CN106759547A - 整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置及其安装方法，其中整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置，其特征在于：包括模型箱、竖直固定设在模型箱内的混凝土桩和位于混凝土桩上方的桥台，所述混凝土桩表面垂直连接尼龙绳的一端，所述尼龙绳的另一端伸出模型箱体外，所述混凝土桩朝向和相背于尼龙绳的一侧表面自上而下间隔布设有应变片，相邻两应变片之间设有土压力盒，所述模型箱内且位于混凝土桩与桥台外围设有填土，所述尼龙绳位于模型箱外部的位置设有位移计。本发明以此获得整体式桥台台后土压力变化与分布规律，桩土相互作用及其对支撑上部桥台结构的受力影响更真实，更加接近实际情况，进而为整体式桥台‑桩基‑土受力分析提高一定的数据支持。

Description

整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置及其安 装方法

技术领域：

本发明涉及一种整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置及其安装方法。

背景技术：

目前我国使用较多的桥梁之一为简支梁，简支梁虽然结构受力稳定，但随着时间的累积而使其伸缩缝装置易损坏而使其易发生桥头跳车想象，施工工序复杂，支座易老化等特点；其次，伸缩缝装置与支座更换的不易和所需费用较昂贵；随着工程技术的不断完善，一种新型整体式桥台桥梁应运而生；相比简支梁桥而言，因其施工简便，节约桥梁生命周期的维护费用，整体性能好，提高行车质量等特点而深受工程师的青睐；但整体式桥台桥梁因其结构受力复杂而不能在我国大量普及使用，现有的整体式桥台桥梁的建设还没有确切可行的理论指导，只凭借工程师自身的经验、不断总结、不断观察、不断实验地进行设计；整体式桥台桥梁的概念不是从本质上改变上部结构受季节性温差产生变形和内力的物理性质，而是在位移量的大小以及位移导致桥台后填土压力变化等问题上与非整体式桥梁（设置伸缩装置桥梁）有所区别此外，土壤的响应还是桩基（桥台）变形的非线性作用；问题主要是复杂的土与结构相互间的力学作用以及桥台与周围土的相对位移关系。而以往学者的研究局限于理论分析以及数值模拟，缺乏试验的验证，现场原型试验研究是整体式桥台-桩基-土相互作用问题中最有意义的。但是由于人力、物力、财力以及时间等因素，现场原型试验往往不能实现。为了进一步的了解整体式桥台-桩基-土相互作用的工作机理，进行该模型试验显得十分必要，为理论分析以及数值模拟的合理性和可靠性提供参考依据。整体式桥台-桩基-土相互作用是指上部结构在温度循环作用下会迫使桥台、桩基结构与桩周土、台后土之间的相互作用，主要依靠柔性桩与土两者相互作用，台后填土变形受力等两大类作用来吸纳桥梁上部的变形与位移，故研究整体式桥台-桩基构件中台后土压力变化及分布规律与桩-土相互作用是解决整体式桥台桥梁关键性问题。常规的研究方法是将桥台、桩二者分别分析，现有桥台后土压力测量技术原理是通过量测台后表面布设的土压力盒值直接得出台后土压力变化及分布，而未考虑桥台变形、转角与位移等因素对台后的土压力的影响；现有桩土相互作用主要是通过P-Y曲线来体现二者的相互作用，常规的P-Y曲线测量技术原理是通过测量桩身测试截面处的拉应变和压应变得到桩身弯矩，再通过弯矩求得桩身挠度和桩侧土压力；同时将两者分别研究对基于柔性桩基的整体式桥台的研究并不精确。

然而，在整体式桥台-桩基-土相互作用拟静力模型试验中，在桩基部分由这种技术得到的桩侧位移和土反力无法考虑到桩体抗弯刚度弯矩、桩截面形状、桩顶约束边界条件的影响，通过理论求导或积分得到结果，往往与实际结果不符，对工程实际应用造成极大的不便。在桥台部分不能较准确的反应台后土压力变化与分布及桥台位移、转角对其的影响。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置及其安装方法，该整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置可以有效的解决测量不准、测量内容不全等一系列问题，进而得出台后填土土压力变化及分布，桩身土抗力，弯矩等参数值。

