CN105672376A - 一种植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置 - Google Patents

一种植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置 Download PDF

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张明义
王永洪
白晓宇
牟洋洋
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Abstract

本发明一种植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置，主体结构包括预应力管桩、管腔中心固定装置、光纤光栅传感器、铠装光缆、光纤光栅串、夹持支座、附加钢筋、光纤光栅数据解调仪、电脑组成。本发明相对于现有技术，很好地解决了预应力管桩现场桩身内力无法精确测试的难题，光纤光栅串的埋设简单，可操作性强，本预应力管桩桩身内力现场测试技术为研究预应力管桩的受力特性和应力传递机理提供有效的试验手段。

Description

一种植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置
技术领域
本发明属于桩基工程领域，涉及一种预应力管桩桩身内力测试问题，具体说是一种植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置。
背景技术
预应力管桩承载能力高、工业化生产、运输方便、现场施工无噪音、无污染，在我国东南沿海地区应用广泛。目前，预应力管桩沉桩方式主要有锤击法、振动法和静力压桩法，其中静力压桩法在施工过程中无噪音、无振动，对环保要求较高的市区应用广泛。预应力管桩贯入过程中桩的受力特性和应力传递机理尚未完全清楚，无法准确确定桩的侧摩阻力分布情况和端阻力大小，因此较精确地获得在荷载作用下沿桩身分布的内力大小，有利于分离预应力管桩贯入过程的沉桩阻力。目前对预制力管桩桩身内力的测试手段主要有钢筋应力计法和光纤测试法，预制桩中预埋钢筋应力计、预制桩表面刻槽植入光纤传感器的方法逐步推广使用。但由于预应力管桩的特殊制造工艺，管桩制作中钢筋应力计的埋置较为复杂，由于管桩的生产过程温度高，高温应力计成本高且存活率低；光纤传感器在管桩表面刻槽植入，对桩身弹性模量造成一定损伤并且封装后桩土界面摩擦性状与完整性也有一定差异，导致桩土界面摩擦系数发生变化，无法较精确地获得桩身内力，也无法较精确地推算桩侧摩阻力的分布情况和桩端阻力大小。因此，基于现场试验，开发一种较准确的预应力管桩桩身内力测试方法及装置，准确测定贯入及休止阶段桩身内力，对预应力管桩沉桩阻力及长期承载特性研究具有重要意义，也可以更好地提升预应力管桩贯入机理及承载特性研究理论。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种预应力管桩桩身内力装置，在预应力管桩制作之前，在钢筋笼里预先植入带有光纤光栅传感器的附加钢筋，将植入有带光纤光栅传感器的附加钢筋的钢筋笼放入预应力管桩制作的钢模具内，按正常的生产工艺制作预应力管桩。
为了实现上述目的，本发明植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置的主体结构包括预应力管桩、管腔中心固定装置、光纤光栅传感器、铠装光缆、光纤光栅串、夹持支座、附加钢筋、光纤光栅数据解调仪、电脑组成；其特征在于：所述光纤光栅传感器之间用所述铠装光缆串联后组成所述光纤光栅串，所述光纤光栅传感器之间的间距和数量根据施工现场的土层确定；所述夹持支座焊接到所述附加钢筋上，所述光纤光栅串的每一个所述光纤光栅传感器安装在所述附加钢筋上的所述夹持支座上，所述附加钢筋绑扎在钢筋笼的待测部位；连接所述光纤光栅传感器的所述铠装光缆沿所述附加钢筋引到所述钢筋笼近端部，并引入至管腔中心固定在预先设置的所述管腔中心固定装置上，即每节所述预应力管桩的所有所述铠装光缆穿经管桩桩壁并临时固定在该节所述预应力管桩近顶部的所述管腔中心固定装置上；所有所述铠装光缆从桩顶处引出，与所述光纤光栅数据解调仪连接，所述光纤光栅数据解调仪与所述电脑连接。
所述附加钢筋为预制钢筋，直径为20mm，长度为400mm，钢筋等级与受力钢筋相同；附加钢筋上的光纤光栅传感器在钢筋笼上进行500mm的间隔绑扎。
所述管腔中心固定装置为十字交叉钢筋，其与钢筋笼的受力筋焊接，在浇筑混凝土后锚固在管桩内壁的混凝土中；为了避免引出铠装光缆在打桩过程中引起应力集中，管腔中心固定装置距离桩顶1m位置处。
所述光纤光栅数据解调仪自身分辨率高、重复性好、采集速度快、可靠性高、处理能力强、传输损耗小、传输容量大、测量范围广。
本发明的优点在于：相对于现有技术，很好地解决了预应力管桩现场桩身内力无法精确测试的难题，光纤光栅串的埋设简单，可操作性强，本预应力管桩桩身内力现场测试技术为研究预应力管桩的受力特性和应力传递机理提供有效的试验手段。
附图说明
图1为本发明的主体结构原理示意图；
图2为本发明涉及附加钢筋结构原理示意图；
图3为本发明涉及的管桩中心固定装置结构原理示意图。
1、预应力管桩；2、管腔中心固定装置；3、光纤光栅传感器；4、铠装光缆；5、光纤光栅串；6、夹持支座；7、附加钢筋；8、光纤光栅数据解调仪；9、电脑。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图所示，一种植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置，主体结构包括预应力管桩1、管腔中心固定装置2、光纤光栅传感器3、铠装光缆4、光纤光栅串5、夹持支座6、附加钢筋7、光纤光栅数据解调仪8、电脑9组成，其特征在于：所述光纤光栅传感器3之间用所述铠装光缆4串联后组成所述光纤光栅串5，所述光纤光栅传感器3之间的间距和数量根据施工现场的土层确定；所述夹持支座6焊接到所述附加钢筋7上，所述光纤光栅串5的每一个所述光纤光栅传感器3安装在所述附加钢筋7上的所述夹持支座6上，所述附加钢筋7绑扎在钢筋笼的待测部位；连接所述光纤光栅传感器3的所述铠装光缆4沿所述附加钢筋7引到所述钢筋笼近端部，并引入至管腔中心固定在预先设置的所述管腔中心固定装置2上，即每节所述预应力管桩1的所有所述铠装光缆4穿经管桩桩壁并临时固定在该节所述预应力管桩1近顶部的所述管腔中心固定装置2上；所有所述铠装光缆4从桩顶处引出，与所述光纤光栅数据解调仪8连接，所述光纤光栅数据解调仪8与所述电脑9连接。
所述附加钢筋7为预制钢筋，直径为20mm，长度为400mm，钢筋等级与受力钢筋相同；附加钢筋7上的光纤光栅传感器3在钢筋笼上进行500mm的间隔绑扎。
所述管腔中心固定装置2为十字交叉钢筋，其与钢筋笼3的受力筋焊接，在浇筑混凝土后锚固在管桩内壁的混凝土中；为了避免引出铠装光缆4在打桩过程中引起应力集中，管腔中心固定装置2距离桩顶1m位置处。
所述光纤光栅数据解调仪8自身分辨率高、重复性好、采集速度快、可靠性高、处理能力强、传输损耗小、传输容量大、测量范围广。

