CN106812163B - 水上基桩结构水平承载力的动力检测方法 - Google Patents
水上基桩结构水平承载力的动力检测方法 Download PDFInfo
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- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D33/00—Testing foundations or foundation structures
Abstract
本申请的目的是提供一种水上桩基结构承载力的检测方法及检测系统，其中，该检测方法包含以下步骤：根据待测的水上桩基结构的规格和设计要求确定对应的试验船舶类型；在水上桩基结构上安装用于测试变化参数的第一检测装置；试验船舶对水上桩基结构施加外力；第一检测装置根据试验船舶在受到外力作用时所测得的数据，得到水上桩基结构在水平方向上承受的静力荷载以及水上桩基结构在水平方向上的位移；根据静力荷载和位移绘制单条或多条承载力曲线，并通过承载力曲线对水上桩基结构的水平承载能力进行评估。与现有技术相比，本发明不仅方便了工作人员对水上桩基结构在水平方向上的承载力进行检测，而且还可降低检测成本，节省时间。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程领域，尤其涉及一种水上基桩结构水平承载力的动力检测方法。
背景技术
水上基桩结构作为一种常用的建筑结构，主要由桩基和上部的结构平台构成，并且，由于其属透空结构，对波浪不发生反射，不影响泄洪，并可减少淤积，因此较适用于软土地基，尤其是在航道和港口上。
在实际使用的过程中，由于各类船舶在停靠时都会从水平方向对水上基桩结构产生相应的冲击，并且水流也会沿水平方向对其产生冲击。因此，水上基桩结构在设计的过程中，需要考虑水上基桩结构在水平方向上的承载力，即水平承载力。然而，在现有技术中，在对水上基桩结构进行测试时，由于水上基桩结构的直径通常较大，尤其是随着港口码头、桥梁及海上风电等工程的飞速发展，水上基桩结构的大型化已成为发展的趋势情况下，需要搭建大型的反力平台，而搭建的反力平台所需的建设费用通常可能花费上千万元，这无疑极大的增加了检测成本，并且搭建大型的反力平台，需要花费很长的周期，无疑增加了测量的时间成本，从而不利工作人员对水上基桩结构在水平方向上的承载力的评估。
因此，如何方便工作人员对水上基桩结构在水平方向上的承载力进行检测和评估，降低检测成本，节省时间，是目前所要解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是方便工作人员对水上基桩结构在水平方向上的承载力进行检测和评估，降低检测成本，节省时间。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种水上基桩结构水平承载力的动力检测方法，该检测方法包含以下步骤：
根据待测的水上基桩结构的规格和设计要求确定对应的试验船舶类型；
在水上基桩结构上安装用于测试变化参数的第一检测装置；
试验船舶对水上基桩结构施加外力；
第一检测装置根据试验船舶在受到外力作用时所测得的数据，得到水上基桩结构在水平方向上承受的静力荷载以及水上基桩结构在水平方向上的位移；
根据静力荷载和位移绘制N条承载力曲线，并通过承载力曲线对水上基桩结构的水平承载能力进行评估,其中,N为正整数。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：由于该检测方法采用了试验船舶对水上基桩结构进行施加外力的作用方式，充分利用了自然资源和地理条件，从而无须搭建反力系统和相应的基准系统，即可通过第一检测装置采集水上基桩结构上产生的数据，并得到水上基桩结构在水平方向上的静力荷载和位移，进而绘制承载力曲线，从而可方便工作人员根据该承载力曲线对水上基桩结构在水平方向上的承载力进行评估，以降低检测成本，节省时间，并实现对水上基桩结构在水平方向上的承载力的有效检测。
为了满足实际应用中的操作需求，在试验船舶对水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：外力为试验船舶对水上基桩结构施加的系缆力,且系缆力的作用方向与水上基桩结构的横向截面相互平行。
