本發(fā)明涉及一種新型的用于土木工程模型試驗(yàn)領(lǐng)域模型樁加工及檢測的多功能裝置及方法，具體說來，是一種綜合模型樁身應(yīng)力測試原件安裝與檢測、樁周外壁涂層設(shè)置以及整樁率定的裝置。

背景技術(shù)：
在土木工程建設(shè)領(lǐng)域，樁基礎(chǔ)是一種被廣泛使用的深基礎(chǔ)。長久以來，雖然樁基的設(shè)計及施工經(jīng)驗(yàn)不斷地得到充實(shí)和完善，但是隨著工程建設(shè)逐漸向高難度方向發(fā)展，樁基使用方面的問題層出不窮，需要相關(guān)科研人員不斷地深入研究。在眾多的研究方法中，試驗(yàn)研究始終是最值得信賴的方法之一。相對現(xiàn)場試驗(yàn)的高投入以及某些條件下無法進(jìn)行等特點(diǎn)，室內(nèi)試驗(yàn)可以用較小的代價且更具針對性的開展研究，成為研究、探索和解決相關(guān)問題的一種有效方法。模型樁作為模型試驗(yàn)中的關(guān)鍵部件，其制作工藝是決定模型試驗(yàn)準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵因素。根據(jù)模型試驗(yàn)的實(shí)際目的，模型樁的制作方式多樣。目前，相當(dāng)數(shù)量的樁基模型試驗(yàn)需要測定不同加載情況下的樁身受力，此類情況就需要在模型樁上布置應(yīng)變測試的元件（應(yīng)變片）。對于應(yīng)變片布置于外壁的模型樁，其制備主要包含應(yīng)變片的黏貼、導(dǎo)線的布置；應(yīng)變片工作狀態(tài)的檢測；外壁涂層設(shè)置（用于防護(hù)應(yīng)變片及導(dǎo)線）和整樁率定等基本工序。已有的試驗(yàn)中模型樁制備工作多分階段實(shí)施且涉及多項(xiàng)裝置。一般先在模型樁樁壁進(jìn)行劃線以確定應(yīng)變片的黏貼位置，對于圓形截面的小直徑模型樁，樁壁上劃線定位較為繁瑣，同時也較難實(shí)現(xiàn)應(yīng)變片導(dǎo)線的規(guī)則布置；模型樁應(yīng)變的檢測多采用對模型樁施加軸向荷載的方式進(jìn)行測定，對于樁壁較厚、剛度較大的模型樁，因需要施加更大的荷載，采用重物堆載的方式并不十分適合；由于樁外壁布置有應(yīng)變片和導(dǎo)線，樁側(cè)涂層在實(shí)際操作過程中很保證涂層壁厚的均勻。為改進(jìn)上述模型樁制備過程中的不足，提高工作效率，本發(fā)明提出了一種用于模型試驗(yàn)的樁基制作裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于模型試驗(yàn)的樁基制作裝置。技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種用于模型試驗(yàn)的樁基制作裝置，包括依次固定安裝在底座上的鎖定支撐臂、內(nèi)支撐臂和反力支撐臂，所述鎖定支撐臂上穿設(shè)有鎖定段，所述反力支撐臂上穿設(shè)有反力段；所述鎖定段的端部安裝有壓力傳感器和墊盤，所述反力段的端部安裝有加載器和限位盤；所述墊盤與限位盤之間用于夾設(shè)模型樁，所述鎖定段、反力段、墊盤、限位盤和模型樁的軸心處于同一直線上；所述內(nèi)支撐臂上安裝有用于包絡(luò)模型樁的套筒。具體地，所述鎖定支撐臂是具有貫通圓孔的長條形豎直臂，所述圓孔的外側(cè)設(shè)有角度刻畫線，所述圓孔內(nèi)壁具有環(huán)形凹槽，凹槽內(nèi)部設(shè)有鋼珠；所述鎖定段與鋼珠之間夾設(shè)有鎖定段襯管；所述鎖定段具有大徑端和小徑端，所述小徑端安裝于鎖定段襯管內(nèi)，所述大徑端上設(shè)有螺孔，所述螺孔內(nèi)安裝有縱向鎖定螺栓，所述縱向鎖定螺栓將墊盤固定在鎖定段上。