自平衡门架抗地表变形实验装置

1.一种自平衡门架抗地表变形实验装置，其特征在于：它包括由门架顶梁（a）、门架柱Ⅰ（b）、门架柱Ⅱ（c）和门架底梁（d）刚性连接而成的门架结构，所述的门架底梁（d）是包括上翼缘（1）和下翼缘（2）的梁结构，门架底梁（d）内装有多个竖向变形装置（f），上翼缘（1）和下翼缘（2）之间有用于容纳多个所述的竖向变形装置（f）的容置空间，所述的上翼缘（1）上有与所述的容置空间相贯通的长槽孔（6）；
所述的门架顶梁（a）、门架柱Ⅰ（b）、门架柱Ⅱ（c）和门架底梁（d）的内侧连接处固定有掖脚（e）；
所述的上翼缘（1）和下翼缘（2）为板状，上翼缘（1）和下翼缘（2）之间连有腹板（3），所述的上翼缘（1）和下翼缘（2）上有锚杆孔（5），所述的下翼缘（2）上有多个通孔（4），所述的上翼缘（1）和下翼缘（2）的两端有与所述的门架柱Ⅰ（b）和门架柱Ⅱ（c）连接的端板，所述的上翼缘（1）、下翼缘（2）和端板上有多个连接孔（10）。
2.根据权利要求1所述的自平衡门架抗地表变形实验装置，其特征在于：所述的腹板（3）有两道，两道腹板（3）之间形成所述的容纳多个所述的竖向变形装置（f）的容置空间。
3.根据权利要求1或2所述的自平衡门架抗地表变形实验装置，其特征在于：所述的腹板（3）与所述的上翼缘（1）和下翼缘（2）之间固定有多个加强肋（7）。
4.根据权利要求1所述的自平衡门架抗地表变形实验装置，其特征在于：所述的竖向变形装置（f）是竖直设置的千斤顶，它包括缸体（f3）和伸缩杆（f2）；所述的缸体（f3）从所述的下翼缘（2）穿过并连接在地面上，所述的伸缩杆（f2）的上端连接有能从所述的长槽孔（6）伸出的顶板（f1），多个所述的千斤顶在所述的容置空间内排成一排或数排。
5.根据权利要求1所述的自平衡门架抗地表变形实验装置，其特征在于：所述的长槽孔（6）上覆盖有盖板翼缘（9），盖板翼缘（9）的下部有插板（8）伸入所述的容置空间内。
6.根据权利要求1所述的自平衡门架抗地表变形实验装置，其特征在于：所述的门架顶梁（a）是“工”字形梁结构，门架顶梁（a）的两端有与所述的门架柱Ⅰ（b）和门架柱Ⅱ（c）连接的端板；所述的门架柱Ⅰ（b）和门架柱Ⅱ（c）是“工”字形柱结构。
7.根据权利要求1所述的自平衡门架抗地表变形实验装置，其特征在于：所述的掖脚（e）是由掖脚柱Ⅰ（e1）和掖脚柱Ⅱ（e2）垂直刚性连接而成的“L”形连接体，掖脚柱Ⅰ（e1）外侧的连接端面Ⅰ（e4）和掖脚柱Ⅱ（e2）外侧的连接端面Ⅱ（e5）形成直角拐角，所述的连接端面Ⅰ（e4）和连接端面Ⅱ（e5）上有多个连接孔（10）。
8.根据权利要求7所述的自平衡门架抗地表变形实验装置，其特征在于：所述的掖脚柱Ⅰ（e1）和掖脚柱Ⅱ（e2）的内侧之间固定有肋板（e3）。