或者，外力为试验船舶对水上基桩结构施加的冲击力，且冲击力的作用方向与水上基桩结构的横向截面相互平行。由此可知，通过这两种方式，不仅方便了操作，而且还可间接的测量出水上基桩结构在其受外力作用时所产生的应变，以便于后续静力荷载的计算。
进一步的，在试验船舶对水上基桩结构施加外力作用的过程中，为了防止试验船舶对水上基桩结构施加外力作用时，由于外力作用过大而造成水上基桩结构的结构损伤，在试验船舶对水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：试验船舶在对水上基桩结构初次施加外力后，按照不同的航速等级对水上基桩结构施加外力；根据第一检测装置记录对应的变化参数，得到水上基桩结构上产生的静力荷载；其中，变化参数包含：水上基桩结构在受外力作用时产生的速度、加速度、外力荷载。
并且，在试验船舶对水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：根据第一检测装置测得的水上基桩结构上对应时刻的外力荷载和位移绘制对应的外力荷载曲线；若外力荷载曲线上对应的参数的数据值大于该参数对应的预设值时，则终止试验，否则继续试验。
进一步的，为了保证得到的对应的静力荷载的精度，并绘制对应的承载力曲线，在第一检测装置根据试验船舶在受到外力作用时所测得的数据，得到水上基桩结构在水平方向上承受的静力荷载以及水上基桩结构在水平方向上的位移的步骤中，还包含以下子步骤：通过对水上基桩结构在受外力作用时产生的速度或加速度进行积分，以获取水上基桩结构在水平方向上的位移；通过静动法对第一检测装置测得的变化参数进行处理，并得到水上基桩结构在不同等级航速的试验船舶所施加的外力下产生位移时，所对应的静力荷载。由此可知，通过速度或加速度进行积分来获取水上基桩结构受外力作用时所产生位移，可避免通过在水上基桩结构上直接设置位移传感器的方式来获取，以防止位移传感器因水上基桩结构的初始移动而造成的测量误差。
进一步的，为了便于工作人员能够得到较好的承载力曲线，以提升对水上基桩结构的水平承载能力的评估精度。在根据静力荷载和位移绘制承载力曲线，并通过承载力曲线对水上基桩结构的水平承载能力进行评估的步骤中，还包含以下子步骤：判断是否存在斜率变化率大于预设值的承载力曲线，若是，则选取斜率变化率大于预设值的承载力曲线，并根据选取的承载力曲线中静力荷载所达到的最大极限值，确定水上基桩结构的最大水平承载力；若否，则选取斜率变化率小于预设值的承载力曲线，并根据选取的承载力曲线中静力荷载所达到的最大极限值，确定水上基桩结构的最大水平承载力。由此可知，通过得到的多条承载力曲线对水上基桩结构的最大水平承载力进行综合比较和判断，可以较好的反映水上基桩结构的最大水平承载力，从而方便工作人员对水上基桩结构的最大水平承载力作出精确的评估。
进一步的，为了便于工作人员对试验船舶的航速等级进行控制，并确保试验船舶能够沿任意方向对水上基桩结构施加外力，在试验船舶对水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：在试验船舶对水上基桩结构施加外力前，通过第二检测装置测得试验船舶的运行参数；其中，运行参数包含试验船舶的航行速度、对水上基桩结构施加的外力的作用方向。
进一步的，为了便于工作人员能够得到较好的承载力曲线，以提升对水上基桩结构的水平承载能力的评估精度，在水上基桩结构上安装用于测试变化参数的第一检测装置的步骤中，还包含以下子步骤；在水上基桩结构的受力方向上设置用于检测水上基桩结构受到外力作用时产生的应变的应变检测点；通过第一检测装置测得检测点上产生的应变数据，并根据应变数据得到水上基桩结构上所承载的水平外载；将水平外载与对应时刻的外力荷载进行对比校验。
本发明还提供了一种基于水上基桩结构在水平方向上的承载力的检测系统，包括：水上基桩结构对应的试验船舶类型、安装于水上基桩结构上的第一检测装置，与第一检测装置通信连接的处理装置；其中，试验船舶用于对设置有第一检测装置的水上基桩结构施加外力；处理装置用于根据试验船舶在受到外力作用时第一检测装置所测得的数据，得到水上基桩结构在水平方向上承受的静力荷载以及水上基桩结构在水平方向上的位移，并根据静力荷载和位移的对应关系绘制承载力曲线，以通过承载力曲线对水上基桩结构的水平承载能力进行评估。
