CN105971028B - 托换柱粘结滑移试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种托换柱粘结滑移试验装置，包括实验构件和测量装置，所述实验构件包括混凝土底板、与所述混凝土底板一体浇筑的混凝土柱，以及浇筑于所述底板上并环绕所述混凝土柱的混凝土后浇层；所述混凝土底板上开有若干个桩孔，每个桩孔内对应设置有混凝土桩；混凝土桩的一端延伸至出混凝土后浇层。本发明的测量结果能够反映地下室增层施工过程中构件的真实受力情况和相互接触关系，测量结果更加准确和真实。

Description

托换柱粘结滑移试验装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑结构试验装置和方法，尤其是一种托换柱粘结滑移试验装置及方法。

背景技术

为更充分的利用地下空间，增大建筑使用面积，很多建筑物进行了地下增层施工。利用静压桩对底层柱进行托换是最常用的地下室增层技术。该施工方法中，托换柱的结滑移其核心技术问题之一，托换柱的粘结滑移包换混凝土柱与后浇混凝土板的相对滑移和混凝土桩与后浇混凝土板的相对滑移两部分。由于托换柱粘结滑移性能受到混凝土种类、表面形态、构件形状、后浇混凝土厚度、后浇层内箍筋及纵筋配置、后浇混凝土和易性等多方面影响，其滑移量无法通过公式计算得出，在确定施工方案前必须进行试验。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种托换柱粘结滑移试验装置及方法。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种托换柱粘结滑移试验装置，包括实验构件和测量装置，所述实验构件包括混凝土底板、与所述混凝土底板一体浇筑的混凝土柱，以及浇筑于所述底板上并环绕所述混凝土柱的混凝土后浇层；所述混凝土底板上开有若干个桩孔，每个桩孔内对应设置有混凝土桩；混凝土桩的一端延伸出混凝土后浇层。

优选的，所述测量装置包括固定于混凝土桩上的第一位移计、固定于混凝土后浇层上的第二位移计、固定于混凝土柱上的应变片，以及一端抵接于混凝土柱上的MTS作动器。所述MTS作动器的中心与混凝土柱顶面中心重合，MTS作动器的另一端固定在刚性反力设备上。

优选的，以重量份数计，所述混凝土桩包括如下组分：水泥380-420，中砂500-700，玻璃纤维15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5，其中，所述粗骨料由400-500重量份的石子和400-500重量份的混凝土颗粒组成。

所述减水增效剂的结构式为：

式中，a：b：c＝1:1.2:1，n为45～50，m为45～50，d为50～80。

优选的，所述混凝土桩还包括平均直径为0.001-0.1毫米的PE包裹的显色剂颗粒，所述显色剂为：

一种托换柱粘结滑移试验方法，包括如下步骤：

步骤1实验构件制作

步骤1.1、根据待施工工程的底层柱和基础板设计图纸对试件的混凝土柱和混凝土板进行钢筋布置；在构件的设计中，混凝土柱伸出混凝土后浇层的长度为150mm；混凝土柱和混凝土板的钢筋相互连续、贯通，二者整体浇筑；

步骤1.2、混凝土桩为待施工使用的静压桩，混凝土桩长度满足在混凝土板下方和混凝土后浇层上方各伸出2倍桩截面半径；

步骤1.3、混凝土柱和混凝土板养护28天后在混凝土板上预留的桩孔内插入混凝土桩，桩底端伸出混凝土板底面2倍桩直径；

步骤1.4、在混凝土板顶面根据施工设计要求布置钢筋，浇筑混凝土后浇层，并养护28天；

步骤2测试

步骤2.1、安装试验设备；

步骤2.2、由于实际施工中，底层柱下方的土方是分步挖去的，因而MTS作动器施加的荷载应根据挖土分级，逐级加载到柱端承受的施工荷载；

步骤2.3、在MTS作动器达到施工荷载后，保持一段时间后进行数据采集，得到各处位移，包括混凝土柱顶端位移Δ₀，第一位移计量测混凝土桩顶端位移Δ₁，第二位移计输出混凝土后浇层顶面位移Δ₂以及混凝土柱伸出端轴向应变ε；

步骤2.4、采集完数据后，逐渐卸载MTS作动器荷载，结束试验。

实施本发明具有以下有益效果：本发明的测量结果能够反映地下室增层施工过程中构件的真实受力情况和相互接触关系，测量结果更加准确和真实。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图。