具體地，所述圓孔的徑向上穿設(shè)有水平向第一螺栓孔和豎向第一螺栓孔，所述水平向第一螺栓孔、豎向第一螺栓孔內(nèi)分別安裝有側(cè)部鎖定螺栓、頂部鎖定螺栓，所述小徑端沿圓周徑向設(shè)有第二螺栓孔，當(dāng)鎖定段在圓孔中旋轉(zhuǎn)到所需角度時，側(cè)部鎖定螺栓、頂部鎖定螺栓與第二螺栓孔相適配。具體地，所述鎖定段外側(cè)設(shè)置有可拆卸搖臂，搖臂內(nèi)側(cè)設(shè)置有伸縮標(biāo)尺。通過標(biāo)尺配合鎖定支撐臂的圓形孔洞外側(cè)的角度刻畫線，實(shí)現(xiàn)鎖定段旋轉(zhuǎn)角度的控制。具體地，所述墊盤向鎖定段側(cè)設(shè)有內(nèi)護(hù)壁，所述內(nèi)護(hù)壁帶有沿徑向的限位凸起，且在內(nèi)護(hù)壁底部設(shè)置有用于壓力傳感器導(dǎo)線引出的圓形開孔，所述壓力傳感器為圓盤形，位于鎖定段與墊盤之間且位于內(nèi)護(hù)壁內(nèi)。具體地，所述墊盤向反力支撐臂一側(cè)設(shè)置有中心軸桿，中心軸桿的外側(cè)套有外徑略小于模型樁內(nèi)徑的襯管，襯管的外側(cè)設(shè)置有模型樁，模型樁一端緊靠墊盤，另一端緊靠限位盤，限位盤通過內(nèi)部螺紋將模型樁限位在中心軸桿上。具體地，所述反力支撐臂為長條形豎直臂，中心開有圓形孔洞，孔洞內(nèi)部設(shè)置圓形凹槽，凹槽內(nèi)部設(shè)置鋼珠，反力支撐臂的開孔處設(shè)置有反力段襯管，反力段從鎖定段襯管的內(nèi)部穿出，反力段中空且中心軸桿從反力段中心穿出。具體地，所述反力段的外側(cè)設(shè)置有反力撐，反力撐為方形直角狀且一端部緊靠反力支撐臂，另一端部插入反力段，反力段與限位盤之間設(shè)置有軸向開孔的液壓加載器，液壓加載器嵌于反力段內(nèi)且通過液壓管外接液壓泵加載。具體地，所述套筒沿軸向四分之一圓周開槽，套筒的內(nèi)側(cè)布置有塑料膜，套筒水平向開槽側(cè)設(shè)置有工作架，工作架帶有直角面與弧形面，通過控制工作架水平面與模型樁外壁的距離來控制模型樁涂層厚度。本發(fā)明同時提出一種用于模型試驗(yàn)的樁基制作方法，包括以下步驟：步驟1，分別將安裝有鋼珠和鎖定段襯管的鎖定支撐臂、安裝有鋼珠和反力段襯管的反力支撐臂、內(nèi)支撐臂豎直固定于底座上，并將底座平穩(wěn)安放至工作臺，鎖定段穿出鎖定支撐臂內(nèi)的鎖定段襯管，套筒的內(nèi)部布置塑料膜且通過固定板固定于內(nèi)支撐臂上；步驟2，墊盤的中心軸桿外側(cè)套襯管，并在襯管外側(cè)套模型樁，墊盤的內(nèi)護(hù)壁內(nèi)安裝壓力傳感器，壓力傳感器導(dǎo)線從內(nèi)護(hù)壁的開孔處穿出，將模型樁放入套筒內(nèi)且中心軸桿穿出反力支撐臂，并通過縱向鎖定螺栓將墊盤與鎖定段連接；步驟3，在模型樁遠(yuǎn)離墊盤一端安裝限位盤，將液壓加載器安裝在反力段內(nèi)，反力段穿過反力支撐臂的反力段襯管且反力段和液壓加載器內(nèi)部穿過中心軸桿，在反力段外側(cè)安裝反力撐；步驟4，在套筒開孔處安裝工作架，將壓力傳感器導(dǎo)線、液壓管分別連接至采集器和液壓泵，在鎖定段外側(cè)安裝模型樁轉(zhuǎn)動所用的搖臂，通過在鎖定支撐臂上插入頂部鎖定螺栓和側(cè)部鎖定螺栓實(shí)現(xiàn)模型樁固定；步驟5，待上述安裝完成后，去除頂部鎖定螺栓和側(cè)部鎖定螺栓、卸載液壓加載器，拉出標(biāo)尺，將標(biāo)尺定位于鎖定支撐臂的角度刻畫線的某一角度，插入頂部鎖定螺栓和側(cè)部鎖定螺栓鎖定模型樁；步驟6，借助工作架，在套筒開槽處進(jìn)行模型樁應(yīng)變片黏貼、布線，完成后加載液壓加載器，根據(jù)采集器的數(shù)值，判斷應(yīng)變片是否工作正常，如果非正常則去除應(yīng)變片并重新黏貼；步驟7，去除頂部鎖定螺栓和側(cè)部鎖定螺栓，卸載液壓加載器，使用搖臂及標(biāo)尺將模型樁轉(zhuǎn)至另一個角度，插入頂部鎖定螺栓和側(cè)