Claims (4)

1.一种植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置，主体结构包括预应力管桩、管腔中心固定装置、光纤光栅传感器、铠装光缆、光纤光栅串、夹持支座、附加钢筋、光纤光栅数据解调仪、电脑组成；其特征在于：所述光纤光栅传感器之间用所述铠装光缆串联后组成所述光纤光栅串，所述光纤光栅传感器之间的间距和数量根据施工现场的土层确定；所述夹持支座焊接到所述附加钢筋上，所述光纤光栅串的每一个所述光纤光栅传感器安装在所述附加钢筋上的所述夹持支座上，所述附加钢筋绑扎在钢筋笼的待测部位；连接所述光纤光栅传感器的所述铠装光缆沿所述附加钢筋引到所述钢筋笼近端部，并引入至管腔中心固定在预先设置的所述管腔中心固定装置上，即每节所述预应力管桩的所有所述铠装光缆穿经管桩桩壁并临时固定在该节所述预应力管桩近顶部的所述管腔中心固定装置上；所有所述铠装光缆从桩顶处引出，与所述光纤光栅数据解调仪连接，所述光纤光栅数据解调仪与所述电脑连接。
2.如权利要求1所述的一种植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置，其特征在于所述附加钢筋为预制钢筋，直径为20mm，长度为400mm，钢筋等级与受力钢筋相同；附加钢筋上的光纤光栅传感器在钢筋笼上进行500mm的间隔绑扎。
3.如权利要求1所述的一种植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置，其特征在于所述管腔中心固定装置为十字交叉钢筋，其与钢筋笼的受力筋焊接，在浇筑混凝土后锚固在管桩内壁的混凝土中；为了避免引出铠装光缆在打桩过程中引起应力集中，管腔中心固定装置距离桩顶1m位置处。
4.如权利要求1所述的一种植入光纤光栅传感器的预应力管桩桩身内力装置，其特征在于所述光纤光栅数据解调仪自身分辨率高、重复性好、采集速度快、可靠性高、处理能力强、传输损耗小、传输容量大、测量范围广。
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