[发明专利]一种模拟桩顶线性刚度约束的扭矩加载装置及方法

权利要求书

1.一种模拟桩顶线性刚度约束的扭矩加载装置，其特征在于：包括支撑定位柱（100）、扭矩加载模块和桩顶约束模块；

所述支撑定位柱（100）的数量为四个，以模型桩（600）为中心呈矩形设置，底端固定在支撑面上；

所述扭矩加载模块包括用于套设在模型桩（600）桩顶的分离箱（201）、以所述模型桩（600）的中心线为对称轴对称设置且第一端与所述分离箱（201）固定连接的两个加载梁（202）以及MTS作动器（203）；

所述加载梁（202）和MTS作动器（203）处于与支撑面平行的同一平面内；

所述MTS作动器（203）垂直于所述加载梁（202），加载头与所述加载梁（202）固定连接，且以所述模型桩（600）的中心线为对称轴对称设置；

所述桩顶约束模块包括桁架（301）、齿轮组和扭矩弹簧（302）；

所述桁架（301）的底部固定在所述支撑定位柱（100）的顶端；

所述齿轮组包括第一齿轮轴承（303）、第一齿轮（304）、第二齿轮轴承（305）和第二齿轮（306）；

所述第一齿轮轴承（303）的轴线与所述模型桩（600）的轴线共线，顶端固定在所述桁架（301）上，底端悬空设置在所述模型桩（600）桩顶；

所述第一齿轮（304）转动设置在所述第一齿轮轴承（303）上，中心部与所述分离箱（201）的顶部固定连接；

所述第二齿轮轴承（305）以所述第一齿轮轴承（303）为对称轴对称设置，且两端均固定在所述桁架（301）上；

所述第二齿轮（306）上设置有角度刻度，转动设置在所述第二齿轮轴承（305）上，与所述第一齿轮（304）处于与支撑面平行的同一平面内，直径小于所述第一齿轮（304）的直径，且与所述第一齿轮（304）啮合；

所述扭矩弹簧（302）套设在所述第二齿轮轴承（305）上，且分段对称设置在所述第二齿轮（306）两侧，第一端固定在所述第二齿轮（306）上，第二端固定在所述第二齿轮轴承（305）或桁架（301）上。

2.根据权利要求1所述的模拟桩顶线性刚度约束的扭矩加载装置，其特征在于，所述第一齿轮轴承（303）和第二齿轮轴承（305）的杆体上均设置有环形凹槽（307）；

所述第一齿轮（304）套设在所述第一齿轮轴承（303）的环形凹槽（307）内，且与所述环形凹槽（307）之间设置有滚珠；

所述第二齿轮（306）套设在所述第二齿轮轴承（305）的环形凹槽（307）内，且与所述环形凹槽（307）之间设置有滚珠。

3.根据权利要求1所述的模拟桩顶线性刚度约束的扭矩加载装置，其特征在于，所述分离箱（201）的内周面与模型桩（600）桩顶的外周面契合，包括两个可分离的箱体；

两个所述箱体以所述模型桩（600）的中心线为对称轴对称套设在所述模型桩（600）的桩顶，通过对拉螺栓连接；

所述对拉螺栓包括贯穿所述箱体的螺杆和设置在所述螺杆端部的螺帽；

所述第一齿轮（304）与所述分离箱（201）通过螺栓连接。

4.根据权利要求3所述的模拟桩顶线性刚度约束的扭矩加载装置，其特征在于，所述加载梁（202）为工字钢，与所述分离箱（201）焊接，与所述MTS作动器（203）的加载头螺栓连接；

所述工字钢的两个翼缘之间焊接有多个加劲肋（204）。

5.根据权利要求1-4任一项所述的模拟桩顶线性刚度约束的扭矩加载装置，其特征在于，所述MTS作动器（203）的端部通过第一固定板（205）固定在反力墙（400）上。

6.根据权利要求5所述的模拟桩顶线性刚度约束的扭矩加载装置，其特征在于，所述桁架（301）与所述支撑定位柱（100）连接处设置有第二固定板（308）；

所述第二固定板（308）上设置有用于与所述支撑定位柱（100）螺栓连接的螺栓孔。

7.根据权利要求6所述的模拟桩顶线性刚度约束的扭矩加载装置，其特征在于，相邻两个支撑定位柱（100）之间设置有支撑杆。