本发明整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置，其特征在于：包括模型箱、竖直固定设在模型箱内的混凝土桩和位于混凝土桩上方的桥台，所述混凝土桩表面垂直连接尼龙绳的一端，所述尼龙绳的另一端伸出模型箱体外，所述混凝土桩朝向和相背于尼龙绳的一侧表面自上而下间隔布设有应变片，相邻两应变片之间设有土压力盒，所述模型箱内且位于混凝土桩与桥台外围设有填土，所述尼龙绳位于模型箱外部的位置设有位移计。

进一步的，上述尼龙绳的外围套设有第一不锈钢管，所述第一不锈钢管的外端外围套设有第二不锈钢管。

进一步的，上述桥台周边的土壤中设有土压力盒。

进一步的，上述桥台和混凝土桩的上部位置设有倾角仪。

进一步的，上述应变片、土压力盒和倾角仪通过导电连接线连接采集箱。

进一步的，上述土压力盒安装在混凝土桩表面的凹坑内，并用热熔胶固接，所述土压力盒的表面设有薄铁片以均匀压力。

本发明整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置的安装方法，其特征在于：

（1）根据试验要求，确定模型箱和整体式桥台-桩基构件之间的距离，从而得到尼龙线7和第一不锈钢管8、第二不锈钢管9的长度，尼龙线7和不锈钢管的长度应稍大于模型箱1至混凝土桩3或桥台的距离10~20cm，尼龙线7比不锈钢管组（8与9）略长2~3cm，第一不锈钢管8的直径约为10mm，第一不锈钢管8直径应比第二不锈钢管9直径小1~2cm，长度约为30cm；

（2）根据实验要求，为更好地测量构件的位移与应变，限于试验器材数量的限制，一般取200~300mm间距布置系有尼龙线7的位移计11与应变片6，同时为方便起见，在两相邻应变片之间安装土压力盒12，在安装之前，将其与薄铁片13粘结一起；本发明中可取圆柱形混凝土桩3直径115mm，高度2.9米，桥台高度1米，桥台的横截面为矩形，其长、宽为66厘米和56厘米。

（3）将打磨机打磨试件测试点打磨平整，在第一不锈钢管8、第二不锈钢管9外壁涂抹润滑剂10并将两管连接组成不锈钢管组件，将整体桥桩桥台-桩基构件表面按规定的位置贴应变片6、连接尼龙线7及安装桩基部分的土压力盒12，再将整个构件放入模型箱1中，桩2底在模型箱1底部固定；

（4）待构件安装好后，往模型箱1中填土2，一次填土层厚度为20cm，用铁砖压实，在桩基部分填土压实的过程中，将尼龙线7、第一不锈钢管8、第二不锈钢管9水平连接并贯穿模型箱1，外与位移计11相连，每压实到系尼龙线7与桩3连接处先安装不锈钢管组件，并将不锈钢管与土体一起夯实；

（5）重复（4）中的步骤，待到填土2填到桥台4底部水平面时，在与桥台4背对面上、下中心线各安装一个倾角仪14，桥台4背对面每隔250mm安装应变片6与位移计11；在其台后表面预留土压力孔子安装土压力盒12并用热熔胶15在其边缘固定；待前者完成后，进行台4后填土2并按每隔20cm分层压实，在土中按预先确定的位置安装粘结有薄铁片13的土压力盒12，直到填土2与搭板5顶面齐平。

（6）进行试验数据采集。

本发明整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置在工作时，通过推动桥台上部，使桥台、混凝土桩发生位移，从位移计即可读取位移量，从应变片和土压力盒获得应变量值和压力值，以此获得整体式桥台台后土压力变化与分布规律，桩土相互作用及其对支撑上部桥台结构的受力影响更真实，更加接近实际情况，进而为整体式桥台-桩基-土受力分析提高一定的数据支持。

附图说明：

图1为本发明实例结构立面示意图；

图2为本发明混凝土桩和桥台连接的左、右示意图；

图3是图2的A-A剖面图；

其中：1—模型箱；2—填土；3—混凝土桩；4—桥台；5—搭板；6—应变片；7—尼龙线；8—第一不锈钢管；9—第二不锈钢管B；10—润滑剂；11—位移计；12—土压力盒；13—薄铁片；14—倾角仪；15—热熔胶。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，一种整体桥台-桩基-土相互作用拟静力试验测量装置，包括预埋在模型箱内的整体式桥台-桩基试验构件，所述试验构件中的混凝土桩3与桥台4之间固结连接，混凝土桩3底与模型箱1底部固定，模型箱1为钢板材质且可组装而成。