与现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：由于该检测系统采用了试验船舶对水上基桩结构进行施加外力的作用方式，充分利用了自然资源和地理条件，从而无须搭建反力系统和相应的基准系统，即可通过处理装置对第一检测装置采集水上基桩结构在受外力作用时所产生的数据，得到水上基桩结构在水平方向上的静力荷载和位移，并以此绘制承载力曲线，从而可方便工作人员根据该承载力曲线对水上基桩结构在水平方向上的承载力进行评估，以降低检测成本，节省时间，并实现对水上基桩结构在水平方向上的承载力的有效检测。
为了满足实际应用中的测试需求，外力为试验船舶对水上基桩结构施加的系缆力,且系缆力的作用方向与水上基桩结构的横向截面相互平行；第一检测装置还包含：套设在水上基桩结构上的支架、与支架相连并用于连接船舶的缆绳；设置在水上基桩结构上，并分别用于检测水上基桩结构受到系缆力作用时产生的变化参数的速度传感器或加速度传感器；设置在缆绳上的拉力传感器；与各传感器电性相连的测试设备。
或者，外力为试验船舶对水上基桩结构施加的冲击力，且冲击力的作用方向与水上基桩结构的横向截面相互平行；第二检测装置还包含：压力传感器、设置在水上基桩结构上用于固定压力传感器的支撑座、与力传感器相连的支撑面板；设置在水上基桩结构上，并分别用于检测水上基桩结构受到冲击力作用时产生的变化参数的速度传感器或加速度传感器；与各传感器电性相连的测试设备。由此可知，由于该检测系统采用了试验船舶对水上基桩结构进行冲击或通过借助缆绳对水上基桩结构施加外力的方式，充分利用了自然资源和地理条件，并可在满足测试精度的前提下，替代反力系统来对水上基桩结构施加外力作用，从而可降低检测成本，节省时间。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本第一实施例中水上基桩结构水平承载力的动力检测方法流程图；
图2为本第一实施例中水上基桩结构受力分析时的示意图；
图3为本第一实施例中质量块的结构示意图；
图4为本第一实施例中质量块受力分析时的示意图；
图5为本第一实施例中水上基桩结构的外力荷载曲线的示意图；
图6为本第一实施例中根据外力荷载曲线判断是否终止试验的流程图；
图7为本第一实施例中水上基桩结构的承载力曲线的示意图；
图8为本第一实施例中通过承载力曲线对水上基桩结构的水平承载能力进行评估的流程图；
图9为本第三实施例中检测系统的系统方框图；
图10为本第三实施例中支架的俯视图；
图11为本第三实施例中检测装置的电路模块图；
图12为本第四实施例中支架的侧视图；
图13为本第四实施例中第一检测装置的电路模块图；
图14为本第四实施例中支撑面板与压传感器相连时的结构示意图；
图15为本第四实施例中支撑座固定压传感器时的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
本发明的第一实施例涉及一种水上基桩结构水平承载力的动力检测方法，如图1所示，该检测方法包含以下步骤：
首先确定根据待测的水上基桩结构的规格和设计要求确定对应的试验船舶类型，如根据水上基桩结构(如圆柱桩、椭圆桩、方形桩等)的结构尺寸和试验设计时水上基桩结构所要承受的最大静力载荷来选择合适的试验船舶类型，具体的一种优选方式，可参考《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010)第10.2.5条，并将水上基桩结构最大静力载荷的五分之一作为对应试验船舶的系揽力来选取对应的试验船舶，其中，本实施例仅以圆柱桩作为优选的测试对象为例说明。
在水上基桩结构上安装用于测试变化参数的第一检测装置。
在第一检测装置安装好后，可通过试验船舶对水上基桩结构施加外力，而第一检测装置在这一过程中，会采集相关的参数数据，并根据试验船舶在受到外力作用时所测得的数据，得到水上基桩结构在水平方向上承受的静力荷载以及水上基桩结构在水平方向上的位移。
