一种用于模拟桩基摩阻力分布及中性点位置的支架系统

1.本实用新型涉及土木工程技术领域，确切地说是一种用于模拟桩基摩阻力分布及中性点位置的支架系统。


背景技术：

2.桩基的主要作用是将上部荷载传递到下部土层，其竖向承载力是桩土共同作用提供的，传递过程中桩身会与桩周及桩端土进行相互作用形成摩阻力与端阻力。当桩周土下沉位移小于桩身时，桩周会产生方向向上的正摩阻力，阻止桩基沉降；当桩周土下沉位移大于桩身时，桩周会产生方向向下的负摩阻力，加大桩基沉降，造成建筑物不均匀下沉。受荷载大小、桩体刚度、桩周土和桩端土性质等因素的影响，桩土的相互作用和荷载传递机理复杂，目前的相关研究理论仍不完善。
3.在桩周土性质不变时，桩端土刚度对摩阻力和端阻力占总承载力的比例大小影响极大：当桩端土的刚度较小时，摩阻力充分发挥，端阻力占比较小；反之，摩阻力不能充分发挥，端阻力占比较大。当产生负摩阻力时，在桩周土与桩截面沉降相等、无相对位移发生处其摩阻力为零，即为桩的中性点。在此位置之上的摩阻力为负摩阻力，在此位置之下的摩阻力为正摩阻力，在该点处桩身轴力达到最大值。中性点是桩基受力分析和承载力设计中的重要参数，其位置的变化直接影响桩基负摩阻力的大小。
4.目前规范中规定的中性点深度比ln/l0是从工程经验中得到的，根据桩端土持力层特征进行估算，在实际设计中往往存在误差过大的情况。常规的试验研究方法是通过测定桩周土压力和桩身应力分布来计算桩土的相对位移，推算出位移零点作为中性点深度。中性点位置不能直接测定，桩土的相互作用也不能直接观测，机构误差较难控制。
5.中国专利公开号cn108181180a公开了一种模拟由地面堆载引起桩负摩阻力中性点变化的试验装置及方法。该试验装置通过有色砂砾和桩侧标记得到了桩周土不同深度的沉降和桩-土相对位移以确定中性点位置变化。但存在以下缺陷：所用材料只能为透明土，作为标记用的有色砂砾容易和透明土混杂不清；需要进行排水，排水条件与实际情况不符；采用相机的图像处理确定沉降和变形，数据难以保持精确；加载机构制作较为繁琐，成本较高。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于模拟桩基摩阻力分布及中性点位置的支架系统，该支架系用于组成模拟桩端阻力大小及中性点变化的力学试验装置，使力学试验装置简单、精度高，既能模拟正负摩阻力的桩端阻力大小和桩周土变形，也能模拟负摩阻力时中性点位置的变化。
7.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术手段：
8.一种用于模拟桩基摩阻力分布及中性点位置的支架系统，包括桩端土模拟机构、支架机构，所述的支架机构设有通过支架柱连接的支架上盘、支架下盘，支架上盘的中心处
设有插孔，支架上盘支撑模型箱；桩端土模拟机构设有通过导向杆、弹簧连接的上承压板、下承压板，上承压板通过连接孔与导向杆配合，上承压板支撑模型箱内的桩基，桩基的底端通过支架上盘的插孔后抵立在上承压板上，上承压板受力时沿导向杆上、下活动；弹簧支撑上承压板。
9.通过设置支架机构，利用支架机构对本装置的其他部件形成支撑；支架机构的支架上盘起到支撑模型箱作用，另外，支架上盘直接与模型箱的侧壁连接作为模型箱的底面，可以进一步减少部件的设置，使装置结构简单；桩端土模拟机构设有通过导向杆、弹簧，可以改变弹簧的弹性模量，模拟不同工况的桩基正、负摩阻力受力特征。本实用新型使力学试验装置简单、精度高，既能模拟正负摩阻力的桩端阻力大小和桩周土变形，也能模拟负摩阻力时中性点位置的变化。
10.进一步的优选技术方案如下：
