预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型及试验方法
【专利摘要】本发明公开了预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型及试验方法，包括一个模型槽，所述的模型槽内设有用于承载模型桩的承台，且模型桩的上端嵌入到承台中；在所述的模型槽的上方设有一个与反力架相连的且对承台实施垂直力的竖向气动加载系统，模型槽内侧设有与其连接的且对承台实施水平力的水平气动加载系统，且在所述的承台、模型桩和加载系统上设有监测装置。本发明提供一种能够较好地控制桩基荷载试验的荷载条件要求，更真实地模拟桩基的实际工作状况，探究管桩单桩和群桩在水平荷载作用下承载特性的试验装置。
【专利说明】预应力混凝土管粧水平承载特性试验模型及试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种土建试验模型及方法，尤其是一种建筑结构预应力混凝土管桩的承载特性试验模型及方法。
【背景技术】
[0002]预应力混凝土管桩的承载特性研究主要包括管桩单桩的承载特性研究、管桩群桩的承载特性研究以及管桩群桩承受竖向荷载作用下的承载特性研究。由于桩基属于地下工程，不确定因素较多，现场试验受工程的建设工期、环境因素、人为因素的影响，难以全面的多工况的分析研究桩基的承载特性。因此现阶段对于桩基础的研究主要依赖于数值计算、理论分析等方法。但是数值计算等方法受物理参数和本构模型的影响较大，因此计算结果的真实性和精确性难以判定，有时结果跟工程实际相差很大。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够较好地控制桩基荷载试验的荷载条件要求，更真实地模拟桩基的实际工作状况，探究管桩单桩和群桩在水平荷载作用下承载特性的试验装置。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
[0005]预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型，包括一个模型槽，所述的模型槽内设有用于承载模型桩的承台，且模型桩的上端嵌入到承台中；在所述的模型槽的上方设有一个与反力架相连的且对承台实施垂直力的竖向气动加载系统，模型槽内侧设有与其连接的且对承台实施水平力的水平气动加载系统，且在所述的承台、模型桩和加载系统上设有监测装置。
[0006]所述的监测装置为设置于承台上的千分表、设置于模型桩上的应变片、设置于模型桩周围的土压力盒。
[0007]所述的竖向气动加载系统包括气动千斤顶I，所述的气动千斤顶I竖向安装在反力架上，所述的反力架安装在承台的顶部；且在千斤顶I端部设有压力传感器I;
[0008]所述的水平气动加载系统包括气动千斤顶II，所述的气动千斤顶II水平安装在与其连接的模型槽的内壁上，且在千斤顶II端部设有压力传感器II。
[0009]所述模型槽包括多个连接在一起的钢板框架单元，在所述的框架单元内嵌有钢化玻璃；所述的钢化玻璃中间部位设置有与外界相通的排水孔；所述模型桩为有机玻璃管桩，在其外侧粘贴有电阻应变片。
[0010]预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型的试验方法，如下:
[0011]步骤I试验准备阶段，包括桩身应变片的粘帖、模型桩的埋设、承台的浇筑；
[0012]步骤2设计试验工况，包括调整试验阶段、水平加载试验阶段、水平加载及补充试验阶段；
[0013]步骤3确定载荷的加载方式和监测方案。[0014]所述的步骤I所述的桩身应变片的粘帖包括以下步骤:
[0015](I)选片:先用放大镜检查丝栅是否平行、有否有霉点、锈点，用数字式万用表测量各应变片电阻值；
[0016](2)测点表面的清洁处理:直接用棉花球蘸丙酮擦洗有机玻璃管桩表面；再用记号笔在测片位置处划出应变计的坐标线；
[0017](3)贴片:将应变片按照测试方向黏贴至模型桩坐标线上；然后使用胶将其与模型桩粘结，在上面盖一层聚乙烯塑料膜作为隔层，在应变计的长度方向滚压，挤出片下气泡和多余的胶水，直到应变计与模型桩紧密粘合为止；
[0018](4)接线:将双芯平行线与贴片的接线端子连接，并编号；
[0019](5)防潮处理:在应变片接好线并且绝缘电阻达到要求后，立即采用胶对应变计进行防潮处理；
[0020](6)测点保护:使用发泡胶覆盖后再粘贴防水胶带；
[0021](7)布线:应变片测线均先横向铺设至桩土变形影响范围外后再集中向地面引线，横向范围内测线采取蛇形布线方式。
[0022]所述的步骤I所述的模型桩埋设包括以下步骤:
[0023](I)将模型桩通过机械固定的方式固定在模型槽的承台内，并使用水平尺和线坠进行水平和竖直方向的精确调整；
[0024](2)在模型槽内逐层填筑、夯实沙土，每两层填土后选取3处测点，使用环刀法进行压实度的测定，以控制填筑质量；
[0025](3) 土压力盒采用反开挖的方式埋设，按照距离模型桩外边缘5cm布设，保证土压力盒受力面垂直于加载方向；
[0026](4) 土压力盒埋设完成之后，回填砂土并进行夯实。
[0027]步骤I所述的承台的浇筑包括以下步骤:
[0028]先利用水平尺整平桩周土体，然后架设承台模板，且确保模型桩的桩体在模板的中心位置，采用C50自密实混凝土浇筑承台，将混凝土进行搅拌，搅拌之后的混凝土要进行坍落度试验，待符合试验要求之后浇筑试验承台。
[0029]所述的步骤2所述的三个阶段具体如下:
[0030]①调整试验阶段:本阶段通过D=60mm单桩和(1X2)形式群桩两种工况进行调试试验；
[0031]②水平加载试验阶段:对管桩单、群桩进行多工况水平加载试验，试验工况如表I所示；
[0032]③水平加载及补充试验阶段:通过模型试验对提出的桩基水平承载力提高措施进行可行性验证和效果分析；
[0033]表I模型试验工况设计
[0034]
【权利要求】