部鎖定螺栓鎖定模型樁，重復(fù)步驟6，直至完成應(yīng)變片黏貼及布線工作；步驟8，卸載液壓加載器，去除頂部鎖定螺栓和側(cè)部鎖定螺栓，拉回標(biāo)尺，轉(zhuǎn)動搖臂，在套筒開槽處進(jìn)行模型樁的涂裝工作，涂層厚度根據(jù)工作架與模型樁間距控制，待涂層基本凝固完成涂裝工作，拆除模型樁，清理工作架并去除套筒內(nèi)的塑料膜以完成清理工作；步驟9，待涂層完全硬化，插入頂部鎖定螺栓和側(cè)部鎖定螺栓鎖定模型樁，加載液壓加載器，對模型樁施加分級軸向荷載，實(shí)現(xiàn)對模型樁應(yīng)變片的最終率定工作。有益效果：與現(xiàn)有設(shè)計相比，本發(fā)明具有以下顯著的進(jìn)步：1.本發(fā)明用于模型樁的應(yīng)變片黏貼、貼片質(zhì)量檢測、應(yīng)變片導(dǎo)線布線、模型樁外壁涂裝以及模型樁涂裝完成后的整樁率定等工作，相比其他單一功能的裝置，本發(fā)明綜合了多項(xiàng)功能，涵蓋了模型樁制階段所涉及的多個關(guān)鍵工序，可以廣泛用于模型樁的加工及檢測領(lǐng)域。2.本發(fā)明中模型樁軸線與套筒內(nèi)工作架頂面平行，套筒1/4的開槽設(shè)置限定了模型樁施工面，借助工作架頂面以及套筒的支撐，更便于在樁外壁上尋找平行于樁軸線的線條，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模型樁外壁應(yīng)變片與導(dǎo)線的精確定位。3.相比沿橫截面圓周二等分或四等分形式的常規(guī)應(yīng)變片布置方法，本裝置借助鎖定段外側(cè)的搖臂以及搖臂上的標(biāo)尺，可以將模型樁精確轉(zhuǎn)動更多的角度，方便的實(shí)現(xiàn)沿橫截面圓周布置多種等分形式的應(yīng)變片。4.已有的方法較難實(shí)現(xiàn)模型樁外壁的均勻涂裝，本發(fā)明利用控制工作架與模型樁間距，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)樁側(cè)涂層厚度的嚴(yán)格控制，并且通過搖臂轉(zhuǎn)動模型樁，能夠便捷、高效的實(shí)現(xiàn)整樁的涂裝工作，套筒內(nèi)的塑料膜設(shè)置則更便捷的清理涂裝后膠水的殘余。5.相比已有的裝置，本發(fā)明采用了壓力傳感器與液壓加載器，可以實(shí)現(xiàn)模型樁的軸向加載，具備了應(yīng)變片黏貼初期的校核以及模型樁涂層硬化后的整樁率定功能，且液壓加載器可以實(shí)現(xiàn)較大的軸向荷載值，能適用于剛度較大的模型樁率定。除了上面所述的本發(fā)明解決的技術(shù)問題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明的一種用于模型試驗(yàn)的樁基制作裝置及方法所能解決的其他技術(shù)問題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點(diǎn)，將結(jié)合附圖做出進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例的剖立面圖；圖2是圖1中A-A處的剖視圖；圖3是圖1中B-B處的剖視圖；圖4是圖1中C-C處的剖視圖；圖5是圖1中D-D處的剖視圖；圖6是圖1中E-E處的剖視圖；圖7是圖1中①部的局部放大圖；圖8是圖1中②部的局部放大圖；圖中有：1套筒、2模型樁、3中心軸桿、4底座、5鎖定支撐臂、6內(nèi)支撐臂、7套筒螺栓、8固定板、9反力支撐臂、10襯管、11采集器、12液壓泵、101搖臂、102鎖定段、103鎖定段襯管、104鋼珠、105壓力傳感器導(dǎo)線、106標(biāo)尺、107頂部鎖定螺栓、108縱向鎖定螺栓、109外護(hù)壁、110內(nèi)護(hù)壁、111壓力傳感器、112墊盤、113液壓管、114限位盤、115液壓加載器、116反力撐、117反力段、118反力段襯管、119側(cè)部鎖定螺栓、120塑料膜、121工作架。