[发明专利]石油储罐群桩基础沉降测试的循环荷载加载试验装置

说明书

本发明属于岩土工程和油气储运领域，具体地，涉及一种石油储罐群桩基础沉降测试的循环荷载加载试验装置，其特征在于：本发明装置中电机、电机传动杆、自由导轨构成电机驱动装置，导轨滑轮、第一主动杆、从动作用杆、中央传动齿轮、固定导轨板构成齿轮传动装置，在电机驱动装置驱动下，齿轮传动装置使模拟油罐底盘在竖直方向做往复升降，使弹簧发生伸缩形变，通过弹簧的形变产生荷载并将荷载施加到基桩模型上，使其发生沉降。本发明制作简易，操作方便，能够实现群桩基础中基桩在循环荷载下的沉降规律测试。

技术领域

本发明涉及土木工程和油气储运工程研究，特别地涉及一种石油储罐群桩基础沉降测试的循环荷载加载试验装置。

背景技术

我国大型钢储罐大多建设在沿海城市，常分布在软土地层，容易产生各种沉降变形，包括储罐的整体均匀沉降、底板的碟形沉降、储罐的整体倾斜沉降以及储罐周边的不均匀沉降等。我国采用的立式圆筒形钢储罐，是一类典型的金属薄壳结构，其稳定性能对沉降变形十分敏感，其中罐周不均匀沉降对钢储罐稳定的影响最为不利，是导致储罐破坏的主要原因。

群桩基础是大型石油储罐工程建设中常采用的基础形式，群桩基础的非均匀沉降对于储罐的结构稳定有直接影响，如出现罐底地基的非均匀沉降将会导致罐壁变形，变形过大将直接引起储罐失效。对于群桩基础的非均匀沉降问题可采用模型试验方法进行试验研究。特别地，石油储罐在充油、出油过程中会形成对储罐群桩基础的循环荷载作用。为研究在这种循环荷载作用下导致的群桩基础非均匀沉降问题，本发明提出一种石油储罐群桩基础沉降测试的循环荷载加载试验装置，通过模拟罐底群桩基础的分布，以法向荷载和沉降为切入点，可自由调节循环荷载施加频率、大小、时长，通过记录并对比群桩基础中基桩模型的沉降量，以研究不同桩土界面和罐底不同位置的不均匀沉降规律。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种石油储罐群桩基础沉降测试的循环荷载加载试验装置。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

石油储罐群桩基础沉降测试的循环荷载加载试验装置，包括模拟油罐底盘，弹簧，力传感器，承载箱，基桩模型，位移传感器，以及由电机、电机传动杆、自由导轨构成的电机驱动装置和由导轨滑轮，第一主动杆，从动作用杆，中央传动齿轮，固定导轨板构成的齿轮传动装置。其特征在于：承载箱内部装有模拟土层，模拟土层中按实际位置插入基桩模型，每个基桩模型上端安装位移传感器和力传感器。弹簧下端自然接触力传感器，上端连接模拟油罐底盘。模拟油罐底盘与从动作用杆固定，使模拟油罐底盘可随从动作用杆上下升降，并能保持水平。承载箱顶板上固定电机和固定导轨板。固定导轨板上有两条竖直轨道，第一主动杆和从动作用杆都带有轨道滑轮，两杆安装在固定轨道板上，可实现竖直升降。从动作用杆与第一主动杆之间通过中央传动齿轮连接，构成齿轮传动装置。电机转轴与电机传动杆一端相连，使电机传动杆可绕转轴转动，电机传动杆的另一端束缚在自由导轨内，能在自由导轨内相对滑动。自由导轨水平固定在第一主动杆下端，在电机的驱动下，通过电机传动杆和自由导轨，第一主动杆可竖直升降，实现了由转动变成平动的过程。

电机通电后，电机转轴带动电机传动杆绕轴转动，由于自由导轨与第一主动杆固定，且第一主动杆上的导轨滑轮束缚在固定导轨板的轨道中，电机传动杆通过自由导轨间接地使第一主动杆沿轨道周期性升降，并通过中央传动齿轮传动动力，带动从动作用杆进行周期性升降。从动作用杆的周期性升降使模拟油罐底盘下的每根弹簧被周期性地压缩，此时每个基桩模型都受到弹簧所施加的周期性荷载(详见图7)，实现模拟现实情况下群桩基础中每个基桩承受荷载的情况。同时每个基桩模型上的力传感器和位移传感器时刻记录着实际受力情况和沉降情况。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：1、本装置设有数量众多的基桩模型组成的群桩基础，可以根据真实油罐底部的基桩分布进行部署，具有更加贴近现实的模拟性。通过进行试验，既可以探究不同因素对单一基桩的作用规律，也可探究罐底不同区域沉降量不同的原因及不均匀沉降的规律。