預(yù)應(yīng)力混凝土管樁水平承載特性試驗?zāi)Ｐ图敖７椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明公開了一種預(yù)應(yīng)力混凝土管樁水平承載特性試驗?zāi)Ｐ图敖７椒?，模型包括一個模型槽，所述的模型槽內(nèi)設(shè)有用于承載模型樁的承臺，且模型樁的上端嵌入到承臺中；在所述的模型槽的上方設(shè)有一個與反力架相連的且對承臺實施垂直力的豎向加載系統(tǒng)，模型槽內(nèi)側(cè)設(shè)有與其連接的且對承臺實施水平力的水平加載系統(tǒng)，且在所述的承臺、模型樁和加載系統(tǒng)上設(shè)有監(jiān)測裝置。本發(fā)明提供一種能夠較好地控制樁基荷載試驗的荷載條件要求，更真實地模擬樁基的實際工作狀況，探究管樁單樁和群樁在水平荷載作用下承載特性的試驗裝置。
【專利說明】預(yù)應(yīng)力混凝土管粧水平承載特性試驗?zāi)Ｐ图敖７椒?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土建試驗?zāi)Ｐ图胺椒?，尤其是一種建筑結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的承載特性試驗?zāi)Ｐ图胺椒ā?br> 【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的水平承載特性研究主要包括管樁單樁的水平承載特性研究、管樁群樁的水平承載特性研究以及管樁群樁承受豎向荷載作用下的水平承載特性研究。由于樁基屬于地下工程，不確定因素較多，現(xiàn)場試驗受工程的建設(shè)工期、環(huán)境因素、人為因素的影響，難以全面的多工況的分析研究樁基的承載特性。因此現(xiàn)階段對于樁基礎(chǔ)的研究主要依賴于數(shù)值計算、理論分析等方法。但是數(shù)值計算等方法受物理參數(shù)和本構(gòu)模型的影響較大，因此計算結(jié)果的真實性和精確性難以判定，有時結(jié)果跟工程實際相差很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠較好地控制樁基荷載試驗的荷載條件要求，更真實地模擬樁基的實際工作狀況，探究管樁單樁和群樁在水平荷載作用下承載特性的試驗裝置。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]預(yù)應(yīng)力混凝土管樁水平承載特性試驗?zāi)Ｐ?，包括一個模型槽、承臺和模型樁，在所述的模型槽的上方設(shè)有與其連接的且對承臺實施垂直力的豎向加載系統(tǒng)，內(nèi)側(cè)設(shè)有與其連接的且對承臺實施水平力的水平加載系統(tǒng)，所述的模型樁的上端嵌入到承臺中，且在所述的承臺和模型樁上設(shè)有監(jiān)測裝置。
[0006]所述的監(jiān)測裝置為設(shè)置于承臺上的千分表和設(shè)置于模型樁上的應(yīng)變片。
[0007]所述的豎向加載系統(tǒng)包括載油壓千斤頂1、設(shè)置于千斤頂I端部的壓力傳感器和豎向反力架，所述的豎向反力架活動安裝在與其連接的模型槽的頂部，且載油壓千斤頂I的豎向安裝在豎向反力架的頂部。
[0008]所述的水平加載系統(tǒng)包括載油壓千斤頂II和設(shè)置于千斤頂端部的壓力傳感器II，所述的載油壓千斤頂II水平安裝在與其連接的模型槽的上。
[0009]所述模型槽包括多個通過螺栓連接在一起的鋼板焊接框架單元，在所述的焊接框架單元內(nèi)嵌有鋼化玻璃，所述的鋼化玻璃中間部位設(shè)置有與外界相通的直徑為40_的排水孔；
[0010]所述模型樁為有機玻璃管樁，在其外側(cè)粘貼有電阻應(yīng)變片。
[0011]預(yù)應(yīng)力混凝土管樁水平承載特性試驗?zāi)Ｐ偷慕７椒?，如?