11.所述的支架柱设有四根，四根支架柱分别竖向设置在支架下盘的四个边角处，支架柱的底端分别与支架下盘连接固定；支架上盘与支架柱对应处设有支架插孔，支架上盘通过支架插孔套接在支架柱上。
12.通过设置支架插孔，便于支架上盘通过支架插孔套接在支架柱上。
13.所述的四根支架柱的顶端均设有承托螺栓，承托螺栓设置在同一高度，承托螺栓支撑支架上盘。
14.支架柱上设置承托螺栓对支架上盘进行限位及支撑。支架柱也可以设置限位台或限位凸代替螺栓。
15.所述的下承压板的前后两个侧面连接设置有防偏板，防偏板竖向设置且底端与下承压板固定连接，上承压板设置在两个防偏板之间，上承压板与防偏板之间无摩擦。
16.上承压板的宽度与两个防偏板之间的间隔相应，上承压板与防偏板之间无摩擦，以防止上承压板及抵接在其上桩基的运动时保持在竖向上不会发生歪斜。
附图说明
17.图1是本实用新型的立体图。
18.图2是本实用新型的桩端土模拟机构的立体图（前侧的防偏板未显示出）。
19.附图标记说明：
20.1-桩端土模拟机构；101-导向杆，102-上承压板，103-弹簧，104-防偏板，105-下承压板；2-支架机构；201-支架上盘，202-承托螺栓，203-支架柱，204-支架下盘。
具体实施方式
21.下面结合实施例，进一步说明本实用新型。
22.参见图1、图2可知，本实用新型的一种用于模拟桩基摩阻力分布及中性点位置的支架系统，由桩端土模拟机构1、支架机构2组成；所述的支架机构2设有通过支架柱203连接的支架上盘201、支架下盘204，支架上盘201的中心处设有插孔，支架上盘201支撑模型箱；桩端土模拟机构1设有通过导向杆101、弹簧103连接的上承压板102、下承压板105，上承压板102通过连接孔与导向杆101配合，上承压板102支撑模型箱内的桩基，桩基的底端通过支架上盘201的插孔后抵立在上承压板102上，上承压板102受力时沿导向杆101上、下活动；弹
簧103支撑上承压板102。
23.通过设置支架机构2，利用支架机构2对本装置的其他部件形成支撑；支架机构2的支架上盘201起到支撑模型箱作用，另外，支架上盘201直接与模型箱的侧壁连接作为模型箱的底面，可以进一步减少部件的设置，使装置结构简单；桩端土模拟机构1设有通过导向杆101、弹簧103，可以改变弹簧103的弹性模量，模拟不同工况的桩基正、负摩阻力受力特征。本实用新型使力学试验装置简单、精度高，既能模拟正负摩阻力的桩端阻力大小和桩周土变形，也能模拟负摩阻力时中性点位置的变化。
24.所述的支架柱203设有四根，四根支架柱203分别竖向设置在支架下盘204的四个边角处，支架柱203的底端分别与支架下盘204连接固定；支架上盘201与支架柱203对应处设有支架插孔，支架上盘201通过支架插孔套接在支架柱203上。
25.通过设置支架插孔，便于支架上盘201通过支架插孔套接在支架柱203上。
26.所述的四根支架柱203的顶端均设有承托螺栓202，承托螺栓202设置在同一高度，承托螺栓202支撑支架上盘201。
27.支架柱203上设置承托螺栓202对支架上盘201进行限位及支撑。支架柱203也可以设置限位台或限位凸代替螺栓。
28.参见图2可知，所述的下承压板105的前后两个侧面连接设置有防偏板104，防偏板104竖向设置且底端与下承压板105固定连接，上承压板102设置在两个防偏板104之间，上承压板102与防偏板104之间无摩擦。
29.上承压板102的宽度与两个防偏板104之间的间隔相应，上承压板102与防偏板104之间无摩擦，以防止上承压板102及抵接在其上桩基的运动时保持在竖向上不会发生歪斜。
30.以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。