根据静力荷载和位移绘制单条或多条承载力曲线，本实施例中，优选为多条承载力曲线，并通过承载力曲线对水上基桩结构的水平承载能力进行评估。
通过上述内容可知，由于该检测方法采用了试验船舶对水上基桩结构进行施加外力的作用方式，充分利用了自然资源和地理条件，从而无须搭建反力系统和相应的基准系统，即可通过第一检测装置采集水上基桩结构上产生的数据，并得到水上基桩结构在水平方向上的静力荷载和位移，进而绘制承载力曲线，从而可方便工作人员根据该承载力曲线对水上基桩结构在水平方向上的承载力进行评估，以降低检测成本，节省时间，并实现对水上基桩结构在水平方向上的承载力的有效检测。
具体地，在本实施方式中，如图2所示，在试验船舶对水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：外力为试验船舶对水上基桩结构施加的系缆力,且系缆力的作用方向与水上基桩结构的横向截面相互平行。
由此可知，通过这种方式，不仅方便了操作，而且还可间接的测量出水上基桩结构在其受外力的作用时所产生的应变，以便于后续静力荷载的计算。
并且，在试验船舶试验的过程中，为了防止试验船舶对水上基桩结构施加外力作用时，由于外力作用过大而造成水上基桩结构的结构损伤，在试验船舶对水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：试验船舶在对水上基桩结构初次施加外力后，可开启动力，按照不同的航速等级对水上基桩结构施加外力。根据第一检测装置记录对应的变化参数，得到水上基桩结构上产生的静力荷载。其中，变化参数包含：水上基桩结构在受外力作用时产生的速度、加速度、外力荷载。
详细地，第一检测装置还包含：套设在水上基桩结构上的支架、与支架相连并用于连接船舶的缆绳；设置在水上基桩结构上，并分别用于检测水上基桩结构受到系缆力作用时产生的变化参数的速度传感器或加速度传感器；设置在缆绳上的拉力传感器；与各传感器电性相连的测试设备。显然，在本实施例中，第一检测装置也可以同时采用速度传感器和加速度传感器分别测得对应的变化参数，且速度传感器和加速度传感器通常设置在水上基桩结构的侧壁上，并靠近水上基桩结构的受力区域，而本实施例对此不作过多举例和说明。
在第一检测装置安装完成后，可在试验船舶对水上基桩结构施加外力前，对第一检测装置进行校验。当校验完成后，首选可使试验船舶在无动力的作用下通过水流的作用对水上基桩结构进行初次试验，并再次对第一检测装置进行校验。同时，在试验期间，试验船舶要在风浪较小在的环境下进行试验，以降低水流、波浪等的扰动而造成的影响。并且在初次试验时，可采用多次读取相关参数数据，并取均值的方式作为初次试验时得到的参数值。
在此，值得一提的是，为了便于工作人员对试验船舶的航速等级进行控制，并确保试验船舶能够沿任意方向对水上基桩结构施加外力，在试验船舶对水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：在试验船舶对水上基桩结构施加外力前，通过第二检测装置测得试验船舶的运行参数；其中，运行参数包含试验船舶的航行速度、对水上基桩结构施加的外力的作用方向。
详细地，第二检测装置可以由用于检测试验船舶的运行轨迹的信号接收机、与信号接收机电性连接的测试仪器构成。其中，该信号接收机可以是GPS信号接收机，也可以是北斗信号接收机等其他类型的，而测试仪器可以是手机，也可以是试验船舶自带的导航设备等，以便于用户根据具体的情况来组建第检测装置不仅方便了用户的操作，也节省了成本。
具体地，为了提升测试的精度，避免因采用在水上基桩结构上直接设置位移传感器而导致出现位移误差，在第一检测装置根据试验船舶在受到外力作用时所测得的数据，得到水上基桩结构在水平方向上承受的静力荷载以及水上基桩结构在水平方向上的位移的过程中。
首先通过对水上基桩结构在受外力作用时产生的速度或加速度的数值进行积分，如公式(1)以获取水上基桩结构在水平方向上的位移数值。
u＝∫vdt＝∫∫adtdt (1)
其中，u、v、a分别为水上基桩结构上检测点处的位移、速度或加速度。
然后通过静动法对第一检测装置测得的变化参数进行处理，并得到水上基桩结构在不同等级航速的试验船舶所施加的外力下产生位移时，所对应的静力荷载。其原理参照图2和图3可知：