[0012]步驟I采用相似第二定理(π定理)來確定原型與試驗?zāi)Ｐ椭g的量綱關(guān)系；
[0013]步驟2根據(jù)研究對象的形狀、荷載類型、荷載和位移量，使用方程分析法導(dǎo)出原型與試驗?zāi)Ｐ偷南嗨茰?zhǔn)則；
[0014]步驟3確定模型的相似系數(shù)；[0015]步驟4根據(jù)步驟3得到的相似系數(shù)，設(shè)計試驗?zāi)Ｐ汀?br> [0016]步驟I所述的模型試驗相似設(shè)計具體過程如下:
[0017]設(shè)一個物理現(xiàn)象如果含有η個物理量，其中有m個為基本物理量(其量綱是相互獨立的)，那么這η個物理量表示成是(n-m)個相似準(zhǔn)則π ” Ji2,, n n_m之間的函數(shù)關(guān)系；按此定理，亦即:
[0018]fj = (Ji 1； Ji2,..., Jin_m) = O (式 I)
[0019]式中:Ji n—第η個物理量。
[0020]式(I)即為相似準(zhǔn)則關(guān)系式或π關(guān)系式，式中π項即為相似準(zhǔn)則。
[0021]定理的作用:對于彼此相似的現(xiàn)象，在對應(yīng)點和對應(yīng)時刻上相似準(zhǔn)則都保持同一值，所以它的H關(guān)系式也應(yīng)當(dāng)是相同的；用下標(biāo)“P”和“m”分別表示原型和模型，則π關(guān)系式分別為:
[0022]f1= (π1ρ, π 2ρ,…，Ji (n_m)p) = 0 (式 2)
[0023]f2 = ( π lm, Ji 2m,…，Ji (n_m)m) = 0 (式 3)
[0024]其中:JIlDi= JI lp ; JI2ni=JI2p ; ；π (n-m)m=^ (n-m)p (式 4)
[0025]式中:31 lD1—模型中第一個物理量；
[0026]Ji lp—原型中第一個物理量。
[0027]由式(4)可見，如果把某現(xiàn)象的試驗結(jié)果整理成式(I)所示的無量綱的η關(guān)系式，則該關(guān)系式便可推廣到與它相似的所有其它現(xiàn)象上去；而在推廣的過程中，由式(4)可知，并不需要列出各η項間真正的關(guān)系方程(不論該方程發(fā)現(xiàn)與否)。
[0028]步驟2的相似準(zhǔn)則的導(dǎo)出過程如下:
[0029]本發(fā)明所研究對象為彈性長樁，荷載類型為水平靜載，因此按照靜力形似模型設(shè)計；且荷載和位移量均較小，選用彈性地基梁撓曲微分方程為計算依據(jù)，使用方程分析法導(dǎo)出相似準(zhǔn)則，如下:
【權(quán)利要求】
1.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁水平承載特性試驗?zāi)Ｐ?，其特征在?包括一個模型槽，所述的模型槽內(nèi)設(shè)有用于承載模型樁的承臺，且模型樁的上端嵌入到承臺中；在所述的模型槽的上方設(shè)有一個與反力架相連的且對承臺實施垂直力的豎向加載系統(tǒng)，模型槽內(nèi)側(cè)設(shè)有與其連接的且對承臺實施水平力的水平加載系統(tǒng)，且在所述的承臺、模型樁和加載系統(tǒng)上設(shè)有監(jiān)測裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁水平承載特性試驗?zāi)Ｐ?，其特征在?所述的監(jiān)測裝置為設(shè)置于承臺上的千分表、設(shè)置于模型樁上的應(yīng)變片、設(shè)置于模型樁周圍的土壓力盒。
3.如權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁水平承載特性試驗?zāi)Ｐ?，其特征在?所述的豎向加載系統(tǒng)包括載油壓千斤頂I，所述的載油壓千斤頂I豎向安裝在反力架上，所述的反力架安裝在承臺的頂部；且在千斤頂I端部設(shè)有壓力傳感器I。
4.如權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁水平承載特性試驗?zāi)Ｐ?，其特征在?所述的水平加載系統(tǒng)包括載油壓千斤頂II，所述的載油壓千斤頂II水平安裝在與其連接的模型槽的內(nèi)壁上，且在千斤頂II端部設(shè)有壓力傳感器II。
5.如權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁水平承載特性試驗?zāi)Ｐ停涮卣髟谟?所述模型槽包括多個連接在一起的鋼板框架單元，在所述的框架單元內(nèi)嵌有鋼化玻璃；所述的鋼化玻璃中間部位設(shè)置有與外界相通的排水孔；所述模型樁為有機玻璃管樁，在其外側(cè)粘貼有電阻應(yīng)變片。
