一种环箍式扭转激振装置的制作方法

本实用新型涉及基桩检测领域，具体涉及一种环箍式扭转激振装置。

背景技术：

桩基础是现今我国采用最多的一种基础形式，具有以下特性：①桩支承于坚硬的或较硬的持力层，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力；②桩基具有很大的竖向单桩刚度或群刚度，在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降；③凭借巨大的单桩侧向刚度或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载；④桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力。随着桩基础的广泛应用，对于桩的性能各方面的检测要求也随之增高。其中对于桩在扭转激振形式下参量的测量，现有方法多为：在距桩头一定位置的桩身处沿直径方向预埋一根牛腿，并在牛腿上安装测力传感器和速度传感器，通过沿桩身切线方向给牛腿施加一个切向激振，测出侧向激振的大小以及激振过程中的桩身扭转切向线速度，然后根据相关公式换算阻抗函数，进一步通过数值分析方法得到虚拟的时域响应曲线。该方法中的激振方法可能给桩身施加一个附加的水平荷载，给测试结果造成干扰，且该方法不能减弱或消除单向强水流、波浪、潮汐等附加动力荷载引起的附加振动对测试结果的影响，存在明显缺陷。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有桩基础检测方法存在的上述不足，提供一种环箍式扭转激振装置，减少甚至消除附加动力荷载对切向线速度的影响，使得出的数据更加精准，有利于对桩身性能的分析。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种环箍式扭转激振装置，至少包括内环箍、外环箍、滚珠、滚珠定位箍、抱桩螺栓和传力杆，所述滚珠定位箍设置于内环箍和外环箍之间，内环箍的外侧设置有外滚槽，外环箍的内侧设置有内滚槽，所述滚珠嵌于内环箍的外滚槽和外环箍的内滚槽之间，并由滚珠定位箍定位；所述内环箍上均匀开设有若干抱桩螺栓孔，各个抱桩螺栓孔内对应穿设一个抱桩螺栓，抱桩螺栓用于将内环箍和桩身固定为一整体；所述传力杆设置有两根，两根传力杆对称焊接在垂直于内环箍切线的外侧，所述外环箍上对称开设有两个与传力杆同高度的传力杆位置孔，两根传力杆分别从外环箍的两个传力杆位置孔中伸出。

按上述方案，所述内环箍由两个对称的内半圆箍组成，每个内半圆箍的两端分别设置有垂直于其端部的内环箍翼板，内环箍翼板上预留内环箍螺栓孔，两个内半圆箍的两端通过装配螺栓穿设在内环箍螺栓孔内连接固定。

按上述方案，所述外环箍由两个对称的外半圆箍组成，每个外半圆箍的两端分别设置有垂直于其端部的外环箍翼板，外环箍翼板上预留外环箍螺栓孔，两个外半圆箍的两端通过装配螺栓穿设在外环箍螺栓孔内连接固定。

按上述方案，所述抱桩螺栓孔设有4个，相邻两个抱桩螺栓孔互为90°预留在内环箍上(抱桩螺栓孔还可以根据实际需要改变数量和角度)。

本实用新型环箍式扭转激振装置测量桩参量并求解相应虚拟时域响应曲线的方法，包括以下步骤：

1)根据桩的形状选择合适大小的环箍式扭转激振装置，环箍式扭转激振装置的内环箍的直径略大于桩的最大对角线长度或直径，以便于抱桩螺栓的固定；

2)将组装好的环箍式扭转激振装置套入距桩头合适位置的桩身处，拧紧抱桩螺栓将内环箍和桩身固定为一整体；

3)在内环箍的合适位置处对称安装速度传感器，并保证对称速度传感器的连线方向与水流方向垂直；在两根传力杆上分别安装一测力传感器；并将速度传感器和测力传感器连接到测试主机上；

4)激振时，通过快速转动外环箍翼板使外环箍转动并通过外环箍上的传力杆位置孔撞击传力杆，进而对内环箍施加扭矩并传递至桩身；

5)在激振过程中分别通过测力传感器和速度传感器测出作用在对称的两个传力杆上的荷载和内环箍的两个切向线速度；

6)根据步骤5)中所测的内环箍的两个切向线速度，如果不受强水流、波浪、潮汐的附加动力荷载作用，此时测出的两个切向线速度为大小相等、方向相反的一对参量，分别定义为V和-V，取这一对参量绝对值的平均值(|V|+|-V|)/2，即得到此时桩身的扭转切向线速度；

7)如果受强水流、波浪、潮汐的附加动力荷载作用，此时测出的与水流方向一致的切向线速度V₁大小为不受附加动力荷载影响的切向线速度绝对值|V|与由附加动力荷载引起的切向线速度绝对值|V_f|之和，即|V|+|V_f|；与水流方向相反的切向线速度V₂大小为不受附加动力荷载影响的切向线速度绝对值|V|与由附加动力荷载引起的切向线速度绝对值|V_f|之差，即|V|-|V_f|，取切向线速度V₁与V₂绝对值的平均值(|V_1|+|-V₂|)/2)，即得到消除附加动力荷载影响之后的桩身的扭转切向线速度；

8)结合步骤5)中测出的荷载换算得到作用在桩身上的扭矩，并结合步骤6)～7)中得到的桩身的扭转切向线速度，换算出相应的不受强水流、波浪、潮汐的附加动力荷载作用和受强水流、波浪、潮汐的附加动力荷载作用的阻抗函数，进而通过数值分析方法得到相应的虚拟时域响应曲线。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型装置能够减弱或消除单向强水流、波浪、潮汐等附加动力荷载引起的附加振动对测试结果的影响，准确地测量出装置上所加荷载和消除附加动力荷载影响后激振过程中的桩身扭转切向线速度；