根据上述方法得到的外力荷载、位移、速度或加速度，满足动平衡方程式(2)：
Fd＝Fs+Fv+Fa＝k*u+c*v+m*a (2)
式中：Fd为实测的外力荷载；Fs为所测结构的静阻力；Fv为所测结构的阻尼力；Fa所测结构的为惯性力；k、c、m分别为所测结构的等效刚度、等效阻尼、等效质量；
通常情况下，对于实际的水上基桩结构，参与结构响应的等效刚度K、等效阻尼c和等效质量m均随着外载的变化而变化。而由于水上基桩结构在水平方向上受外力荷载与垂直方向上受外力荷载的不同之处在于，对于垂直方向上受外力荷载的水上基桩结构，外载作用于水上基桩结构的顶部，其整体产生向下的位移、速度、加速度，即整体质量m参与结构响应；而对于水平荷载作用下的水上基桩结构，其水上基桩结构上各个点受到的位移、速度、加速度均不相同，如图3所示，可将桩基分成n个足够小的质量块，对每一个质量块进行受力分析，如图4所示，并得到如下公式。
对质量块1，根据公式(2)，得到公式(3)：
Fd1-Fd2＝k1u1+c1v1+m1a1 (3)
同理，应当有：
Fd2-Fd3＝k2u2+c2v2+m2a2
……
Fdn-1-Fdn＝kn-1un-1+cn-1vn-1+mn-1an-1
Fdn＝knun+cnvn+mnan
对上述n个式子进行求和，可得：
上述公式(4)可改写成：
令则公式(5)可改写为：
Fd1＝Ku1+Cv1+Ma1 (6)
其中，Fdn代表质量块n所受的外力荷载，un、vn、an分别代表质量块n的位移、速度和加速度。kn、cn、mn分别代表质量块n的刚度、阻尼和质量。
由公式(6)可以看出，水上基桩结构参与结构响应的等效刚度K、等效阻尼C和等效质量M均随着外力荷载的变化而变化。
随着测试技术的进步，目前传感器已可达到上万Hz的采集精度，因此选取时间极短范围内测得的数据点，由于间隔时间极短，可认为K、C、M保持不变，从而可联立方程求解。为了保证测量的精度和计算的方便，利用位移最大点处速度v＝0的条件，使相应的阻尼力Fv＝0，这样可通过动平衡方程式(6)推导出公式(7)
Fd＝K*u+m*a(7)；F'＝K'*u' (8)
式中，K'为*根据公式(7)求得的刚度的数值组；u'为第一检测装置实测的水上基桩结构在不同等级航速的试验船舶施加外力时产生的最大位移的数值组；F'为根据公式(8)求得的静力载荷的数值组；
根据公式(7)即可以求得该位移最大值对应的K值。开展不同等级航速的试验船舶的冲击试验，采用上述方法得到不同位移下所对应的K值，进而可得到K'，*并根据公式(8)绘制出对应的承载力曲线。并且，需要说明的是，本实施例中除采用静动法对第一检测装置测得的变化参数进行处理，以得到外力荷载外，还可以采用其他的以结构动力学为基础的方法，对此，本实施例不作过多的阐述和说明。
另外，值得一提的是，在试验船舶对水上基桩结构施加外力作用的过程中，为了防止水上基桩结构在水平方向上所受的承载力过大而导致破损，在试验船舶对水上基桩结构施加外力的步骤中，如图5和图6所示，还包含以下子步骤：根据第一检测装置测得的水上基桩结构上对应时刻的外力荷载和位移绘制对应的外力荷载曲线。
若外力荷载曲线上对应的参数的数据值大于该参数对应的预设值时，则终止试验，否则继续试验。其中，优选的，该参数可以是位移峰值的变化快慢、外力荷载峰值或最大位移值中的一种，而预设值则根据水上基桩结构的材质而决定。即，当下列中至少有一种情况发生时，如位移峰值的变化较快，或者外力荷载达到试验设计时所要求的最大外力荷载峰值，及位移达到最大位移峰值时，即可停止终止试验(可参考《港口工程桩基规范》JTS167-4-2012)。
由此可知，通过第一检测装置测得的水上基桩结构上对应时刻的外力荷载和位移来绘制外力荷载曲线，可使得方便工作人员及时的根据外力荷载曲线来终止试验，以防止水上基桩结构因受试验船舶施加的外力过大而造成永久性损伤。
另外，作为优选的，为了便于工作人员能够得到较好的承载力曲线，以提升对水上基桩结构的水平承载能力的评估精度。在根据静力荷载和位移绘制承载力曲线，并通过承载力曲线对水上基桩结构的水平承载能力进行评估的步骤中，如图7和图8所示，还包含以下子步骤：