自平衡门架抗地表变形实验装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种抗地表变形实验装置，属于建筑工程技术领域。\n背景技术\n[0002] 近年来，我国对地下资源的开采和对地下空间的利用正越来越频繁，如地铁、隧道和地下建筑等地下工程极易引起地表不均匀沉降等变形，而处在这些地下工程上部的建筑物、构筑物、水利设施、输电线塔等由于受到地表不均匀沉降的影响，直接威胁到建筑物的结构安全，给人类生命及财产带来巨大的隐患；同时受地表不均匀沉降影响下的这些建筑物、构筑物、水利设施、输电线塔等是否还能正常使用？存在哪些结构危害？受损伤程度如何？如何修复？等等一系列问题值得我们去深入探讨研究。\n[0003] 现有技术中还没有一套贴近实际工程的试验装置用以模拟上部结构遭遇地表变形后内力、变形变化特点的试验研究；还没有既可实现上部加载同时又可模拟下部地表变形的试验装置。\n发明内容\n[0004] 为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种自平衡门架抗地表变形实验装置，适用于实验室模拟地表变形条件下上部结构内力变化、变形特点的实验。\n[0005] 本发明是通过如下技术方案实现的：一种自平衡门架抗地表变形实验装置，它包括由门架顶梁、门架柱Ⅰ、门架柱Ⅱ和门架底梁刚性连接而成的门架结构，所述的门架底梁是包括上翼缘和下翼缘的梁结构，门架底梁内装有多个竖向变形装置，上翼缘和下翼缘之间有用于容纳多个所述的竖向变形装置的容置空间，所述的上翼缘上有与所述的容置空间相贯通的长槽孔。\n[0006] 所述的门架顶梁、门架柱Ⅰ、门架柱Ⅱ和门架底梁的内侧连接处固定有掖脚。\n[0007] 所述的上翼缘和下翼缘为板状，上翼缘和下翼缘之间连有腹板，所述的上翼缘和下翼缘上有锚杆孔，所述的下翼缘上有多个通孔，所述的上翼缘和下翼缘的两端有与所述的门架柱Ⅰ和门架柱Ⅱ连接的端板，所述的上翼缘、下翼缘和端板上有多个连接孔。\n[0008] 所述的腹板有两道，两道腹板之间形成所述的容纳多个所述的竖向变形装置的容置空间。\n[0009] 所述的腹板与所述的上翼缘和下翼缘之间固定有多个加强肋。\n[0010] 所述的竖向变形装置是竖直设置的千斤顶，它包括缸体和伸缩杆；所述的缸体从所述的下翼缘穿过并连接在地面上，所述的伸缩杆的上端连接有能从所述的长槽孔伸出的顶板，多个所述的千斤顶在所述的容置空间内排成一排或数排。\n[0011] 所述的长槽孔上覆盖有盖板翼缘，盖板翼缘的下部有插板伸入所述的容置空间内。\n[0012] 所述的门架顶梁是“工”字形梁结构，门架顶梁的两端有与所述的门架柱Ⅰ和门架柱Ⅱ连接的端板；所述的门架柱Ⅰ和门架柱Ⅱ是“工”字形柱结构。\n[0013] 所述的掖脚是由掖脚柱Ⅰ和掖脚柱Ⅱ垂直刚性连接而成的“L”形连接体，掖脚柱Ⅰ外侧的连接端面Ⅰ和掖脚柱Ⅱ外侧的连接端面Ⅱ形成直角拐角，所述的连接端面Ⅰ和连接端面Ⅱ上有多个连接孔。\n[0014] 所述的掖脚柱Ⅰ和掖脚柱Ⅱ的内侧之间固定有肋板。\n[0015] 本发明的有益效果是：本发明所提出的自平衡装置抗地表变形实验装置可以直接施加上部竖向或水平荷载；也可直接施加底部变形；可同时施加上部荷载及底部已知变形。本发明的实验装置解决了抗地表变形试验研究目前面临的诸多问题，实现了实验室模拟上部结构抗地表变形实验研究。可实现地表沉降模拟实验，可实现地表正负曲率变形的控制实验。本发明对自行设计的自平衡门架底梁上翼缘中部开槽，实现不均匀沉降空间，同时对门架底梁下翼缘开孔放置竖向变形装置,可实现模拟地表沉降不均匀沉降；可以实现地表变形对上部结构影响的实验；可实现上部结构在正常使用状态时突遇地表变形（已知变形特点）下其内力、变形变化特点试验；可以实现上部加载与下部地表变形同步实验。