2、本实用新型装置不会给桩身施加一个附加的水平荷载，通过所测荷载换算出作用在桩身上的扭矩，结合求出的扭矩和消除影响后的桩身扭转切向线速度求出相应的阻抗函数，进而通过数值分析方法得到更为准确的虚拟的时域响应曲线；

3、减少甚至消除附加动力荷载对切向线速度的影响，使得出的数据更加精准，有利于对桩身性能的分析，安装简单方便，易操作，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型环箍式扭转激振装置的结构示意图；

图2为图1沿A-A向的结构示意图；

图3为图1沿B-B向的结构示意图；

图4为图1沿C-C向的结构示意图；

图5为图1沿D-D向的结构示意图；

图中：1-内环箍，2-外环箍，3-滚珠，4-滚珠定位箍，5-装配螺栓，6-抱桩螺栓，7-内半圆箍，8-内环箍翼板，9-内环箍螺栓孔，10-外半圆箍，11-外环箍翼板，12-外环箍螺栓孔，13-外滚槽，14-内滚槽，15-抱桩螺栓孔，16-传力杆，17-传力杆位置孔。

具体实施方式

下面结合附图和一个较佳实施例对本实用新型技术方案进行详细的描述。

参照图1～图5所示，本实用新型所述的环箍式扭转激振装置，至少包括内环箍1、外环箍2、滚珠3、滚珠定位箍4、抱桩螺栓6和传力杆16，滚珠定位箍4设置于内环箍1和外环箍2之间，内环箍1的外侧设置有外滚槽13，外环箍2的内侧设置有内滚槽14，滚珠3嵌于内环箍1的外滚槽13和外环箍2的内滚槽14之间，并由滚珠定位箍4定位；内环箍1上均匀开设有若干抱桩螺栓孔15，各个抱桩螺栓孔15内对应穿设一个抱桩螺栓6，抱桩螺栓6用于将内环箍1和桩身固定为一整体；传力杆16设置有两根，两根传力杆16对称焊接在垂直于内环箍1切线的外侧，外环箍2上对称开设有两个与传力杆16同高度的传力杆位置孔17，两根传力杆16分别从外环箍2的两个传力杆位置孔17中伸出。

内环箍1由两个对称的内半圆箍7组成，每个内半圆箍7的两端分别设置有垂直于其端部的内环箍翼板8，内环箍翼板8上预留内环箍螺栓孔9，两个内半圆箍7的两端通过装配螺栓5穿设在内环箍螺栓孔9内连接固定。

外环箍2由两个对称的外半圆箍10组成，每个外半圆箍10的两端分别设置有垂直于其端部的外环箍翼板11，外环箍翼板11上预留外环箍螺栓孔12，两个外半圆箍10的两端通过装配螺栓5穿设在外环箍螺栓孔12内连接固定。

抱桩螺栓孔15设有4个，相邻两个抱桩螺栓孔15互为90°预留在内环箍1上，抱桩螺栓孔还可以根据实际需要改变数量和角度。

本实用新型环箍式扭转激振装置测量桩参量并求解相应虚拟时域响应曲线的方法，包括以下步骤：

1)根据桩的形状选择合适大小的环箍式扭转激振装置，实施例中桩为圆形桩或方形桩，环箍式扭转激振装置的内环箍1的直径略大于圆形桩的直径或方形桩的最大对角线长度，以便于抱桩螺栓6的固定；

2)将组装好的环箍式扭转激振装置套入距桩头合适位置的桩身处，拧紧抱桩螺栓6将内环箍1和桩身固定为一整体；

3)在内环箍1的合适位置处对称安装速度传感器，并保证对称速度传感器的连线方向与水流方向垂直；在两根传力杆16上分别安装一测力传感器；并将速度传感器和测力传感器连接到测试主机上；

4)激振时，通过快速转动外环箍翼板11使外环箍2转动并通过外环箍2上的传力杆位置孔17撞击传力杆16，进而对内环箍1施加扭矩并传递至桩身；

5)在激振过程中分别通过测力传感器和速度传感器测出作用在对称的两个传力杆16上的荷载和内环箍1的两个切向线速度；

6)根据步骤5)中所测的内环箍1的两个切向线速度，如果不受强水流、波浪、潮汐的附加动力荷载作用，此时测出的两个切向线速度为大小相等、方向相反的一对参量，分别定义为V和-V，取这一对参量绝对值的平均值(|V|+|-V|)/2，即得到此时桩身的扭转切向线速度；

7)如果受强水流、波浪、潮汐的附加动力荷载作用，此时测出的与水流方向一致的切向线速度V₁大小为不受附加动力荷载影响的切向线速度绝对值|V|与由附加动力荷载引起的切向线速度绝对值|V_f|之和，即|V|+|V_f|；与水流方向相反的切向线速度V₂大小为不受附加动力荷载影响的切向线速度绝对值|V|与由附加动力荷载引起的切向线速度绝对值|V_f|之差，即|V|-|V_f|，取切向线速度V₁与V₂绝对值的平均值(|V_1|+|-V₂|)/2)，即得到消除附加动力荷载影响之后的桩身的扭转切向线速度；

8)结合步骤5)中测出的荷载换算得到作用在桩身上的扭矩，并结合步骤6)～7)中得到的桩身的扭转切向线速度，换算出相应的不受强水流、波浪、潮汐的附加动力荷载作用和受强水流、波浪、潮汐的附加动力荷载作用的阻抗函数，进而通过数值分析方法得到相应的虚拟时域响应曲线。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，依本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之内。