在本实例中，混凝土桩3与桥台4各截面处连接有垂直于其轴线的尼龙线7，尼龙线7一端与试件固定连接，另一端贯穿模型箱1侧壁后垂直连接有用来测量承载试件位移的位移计11；尼龙线7与承载构件连接处混凝土表面贴有混凝土应变片6，并在混凝土桩3与桥台4两边对称布置；

在本实例中，所述构件桩基部分，在相邻两应变片6处的中点安装土压力盒12，并在其表面预先粘有一方形薄铁片13，尼龙绳的外围套设有第一不锈钢管8，所述第一不锈钢管8的外端外围套设有第二不锈钢管9，第一不锈钢管8一端与承载混凝土桩3垂直连接，另一端与第二不锈钢管9一端套接，所述第二不锈钢管9另一端贯穿模型箱1；第一不锈钢管8套设在第二不锈钢管9内壁，第一不锈钢管8与第二不锈钢管9连接部位涂有润滑剂10，且第一不锈钢管8外径略小于第二不锈钢管9内径。

在本实例中，桥台4背表面竖向方向与台后填土中皆布置有土压力盒12，整个台后填土中土压力盒为均匀的空间布置；在与台背相对面的中心线上布置有2个倾角仪14，所述倾角仪分别布置在该面的中心线上、下端；

具体安装实施过程：

（1）根据试验要求，确定模型箱和整体式桥台-桩基构件之间的距离，从而得到尼龙线7和第一不锈钢管8、第二不锈钢管9的长度，尼龙线7和不锈钢管的长度应稍大于模型箱1至混凝土桩3或桥台的距离10~20cm，尼龙线7比不锈钢管组（8与9）略长2~3cm，第一不锈钢管8的直径约为10mm，第一不锈钢管8直径应比第二不锈钢管9直径小1~2cm，长度约为30cm；

（2）根据实验要求，为更好地测量构件的位移与应变，限于试验器材数量的限制，一般取200~300mm间距布置系有尼龙线7的位移计11与应变片6，同时为方便起见，在两相邻应变片之间安装土压力盒12，在安装之前，将其与薄铁片13粘结一起；本发明中可取圆柱形混凝土桩3直径115mm，高度2.9米，桥台高度1米，桥台的横截面为矩形，其长、宽为66厘米和56厘米。

（3）将打磨机打磨试件测试点打磨平整，在第一不锈钢管8、第二不锈钢管9外壁涂抹润滑剂10并将两管连接组成不锈钢管组件，将整体桥桩桥台-桩基构件表面按规定的位置贴应变片6、连接尼龙线7及安装桩基部分的土压力盒12，再将整个构件放入模型箱1中，桩2底在模型箱1底部固定；

（4）待构件安装好后，往模型箱1中填土2，一次填土层厚度为20cm，用铁砖压实，在桩基部分填土压实的过程中，将尼龙线7、第一不锈钢管8、第二不锈钢管9水平连接并贯穿模型箱1，外与位移计11相连，每压实到系尼龙线7与桩3连接处先安装不锈钢管组件，并将不锈钢管与土体一起夯实；

（5）重复（4）中的步骤，待到填土2填到桥台4底部水平面时，在与桥台4背对面上、下中心线各安装一个倾角仪14，桥台4背对面每隔250mm安装应变片6与位移计11；在其台后表面预留土压力孔子安装土压力盒12并用热熔胶15在其边缘固定；待前者完成后，进行台4后填土2并按每隔20cm分层压实，在土中按预先确定的位置安装粘结有薄铁片13的土压力盒12，直到填土2与搭板5顶面齐平。

（6）进行试验数据采集。

本发明所用到的应变片，土压力盒，位移计；

应变片：采用黄岩测试仪器厂BX120-50AA型号的混凝土应变片，可接半桥路。

土压力盒：采用丹阳市龙宇土木工程仪器厂LY-350型土压力盒，仪器规格：100kpa，测试范围：0~100kpa；采用,其中P为土压力，单位为；K为标定而确定的值，同一型号K值也存在不一致，对于LY-350型号的K值一般为0.0525~0.0595之间，K的单位为；该土压力盒可接全桥或半桥路，静态采集仪器中读取的是为应变的形式，即。