具體實(shí)施方式實(shí)施例：下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1-8所示，本實(shí)施例的一種用于模型試驗(yàn)的樁基制作裝置及方法，包括：套筒1、模型樁2、中心軸桿3、底座4、鎖定支撐臂5、內(nèi)支撐臂6、套筒螺栓7、固定板8、反力支撐臂9、襯管10、采集器11、液壓泵12、搖臂101、鎖定段102、鎖定段襯管103、鋼珠104、壓力傳感器導(dǎo)線105、標(biāo)尺106、頂部鎖定螺栓107、縱向鎖定螺栓108、外護(hù)壁109、內(nèi)護(hù)壁110、壓力傳感器111、墊盤112、液壓管113、限位盤114、液壓加載器115、反力撐116、反力段117、反力段襯管118、側(cè)部鎖定螺栓119、塑料膜120、工作架121。所述底座4為方形具有一定的厚度和重量，底座4置于水平工作臺上，鎖定支撐臂5為長條形且豎直固定于底座4一端，鎖定支撐臂5中心開有圓孔，鎖定支撐臂5外側(cè)面的圓孔四周設(shè)有角度刻畫線，圓孔內(nèi)部設(shè)置圓形凹槽并且設(shè)置有鎖定段襯管103，凹槽與鎖定段襯管103內(nèi)部設(shè)置有鋼珠104，鎖定段襯管103從中段有開槽且在鎖定支撐臂5外側(cè)設(shè)有邊緣突起以達(dá)到止滑的目的。所述鎖定段102由大徑端、小徑端即兩段直徑不同的圓柱形構(gòu)件組成，鎖定段102小徑端外徑略小于鎖定段襯管103內(nèi)徑且從鎖定段襯管103中心穿過，鎖定段102大徑端四周開有孔徑略大于縱向鎖定螺栓108外徑的螺栓孔，鎖定段102大徑端內(nèi)側(cè)端部設(shè)有外護(hù)壁109，外護(hù)壁109為圓筒形構(gòu)件，鎖定段102小徑端外側(cè)端部設(shè)有可裝卸的搖臂101，搖臂101為L形條形桿，搖臂101的內(nèi)側(cè)設(shè)置有矩形可伸縮的標(biāo)尺106。具體地，所述鎖定支撐臂5圓孔的徑向上穿設(shè)有水平向第一螺栓孔和豎向第一螺栓孔，所述水平向第一螺栓孔、豎向第一螺栓孔內(nèi)分別安裝有側(cè)部鎖定螺栓119、頂部鎖定螺栓107，所述鎖定段102小徑端中部沿圓周徑向設(shè)有第二螺栓孔，當(dāng)鎖定段102在圓孔中旋轉(zhuǎn)到所需角度時，側(cè)部鎖定螺栓119、頂部鎖定螺栓107與第二螺栓孔相適配。所述墊盤112為圓盤形構(gòu)件，墊盤112向鎖定段102一側(cè)帶有內(nèi)護(hù)壁110，內(nèi)護(hù)壁110為圓桶形且外壁帶有沿徑向的限位凸起，內(nèi)護(hù)壁110的外徑略小于外護(hù)壁109內(nèi)徑，內(nèi)護(hù)壁110的內(nèi)徑略大于壓力傳感器111的外徑，壓力傳感器111置于內(nèi)護(hù)壁110內(nèi)部，墊盤112向反力支撐臂9一側(cè)設(shè)置有中心軸桿3，中心軸桿3的軸線與墊盤112的軸線共線，中心軸桿3為圓柱形桿且外側(cè)套有襯管10，有襯管10外徑略小于模型樁2內(nèi)徑且長度略小于模型樁2，模型樁2一端緊靠墊盤112另一端緊靠限位盤114，限位盤114通過內(nèi)部螺紋將模型樁2限位在中心軸桿3上。所述反力支撐臂9為長條形且豎直固定于底座4一端，反力支撐臂9中心開有圓形孔洞，圓形孔洞內(nèi)部設(shè)置圓形凹槽并且設(shè)置有反力段襯管118，凹槽與反力段襯管118內(nèi)部設(shè)置有鋼珠104，反力段襯管118為圓筒形且在反力支撐臂9外側(cè)設(shè)有邊緣突起以達(dá)到止滑的目的。