本发明所提出的自平衡门架抗地表变形实验装置在实验室实现方便，构造简单，操作便捷，能更好的模拟工程实际，且本发明有通用性。\n附图说明\n[0016] 下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。\n[0017] 图1是本发明结构示意图；\n[0018] 图2是本发明门架底梁俯视图；\n[0019] 图3是图2的A-A剖视图；\n[0020] 图4是本发明门架底梁仰视图；\n[0021] 图5是本发明门架底梁盖板俯视图；\n[0022] 图6是图5的左视图；\n[0023] 图7是本发明门架底梁立体图；\n[0024] 图8是本发明门架立柱结构示意图；\n[0025] 图8a是本发明门架立柱的截面图；\n[0026] 图8b是门架立柱的端板示意图；\n[0027] 图8c是门架立柱的侧翼缘示意图；\n[0028] 图9是本发明门架顶梁结构示意图；\n[0029] 图9a是本发明门架顶梁的截面图；\n[0030] 图9b是门架顶梁的端板示意图；\n[0031] 图9c是门架顶梁的俯视图；\n[0032] 图9d是门架顶梁的仰视图；\n[0033] 图10是本发明掖脚结构示意图；\n[0034] 图10a是本发明掖脚结构主视图；\n[0035] 图10b是图10a的左视图；\n[0036] 图10c是图10a的右视图；\n[0037] 图10d是图10a的俯视图；\n[0038] 图11是本发明竖向变形装置示意图;\n[0039] 图12是本发明实用状态参考图。\n[0040] 图中，a-门架顶梁；b-门架柱Ⅰ；c-门架柱Ⅱ；d-门架底梁；e-掖脚；e1、掖脚柱Ⅰ，e2、掖脚柱Ⅱ，e3、肋板，e4、连接端面Ⅰ，e5、连接端面Ⅱ；f-竖向变形装置；f1、顶板，f2、伸缩杆，f3、缸体；k-地锚孔洞；g-加载装置；s-试验构件；\n[0041] 1、上翼缘，2、下翼缘，3、腹板，4、通孔，5、锚杆孔，6、长槽孔，7、加强肋，8、插板，9、盖板翼缘，10、连接孔。\n具体实施方式\n[0042] 如图1至图11所示的一种自平衡门架抗地表变形实验装置，它包括由门架顶梁a、门架柱Ⅰb、门架柱Ⅱc和门架底梁d刚性连接而成的门架结构，所述的门架底梁d是包括上翼缘1和下翼缘2的梁结构，门架底梁d内装有多个竖向变形装置f，上翼缘1和下翼缘\n2之间有用于容纳多个所述的竖向变形装置f的容置空间，所述的上翼缘1上有与所述的容置空间相贯通的长槽孔6。翼缘，在本发明中是指平面或平板，如门架顶梁、底梁的上、下平面，及门架柱的侧平面。因为门架顶梁、底梁，及门架柱多采用“工”字形梁架结构，上述位置的平面向两边缘处伸出，故称“翼缘”，用翼缘代指上述位置的所有平面及平板结构。\n[0043] 该门架可通过地锚与地面固定，当门架底梁上翼缘用盖板翼缘9封闭时，可以实现平面内的自平衡加载，加载荷载大小>1000KN，需要在门架顶梁a、门架柱Ⅰb、门架柱Ⅱc和门架底梁d的内侧连接处加装掖脚e，实现对节点的加强。当不加掖状态时，加载荷载大小为≤1000KN。