1.预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型，其特征在于:包括一个模型槽，所述的模型槽内设有用于承载模型桩的承台，且模型桩的上端嵌入到承台中；在所述的模型槽的上方设有一个与反力架相连的且对承台实施垂直力的竖向气动加载系统，模型槽内侧设有与其连接的且对承台实施水平力的水平气动加载系统，且在所述的承台、模型桩和加载系统上设有监测装置。
2.如权利要求1所述的预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型，其特征在于:所述的监测装置为设置于承台上的千分表、设置于模型桩上的应变片、设置于模型桩周围的土压力盒。
3.如权利要求1所述的预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型，其特征在于:所述的竖向气动加载系统包括气动千斤顶I，所述的气动千斤顶I竖向安装在反力架上，所述的反力架安装在承台的顶部；且在千斤顶I端部设有压力传感器I; 所述的水平气动加载系统包括气动千斤顶II，所述的气动千斤顶II水平安装在与其连接的模型槽的内壁上，且在千斤顶II端部设有压力传感器II。
4.如权利要求1所述的预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型，其特征在于:所述模型槽包括多个连接在一起的钢板框架单元，在所述的框架单元内嵌有钢化玻璃；所述的钢化玻璃中间部位设置有与外界相通的排水孔；所述模型桩为有机玻璃管桩，在其外侧粘贴有电阻应变片。
5.预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型的试验方法，其特征在于，如下: 步骤I试验准备阶段，包括桩身应变片的粘帖、模型桩的埋设、承台的浇筑； 步骤2设计试验工况，包括调整试验阶段、水平加载试验阶段、水平加载及补充试验阶段； 步骤3确定载荷的加载方式和检测方案。
6.如权利要求5所述的预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型的试验方法，其特征在于，步骤I所述的桩身应变片的粘帖包括以下步骤: (1)选片:先用放大镜检查丝栅是否平行、有否有霉点、锈点，用数字式万用表测量各应变片电阻值； (2)测点表面的清洁处理:直接用棉花球蘸丙酮擦洗有机玻璃管桩表面；再用记号笔在测片位置处划出应变计的坐标线； (3)贴片:将应变片按照测试方向黏贴至模型桩坐标线上；然后使用胶将其与模型桩粘结，在上面盖一层聚乙烯塑料膜作为隔层，在应变计的长度方向滚压，挤出片下气泡和多余的胶水，直到应变计与模型桩紧密粘合为止； (4)接线:将双芯平行线与贴片的接线端子连接，并编号； (5)防潮处理:在应变片接好线并且绝缘电阻达到要求后，立即采用胶对应变计进行防潮处理； (6)测点保护:使用发泡胶覆盖后再粘贴防水胶带； (7)布线:应变片测线均先横向铺设至桩土变形影响范围外后再集中向地面引线，横向范围内测线采取蛇形布线方式。
7.如权利要求5所述的预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型的试验方法，其特征在于，步骤I所述的模型桩埋设 包括以下步骤:(1)将模型桩通过机械固定的方式固定在模型槽的承台内，并使用水平尺和线坠进行水平和竖直方向的精确调整； (2)在模型槽内逐层填筑、夯实沙土，每两层填土后选取3处测点，使用环刀法进行压实度的测定，以控制填筑质量； (3)土压力盒采用反开挖的方式埋设，按照距离模型桩外边缘5cm布设，保证土压力盒受力面垂直于加载方向； (4)土压力盒埋设完成之后，回填砂土并进行夯实。
8.如权利要求5所述的预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型的试验方法，其特征在于，步骤I所述的承台的浇筑包括以下步骤: 先利用水平尺整平桩周土体，然后架设承台模板，且确保模型桩的桩体在模板的中心位置，采用C50自密实混凝土浇筑承台，将混凝土进行搅拌，搅拌之后的混凝土要进行坍落度试验，待符合试验要求之后浇筑试验承台。
9.如权利要求5所述的预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型的试验方法，其特征在于，步骤2所述的三个阶段具体如下: ①调整试验阶段:本阶段通过单桩和群桩两种工况进行调试试验； ②水平加载试验阶段:对管桩单、群桩进行多工况水平加载试验； ③水平加载及补充试验阶段:通过模型试验对提出的桩基水平承载力提高措施进行可行性验证。
10.如权利要求5所述的预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型的试验方法，其特征在于，所述的步骤3具体内容如下: (1)加载方法 采用单循环连续加载法进行试验加载，每级荷载为预估极限承载力或最大试验荷载的1/12"?/10,每级卸载量为加载量的2倍；加载每级维持20min,卸载每级维持IOmin,都是间隔5min测读一次；卸到零荷载时维持30min,间隔IOmin测读一次； 终止加载条件: ①桩身折断； ②水平位移超过3CT40mm；:S水平位移达到设计要求的水平位移允许值； Φ水平荷载达到设计要求最大值； (2)监测方法 1)桩身应变监测 桩身应变片采取上密下疏的布设方式，每根模型桩粘帖电阻式应变片； 2)桩身位移及桩周土压力监测 采用千分表监测模型桩顶位移；采用土压力盒监测水平荷载作用下模型桩周土体土压力的分布情况； 3)水平荷载控制与监测 采用监测仪表对水平载荷进行量测、控制，并通过严格的机械定位保证荷载的同轴传递。
【文档编号】G01N3/10GK103882894SQ201410142288
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】王基文, 宋修广, 亓乐, 张宏博, 任宪骏, 庄培芝, 杨庆义, 周志东, 岳红亚, 吴建清 申请人:山东电力工程咨询院有限公司