所述反力段117為圓筒形構(gòu)件且外側(cè)面設(shè)有可安裝反力撐116的開槽，反力段117外徑略小于反力段襯管118內(nèi)徑且從反力段襯管118中心穿過，反力撐116為方形直角狀且沿反力段117圓周均勻分布，反力撐116一端部緊靠反力支撐臂9，另一端部插入反力段117，反力段117與限位盤114之間設(shè)置有軸向開孔的液壓加載器115，液壓加載器115嵌于反力段117內(nèi)且通過液壓管113外接液壓泵12加載，中心軸桿3從反力段117中心穿過。所述套筒1為圓筒形且沿軸向四分之一圓周開槽，套筒1通過底部的方形的固定板8與套筒螺栓7固定于內(nèi)支撐臂6上，內(nèi)支撐臂6共兩根為長條形且豎直固定于底座4中段，套筒1內(nèi)側(cè)布置有塑料膜，套筒1水平向開槽側(cè)設(shè)置有工作架121，工作架121為沿圓筒1通長布置且?guī)в兄苯敲媾c弧形面，通過控制工作架121水平面與模型樁2外壁的距離來控制模型樁2涂層厚度。本裝置安裝步驟如下：分別將安裝有鋼珠104和鎖定段襯管103的鎖定支撐臂5、安裝有鋼珠104和反力段襯管118的反力支撐臂9、內(nèi)支撐臂6豎直固定于底座4上，并將底座4平穩(wěn)安放至工作臺，鎖定段102穿出鎖定支撐臂5內(nèi)的鎖定段襯管103，套筒1內(nèi)部布置塑料膜120且通過固定板8固定于內(nèi)支撐臂6上。墊盤112的中心軸桿3外側(cè)套襯管10，并在襯管10外側(cè)套模型樁2，墊盤112的內(nèi)護(hù)壁110內(nèi)安裝壓力傳感器111，壓力傳感器導(dǎo)線105從內(nèi)護(hù)壁110的開孔處穿出，將模型樁2放入套筒1內(nèi)且中心軸桿3穿出反力支撐臂9，并通過縱向鎖定螺栓108將墊盤112與鎖定段102連接。在模型樁2遠(yuǎn)離墊盤112一端安裝限位盤114，將液壓加載器115安裝在反力段117內(nèi)，反力段117穿過反力支撐臂9的反力段襯管118且反力段117和液壓加載器115內(nèi)部穿過中心軸桿3，在反力段117外側(cè)安裝反力撐116。在套筒1開孔處安裝工作架121，將壓力傳感器導(dǎo)線105、液壓管113分別連接至采集器11和液壓泵12，在鎖定段102外側(cè)安裝模型樁2轉(zhuǎn)動所用的搖臂101，通過在鎖定支撐臂5上插入頂部鎖定螺栓107和側(cè)部鎖定螺栓119實(shí)現(xiàn)模型樁2固定。本裝置使用步驟如下：待上述安裝完成后，去除頂部鎖定螺栓107和側(cè)部鎖定螺栓119、卸載液壓加載器115，拉出標(biāo)尺106，將標(biāo)尺106定位于鎖定支撐臂5的角度刻畫線的某一角度，插入頂部鎖定螺栓107和側(cè)部鎖定螺栓119鎖定模型樁2。借助工作架，在套筒1開槽處進(jìn)行模型樁2應(yīng)變片黏貼、布線，完成后加載液壓加載器115，根據(jù)采集器11的數(shù)值，判斷應(yīng)變片是否工作正常，如果非正常則去除應(yīng)變片并重新黏貼。去除頂部鎖定螺栓107和側(cè)部鎖定螺栓119，卸載液壓加載器115，使用搖臂101及標(biāo)尺106將模型樁2轉(zhuǎn)至另一個角度，插入頂部鎖定螺栓107和側(cè)部鎖定螺栓119鎖定模型樁2，重復(fù)加載、應(yīng)變片檢測工作，直至完成應(yīng)變片黏貼及布線工作。卸載液壓加載器115，去除頂部鎖定螺栓107和側(cè)部鎖定螺栓119，拉回標(biāo)尺106，轉(zhuǎn)動搖臂101，在套筒1開槽處進(jìn)行模型樁2的涂裝工作，涂層厚度根據(jù)工作架121與模型樁2間距控制，待涂層基本凝固完成涂裝工作，拆除模型樁2，清理工作架121并去除套筒1內(nèi)的塑料膜120以完成清理工作。待涂層完全硬化，插入頂部鎖定螺栓107和側(cè)部鎖定螺栓119鎖定模型樁2，加載液壓加載器115，對模型樁2施加分級軸向荷載，實(shí)現(xiàn)對模型樁2應(yīng)變片的最終率定工作。以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。