图2为本发明的实验构件示意图。

图3为实验构件预先整体浇筑部分的结构示意图。

图4为混凝土桩与混凝土板相互接触关系示意图。

图5为本发明的实验设备示意图。

具体实施方式

如附图1所示，申请人经检索发现，现有托换柱粘结滑移试验构件主要包括刚性垫块101、后浇混凝土层102和混凝土柱103。申请人分析研究后人为：该类型构件仅能测出混凝土柱103与后浇混凝土层102的粘结滑移，忽略了混凝土桩与后浇混凝土的相对滑移，也忽视了原混凝土板与后浇混凝土间的粘结作用；并且将混凝土桩与后浇混凝土的相互作用简化为作用在后浇混凝土底部角点的集中力，加剧了后浇混凝土的破坏。上述缺陷造成了传统试验构件试验结果的不确定性。

如图2、图3和图4所示，本发明提供了一种托换柱粘结滑移试验装置，由试验构件和试验设备两部分组成。

具体如图2所示，该试验构件由混凝土柱201、混凝土底板203、混凝土桩204、混凝土后浇层202组成。混凝土后浇层直接浇筑在成形的混凝土板上，将混凝土柱和混凝土桩包裹其中，其内部配筋根据待检验的施工方案进行设置。在该实施例中，混凝土底板为方形板，其四周预留有四个圆柱形桩孔203a，混凝土柱垂直于混凝土底板，横截面为方形。转到图3，混凝土柱和混凝土板对应实际工程的底层柱和基础板，其钢筋相互贯通、连续，混凝土一同浇筑，在混凝土板上预留穿过混凝土桩的孔洞。混凝土桩的一端204a向上延伸，其高度大于混凝土后浇层的厚度。

如附图4所示，混凝土桩与实际使用的静压桩构造相同，混凝土桩插入到混凝土板预留的桩孔中，混凝土桩的一端向上延伸一端距离，该距离大于混凝土后浇层的厚度。

试验设备如图5所示，该实验设备主要包含：MTS作动器207、第一位移计205、第二位移计206和100mm应变片208。

混凝土桩底部为刚性底座，MTS作动器中心与混凝土柱顶面中心重合，作动器固定在顶部刚性反力设备上。MTS作动器控制加载到混凝土柱顶端的荷载，并输出混凝土柱顶端位移Δ₀，第一位移计量测混凝土桩顶端位移Δ₁，第二位移计输出混凝土后浇层顶面位移Δ₂。

本发明还提供了一种实验方法，具体包括如下步骤：

一、试验构件制作：

根据待施工工程的底层柱和基础板的设计图纸，对试件的混凝土柱和混凝土板进行钢筋布置。构件的设计中，混凝土柱伸出混凝土后浇层的长度为150mm。混凝土柱和混凝土板的钢筋相互连续、贯通，二者整体浇筑。

混凝土桩为待施工使用的静压桩，可以从静压桩上直接切割截取。混凝土桩长度满足在混凝土板下方和混凝土后浇层上方各伸出2倍桩截面半径(矩形桩为2倍宽度)。

混凝土柱和混凝土板养护28天后在混凝土板上预留的桩孔内插入混凝土桩，桩底端伸出混凝土板底面2倍桩直径。

在混凝土板顶面根据施工设计要求布置钢筋，浇筑混凝土后浇层，并养护28天。

二、测试：

安装试验设备。

由于实际施工中，底层柱下方的土方是分步挖去的，因而MTS作动器施加的荷载应根据挖土分级，逐级加载到柱端承受的施工荷载。

在MTS作动器达到施工荷载后，保持一段时间后进行数据采集，得到各处位移：混凝土柱顶端位移Δ₀，位移计1量测混凝土桩顶端位移Δ₁，位移计2输出混凝土后浇层顶面位移Δ₂以及混凝土柱伸出端轴向应变ε。

采集完数据后，逐渐卸载MTS作动器荷载，结束试验。

试验结果处理：

混凝土柱与混凝土后浇层相对滑移量：Δ_r1＝Δ₀-ε×150mm-Δ₂。

混凝土桩相对混凝土后浇层相对滑移量：Δ_r2＝Δ₂-Δ₁。

混凝土柱相对混凝土桩滑移量：Δ_r＝Δ_r1+Δ_r2＝Δ₀-ε×150mm-Δ₁。

在进一步的实施例中，混凝土柱的组成成分进行优化设计。

以重量份数计，其包括如下组分：水泥380-420，中砂500-700，玻璃纤维15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5，其中，所述粗骨料由400-500重量份的石子和400-500重量份的混凝土颗粒组成。

