缸电连接，所述上位机PC用于对所述PLC控制器进行编程以输入用于模拟高铁桥梁运营荷载的不同的静态波和正弦波的叠加波形和频率，所述伺服驱动器用于根据所述PLC控制器的相关指令控制所述伺服电动缸对所述承台施加相应的荷载；

所述数据采集系统包括位移传感器、应变片以及应变仪，所述位移传感器安装在所述承台上，所述应变片具有多个且布置在各所述模型桩内部，所述位移传感器以及各所述应变片均与所述应变仪连接，所述应变仪与数据处理计算机连接。

进一步地，还包括设置于所述伺服电动缸的活塞杆以及所述承台之间的压力传感器，所述压力传感器与所述伺服驱动器电连接，所述压力传感器用于测量承台实际受到的荷载信号并反馈给所述伺服驱动器，所述伺服驱动器用于根据所述压力传感器反馈的信号调节伺服电动缸施加给承台的荷载。

进一步地，所述水平反力架与所述模型箱可拆卸连接。

进一步地，所述压力传感器固定于所述伺服电动缸的活塞杆的前端或者固定于所述承台的上表面且与所述伺服电动缸的活塞杆垂直接触。

进一步地，所述模型桩为空心的金属管，所述应变片粘贴于所述模型桩的内壁上，所述模型桩的上部设置有用于供所述应变片的导线穿出的圆孔。