位移计：采用溧阳市仪表厂YHD系列，主要选用的时YHD-100~YHD-600型号之间，其技术指标也会随不同型号而不一致；接桥方式为半桥或全桥，工作原理为：当任何机械量转为直线位移的变化量ΔL，推动机械传动机构，使双触头在可变电阻上产生一个相应的 的变化，为了测试出 的微小变化量，由位移传感器中特制的双线密绕的无感电阻组成了外桥电阻，组成为应变电桥，从而实现了机械量换成电量的目的，这种机械量（位移）转换成为电量的关系，可用通用的电阻应变仪关系式表达。

上述实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置，其特征在于：包括模型箱、竖直固定设在模型箱内的混凝土桩和位于混凝土桩上方的桥台，所述混凝土桩表面垂直连接尼龙绳的一端，所述尼龙绳的另一端伸出模型箱体外，所述混凝土桩朝向和相背于尼龙绳的一侧表面自上而下间隔布设有应变片，相邻两应变片之间设有土压力盒，所述模型箱内且位于混凝土桩与桥台外围设有填土，所述尼龙绳位于模型箱外部的位置设有位移计。

2.根据权利要求1所述的整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置，其特征在于：所述尼龙绳的外围套设有第一不锈钢管，所述第一不锈钢管的外端外围套设有第二不锈钢管。

3.根据权利要求1或2所述的整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置，其特征在于：所述桥台周边的土壤中设有土压力盒。

4.根据权利要求3所述的整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置，其特征在于：所述桥台和混凝土桩的上部位置设有倾角仪。

5.根据权利要求4所述的整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置，其特征在于：所述应变片、土压力盒和倾角仪通过导电连接线连接采集箱。

6.根据权利要求5所述的整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置，其特征在于：所述土压力盒安装在混凝土桩表面的凹坑内，并用热熔胶固接，所述土压力盒的表面设有薄铁片以均匀压力。

7.一种整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置的安装方法，其特征在于：

（1）根据试验要求，确定模型箱和整体式桥台-桩基构件之间的距离，从而得到尼龙线7和第一不锈钢管8、第二不锈钢管9的长度，尼龙线7和不锈钢管的长度应稍大于模型箱1至混凝土桩3或桥台的距离10~20cm，尼龙线7比不锈钢管组（8与9）略长2~3cm，第一不锈钢管8的直径约为10mm，第一不锈钢管8直径应比第二不锈钢管9直径小1~2cm，长度约为30cm；

（2）根据实验要求，为更好地测量构件的位移与应变，限于试验器材数量的限制，一般取200~300mm间距布置系有尼龙线7的位移计11与应变片6，同时为方便起见，在两相邻应变片之间安装土压力盒12，在安装之前，将其与薄铁片13粘结一起；本发明中可取圆柱形混凝土桩3直径115mm，高度2.9米，桥台高度1米，桥台的横截面为矩形，其长、宽为66厘米和56厘米。

8.（3）将打磨机打磨试件测试点打磨平整，在第一不锈钢管8、第二不锈钢管9外壁涂抹润滑剂10并将两管连接组成不锈钢管组件，将整体桥桩桥台-桩基构件表面按规定的位置贴应变片6、连接尼龙线7及安装桩基部分的土压力盒12，再将整个构件放入模型箱1中，桩2底在模型箱1底部固定；

（4）待构件安装好后，往模型箱1中填土2，一次填土层厚度为20cm，用铁砖压实，在桩基部分填土压实的过程中，将尼龙线7、第一不锈钢管8、第二不锈钢管9水平连接并贯穿模型箱1，外与位移计11相连，每压实到系尼龙线7与桩3连接处先安装不锈钢管组件，并将不锈钢管与土体一起夯实；

（5）重复（4）中的步骤，待到填土2填到桥台4底部水平面时，在与桥台4背对面上、下中心线各安装一个倾角仪14，桥台4背对面每隔250mm安装应变片6与位移计11；在其台后表面预留土压力孔子安装土压力盒12并用热熔胶15在其边缘固定；待前者完成后，进行台4后填土2并按每隔20cm分层压实，在土中按预先确定的位置安装粘结有薄铁片13的土压力盒12，直到填土2与搭板5顶面齐平。

9.（6）进行试验数据采集。