6.如權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁水平承載特性試驗?zāi)Ｐ偷慕７椒?，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I采用相似第二定理來確定原型與試驗?zāi)Ｐ椭g的量綱關(guān)系； 步驟2根據(jù)彈性長樁的形狀、荷載類型、荷載和位移量，使用方程分析法導(dǎo)出原型與試驗?zāi)Ｐ偷南嗨茰?zhǔn)則； 步驟3確定模型的相似系數(shù)； 步驟4根據(jù)步驟3得到的相似系數(shù)，建立試驗?zāi)Ｐ汀?br> 7.如權(quán)利要求6所述的建模方法，其特征在于，所述的步驟I具體過程如下:所述的原型與試驗?zāi)Ｐ椭g的量綱關(guān)系的量綱關(guān)系如下: 用下標(biāo)“P”和“m”分別表示原型和模型，則對應(yīng)的量綱如下:
fl = ( 31 Ip, 31 2P,...，31 (n-m)p) = ?(式 2)
f2 = ( lm, 2m,…，11 (n-m)m) = ?(式 3)
其中:11 Im- 11 Ip ; 11 2m~ 11 2p ; ; 11 (n_m)m_ 11 (n_m)p (式 4) 式中:31 1π—模型中第一個物理量； H 1ρ—原型中第一個物理量。
8.如權(quán)利要求6所述的建模方法，其特征在于，所述的步驟2具體過程如下: 所述的彈性樁的形狀為彈性長樁，所述的荷載類型為水平靜載；所述的水平位移小于等于40mm ;所述的最大載荷小于等于8000N ;選用彈性地基梁撓曲微分方程為計算依據(jù)，使用方程分析法導(dǎo)出原型與試驗?zāi)Ｐ偷南嗨茰?zhǔn)則，如下: 相似準(zhǔn)則式(I)
9.如權(quán)利要求6所述的建模方法，其特征在于，步驟3所述的模型相似系數(shù)如下: 幾何相似吊數(shù):CL=CL模型/Cl實際=0.1 ； 填筑材料相似常數(shù):CE1=1 模型樁彈性模量相似常數(shù)為:GE2_Ge 麵/Ce 實卩示 _0.I ； 由相似準(zhǔn)則式(I)得位移相似常數(shù)=Cyz=I ； 由相似準(zhǔn)則式(2)得彎矩相似常數(shù):CM=0.001 ； 由相似準(zhǔn)則式(3)得荷載相似常數(shù):CF=0.01。
10.如權(quán)利要求6所述的建模方法，其特征在于，步驟4所述的試驗?zāi)Ｐ偷慕ㄔ囼炘O(shè)備和試驗材料: 步驟4-1試驗設(shè)備，主要包括加載系統(tǒng)、模型槽以及監(jiān)測系統(tǒng)； (1)模型槽設(shè)計 根據(jù)幾何相似常數(shù):Cl=ClM/(^Ρ?=(λ I確定模型樁尺寸； 根據(jù)荷載相似常數(shù)Cf=0.01確定加載過程中水平荷載和豎向荷載； 根據(jù)彎矩相似常數(shù)Cm=0.001確定確定原型中彎矩值； (2)加載系統(tǒng) 加載系統(tǒng)包括豎向加載系統(tǒng)和水平加載系統(tǒng)，其中豎向加載系統(tǒng)提供50kN的豎向荷載，水平加載系統(tǒng)提供300kN的水平荷載； (3)監(jiān)測系統(tǒng) 千分表的量程為50mm ； 電阻式土壓力盒的量程為0.6MPa ； 電阻式應(yīng)變片采用BX120-5AA系列應(yīng)變片。 步驟4-2模型試驗材料主要包括:模型樁、模型填料和承臺材料； (1)模型樁材料及尺寸確定 模型樁材料的確定準(zhǔn)則: a、能模擬樁土的軟硬差別；b、能模擬樁土界面的粗糙度； C、能加工及設(shè)置測試元件；d、所選材料價格低，取材方便； e、所選材料的尺寸能試驗?zāi)M不同樁徑、壁厚的控制分析； 模型樁的尺寸確定準(zhǔn)則: 根據(jù)幾何相似比(1: 10)確定模型樁尺寸； (2)填筑材料選取準(zhǔn)則A:能反應(yīng)群樁結(jié)構(gòu)的受力變形規(guī)律；B:填筑材料相似常數(shù):CE1=1 ；(3)承臺材料選取準(zhǔn)則能模擬樁-土-承臺的協(xié)調(diào)變形特性。
【文檔編號】E02D33/00GK103898930SQ201410143255
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】王基文, 宋修廣, 亓樂, 張宏博, 任憲駿, 莊培芝, 楊慶義, 周志東, 岳紅亞, 吳建清 申請人:山東電力工程咨詢院有限公司