[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

权利要求书

1.一种模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置，其特征在于：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。

2.如权利要求1所述的模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置，其特征在于：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。

3.如权利要求1所述的模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置，其特征在于：所述水平反力架与所述模型箱可拆卸连接。

4.如权利要求1所述的模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置，其特征在于：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。

5.如权利要求1所述的模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置，其特征在于：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。

6.如权利要求5所述的模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置，其特征在于：所述模型桩包括两个半圆桩，两个半圆桩的顶部和底部均设有相对的固定孔，通过螺栓穿过相对的两个固定孔将两个半圆桩连接闭合。

7.如权利要求1所述的模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置，其特征在于：所述应变片的表面涂抹有硅胶。

8.一种如权利要求1-7任一所述的模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置的加载试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据实际高铁桥梁运营荷载的振动特征通过上位机PC对PLC控制器进行编程，以输入用于模拟高铁桥梁运营荷载的静态波和正弦波的叠加波形和频率；

（2）伺服驱动器接收PLC控制器的相关指令并驱动伺服电动缸对承台施加荷载；

（3）压力传感器将测得的承台实际受到的荷载信号反馈给伺服驱动器，伺服驱动器根据反馈的信号调节伺服电动缸施加给承台的荷载；

（4）加载试验过程中，位移传感器、应变片以及应变仪实时采集相应的数据并传递给数据处理计算机。

9.如权利要求8所述的模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置的加载试验方法，其特征在于：所述步骤（1）中，采用静态波和三组动态的正弦波叠加的激振力函数来模拟实际高铁桥梁运营荷载的振动特性，其函数形式为：

式中F(t)为高铁桥梁实际运营荷载，P_O为桥梁上部结构自重，P₁、P₂、P₃分别为三组正弦波的振动幅值，ω₁、ω₂、ω₃分别为三组正弦波的振动频率。

10.如权利要求8所述的模拟高铁桥梁运营荷载的群桩加载试验装置的加载试验方法，其特征在于：在上位机PC中对荷载的加载量、维持时间、加载装置的开关进行人为控制。