\n[0044] 如图2、图3、图4、图7所示，所述的上翼缘1和下翼缘2为板状，上翼缘1和下翼缘2之间连有腹板3，所述的上翼缘1和下翼缘2上有锚杆孔5，在地面上有多个地锚孔洞k，实验时根据需要可以通过门架底梁两端预留的地锚孔实现门架与地表的固定。所述的下翼缘2上有多个供千斤顶通过的通孔4，所述的上翼缘1和下翼缘2的两端有与所述的门架柱Ⅰb和门架柱Ⅱc连接的端板，所述的上翼缘1、下翼缘2和端板上有多个连接孔10，用于与门架其它部分连接。\n[0045] 所述的腹板3有两道，两道腹板3之间形成所述的容纳多个所述的竖向变形装置f的竖向容置空间。\n[0046] 所述的腹板3与所述的上翼缘1和下翼缘2之间固定有多个加强肋7。\n[0047] 如图1、图11所示，所述的竖向变形装置f是竖直设置的千斤顶，它包括缸体f3和伸缩杆f2；所述的缸体f3从所述的下翼缘2穿过并连接在地面上，所述的伸缩杆f2的上端连接有能从所述的长槽孔6伸出的顶板f1，多个所述的千斤顶在所述的容置空间内排成一排或数排，多个顶板f1在初始位置连成一个水平平面形成支撑。通过多个竖向变形装置f的升降可模拟地表不均匀沉降。\n[0048] 如图5、图6所示，所述的长槽孔6上覆盖有盖板翼缘9，盖板翼缘9的下部有伸入所述的容置空间内的插板8，形成“T”字形盖板。当进行结构单轴、平面内加载实验室，可将门架底梁上的容置空间用“T”字形盖板盖合。盖板翼缘9 可以是一整块，也可以是多块拼在一起。\n[0049] 如图8、图9所示，所述的门架顶梁a是“工”字形梁结构，门架顶梁a的两端有与所述的门架柱Ⅰb和门架柱Ⅱc连接的端板；所述的门架柱Ⅰb和门架柱Ⅱc是“工”字形柱结构。门架顶梁a、门架柱Ⅰb和门架柱Ⅱc上有用于与门架其它部分连接的连接孔。\n[0050] 图10所示，所述的掖脚e是由掖脚柱Ⅰe1和掖脚柱Ⅱe2垂直刚性连接而成的“L”形连接体，掖脚柱Ⅰe1外侧的连接端面Ⅰe4和掖脚柱Ⅱe2外侧的连接端面Ⅱe5形成直角拐角，所述的连接端面Ⅰe4和连接端面Ⅱe5上有多个连接孔10，用于与门架其它部分连接。所述的掖脚柱Ⅰe1和掖脚柱Ⅱe2的内侧之间固定有肋板e3。\n[0051] 使用时，如图1、图12所示，首先安装好自平衡门架，可实现平面内自由加载试验，[0052] 将门架底梁上翼缘盖板取掉，将液压千斤顶穿过门架底梁下翼缘预留孔，放置于上翼缘预开的长槽孔6内，此时通过液压千斤顶的升降可模拟实现地表的不均匀沉降模拟，下门将梁可实现不均匀沉降；即在门架底梁d上翼缘1内，将多个液压千斤顶放入所述的容置空间内排成一排或数排，长槽孔6伸出顶板f1，利用液压千斤顶的升降实现地表不均匀沉降，可实现上部结构抗地表变形的实验。试验构件s置于门架底梁上，在门架顶梁a、门架柱Ⅰb或门架柱Ⅱc上加装加载装置g，对试验构件s施压可实现单向荷载作用下抗地表变形实验研究，亦可实现双向荷载作用下抗地表变形实验研究。\n[0053] 当进行结构单轴、平面内加载实验时，可将门架底梁上T形盖板盖合；门架底梁d通过地锚与地面连接固定，加载装置g可固定于门架顶梁a实现竖向加载；加载装置g固定于门架柱Ⅰb或门架柱Ⅱc可实现水平方向加载；加载装置g同时固定于门架顶梁a和门架柱Ⅰb或门架柱Ⅱc可实现平面内双向加载。实验时根据需要可以通过门架底梁两端预留的地锚孔实现门架与地表的固定。