其中，所述减水增效剂的结构式为：

式中，a：b：c＝1:1.2:1，n为45～50，m为45～50，d为50～80。

实验1-8

注：对照组为采用普通减水剂的混凝土，其3d强度为130Mpa，28d强度为135Mpa。粗骨料中混凝土颗粒的替代率为50％。

在更进一步的实施例中，所述混凝土还包括平均直径为0.001-0.1毫米的PE包裹的显色剂颗粒，所述显色剂为：

显色剂用量为减水剂质量的1.2-1.5％。该显色剂与减水剂的支链发生反应，产生颜色变化，从而可以判断混凝土是否存在裂缝。其原理是：当混凝土产生裂缝时，有部分PE颗粒被撕开，显色剂漏出，显色剂与氨基环氧树脂接触时发生构象变化，物质的颜色发生变化，通过检测仪器，可以判断混凝土表面的微小裂缝，从而对混凝土性能进行跟踪。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种托换柱粘结滑移试验装置，其特征在于，包括实验构件和测量装置，所述实验构件包括混凝土底板、与所述混凝土底板一体浇筑的混凝土柱，以及浇筑于所述底板上并环绕所述混凝土柱的混凝土后浇层；所述混凝土底板上开有若干个桩孔，每个桩孔内对应设置有混凝土桩；混凝土桩的一端延伸出混凝土后浇层。

2.根据权利要求1所述的托换柱粘结滑移试验装置，其特征在于，所述测量装置包括固定于混凝土桩上的第一位移计、固定于混凝土后浇层上的第二位移计、固定于混凝土柱上的应变片，以及一端抵接于混凝土柱上的MTS作动器。

3.根据权利要求2所述的托换柱粘结滑移试验装置，其特征在于，所述MTS作动器的中心与混凝土柱顶面中心重合，MTS作动器的另一端固定在刚性反力设备上。

4.根据权利要求1所述的托换柱粘结滑移试验装置，其特征在于，以重量份数计，所述混凝土桩包括如下组分：水泥380-420，中砂500-700，玻璃纤维15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5，其中，所述粗骨料由400-500重量份的石子和400-500重量份的混凝土颗粒组成。

5.根据权利要求4所述的托换柱粘结滑移试验装置，其特征在于，所述减水增效剂的结构式为：

式中，a：b：c＝1:1.2:1，n为45～50，m为45～50，d为50～80。

6.根据权利要求5所述的托换柱粘结滑移试验装置，其特征在于，所述混凝土桩还包括平均直径为0.001-0.1毫米的PE包裹的显色剂颗粒，所述显色剂为：

7.一种托换柱粘结滑移试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1实验构件制作

步骤1.1、根据待施工工程的底层柱和基础板设计图纸对试件的混凝土柱和混凝土板进行钢筋布置；在构件的设计中，混凝土柱伸出混凝土后浇层的长度为150mm；混凝土柱和混凝土板的钢筋相互连续、贯通，二者整体浇筑；

步骤1.2、混凝土桩为待施工使用的静压桩，混凝土桩长度满足在混凝土板下方和混凝土后浇层上方各伸出2倍桩截面半径；

步骤1.3、混凝土柱和混凝土板养护28天后在混凝土板上预留的桩孔内插入混凝土桩，桩底端伸出混凝土板底面2倍桩直径；

步骤1.4、在混凝土板顶面根据施工设计要求布置钢筋，浇筑混凝土后浇层，并养护28天；

步骤2测试

步骤2.1、安装试验设备；

步骤2.2、由于实际施工中，底层柱下方的土方是分步挖去的，因而MTS作动器施加的荷载应根据挖土分级，逐级加载到柱端承受的施工荷载；

步骤2.3、在MTS作动器达到施工荷载后，保持一段时间后进行数据采集，得到各处位移，包括混凝土柱顶端位移Δ₀，第一位移计量测混凝土桩顶端位移Δ₁，第二位移计输出混凝土后浇层顶面位移Δ₂以及混凝土柱伸出端轴向应变ε；

步骤2.4、采集完数据后，卸载MTS作动器荷载，结束试验。