判断是否存在斜率变化率大于预设值的承载力曲线，若是，则选取斜率变化率大于预设值的承载力曲线，并根据选取的承载力曲线中静力荷载所达到的最大极限值，确定所述水上基桩结构的最大水平承载力。若否，则选取斜率变化率小于预设值的承载力曲线，并根据选取的承载力曲线中静力荷载所达到的最大极限值，确定所述水上基桩结构的最大水平承载力。
详细地，在根据选取的承载力曲线中静力荷载所达到的最大极限值，确定所述水上基桩结构的最大水平承载力的步骤中，首先判断选取的承载力曲线的个数是否大于1。若是，将选取的各承载力曲线中静力荷载所达到的最大极限值进行比较，并将最小的最大极限值作为水上基桩结构的最大水平承载力。若否，则将该承载力曲线中静力荷载所达到的最大极限值为水上基桩结构的最大水平承载力
由此可知，通过得到的多条承载力曲线对水上基桩结构的最大水平承载力进行综合比较和判断，可以较好的反映水上基桩结构的最大水平承载力，从而方便工作人员对水上基桩结构的最大水平承载力作出精确的评估。
其中，需要说明的是，上述预设值由水上基桩结构的材质、结构等决定。而在实际应用中，对于承载力曲线的判断标准，除了采用斜率变化率，还可以采用其他的判断标准，如曲线的拐点、极值等判断，因此，本实施例中对于承载力曲线的判断标准采用何种类型，不作具体的限定和过多的阐述。
详细地，在实际操作中，为了较好的保证在不同航速等级下试验船舶对水上基桩结构进行施加外力时，第一检测装置对外力荷载的测量精度，在同一航速等级下，试验船舶可对水上基桩结构进行多次施加外力，并记录相关的变化参数，以绘制出多条对应的承载力曲线。
另外，需要说明的是，为了进一步保证第一检测装置所测的外力荷载的精度，在本实施例中，在水上基桩结构上安装用于测试变化参数的第一检测装置的步骤中，还包含以下子步骤；在水上基桩结构的受力方向上设置用于检测水上基桩结构受到外力作用时产生的应变的应变检测点；通过第一检测装置测得检测点上产生的应变数据，并根据所述应变数据得到水上基桩结构上所承载的水平外载；将水平外载与对应时刻的外力荷载进行对比校验。
具体步骤如下所示，在待测的水上基桩结构上选取多个相互平行的测试断面，且各测试断面所处的平面与水上基桩结构的轴线相互垂直，并在各测试断面的相对两侧上确定用于检测测试断面所受应力的应变检测点，并在各检测点上安装对应的应变传感器，并将各应变传感器和对应的测试设备电性连接，如电线连接，或无线通信连接等。
其中，b0为各测试断面上相邻的检测点之间的间距；Δε为各测试断面的相对两侧的检测点处所测的应变差值的绝对值；EI为所述桩基测试段的抗弯刚度；ΔH为相邻的两个测试断面之间的间距，ΔM为相邻两截面的弯矩的差值；F为桩基测试段上产生的外力荷载。此外，值得一提的是，第一检测装置需要采用防雨、防晒和防碰撞等措施，以防止第一检测装置在使用过程中出现损伤。
本发明的第二实施例涉及一种水上基桩结构水平承载力的动力检测方法，本第二实施例与第一实施例大致相同，其不同之处在于，在本第一实施例中，外力为试验船舶对水上基桩结构施加的系缆力，而在本第二实施例中，在试验船舶对水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：外力为试验船舶对水上基桩结构施加的冲击力，且冲击力的作用方向与水上基桩结构的横向截面相互平行。
由此可知，通过这种方式，不仅方便了操作，而且还可间接的测量出水上基桩结构的桩基在其受外力的作用时所产生的应变，以便于后续静力荷载的计算。
本发明的第三实施例涉及一种基于水上基桩结构在水平方向上的承载力的检测系统，如图9所示，包括：水上基桩结构对应的试验船舶类型、安装于待测水上基桩结构上的第一检测装置，与第一检测装置通信连接的处理装置。
其中，试验船舶用于对设置有第一检测装置的水上基桩结构施加外力。
处理装置用于根据试验船舶在受到外力作用时第一检测装置所测得的数据，得到水上基桩结构在水平方向上承受的静力荷载以及水上基桩结构在水平方向上的位移，并根据静力荷载和位移的对应关系绘制承载力曲线，以通过承载力曲线对水上基桩结构的水平承载能力进行评估。
通过上述内容可知，由于该检测系统采用了试验船舶对水上基桩结构进行施加外力的作用方式，充分利用了自然资源和地理条件，从而无须采用搭建反力系统和相应的基准系统，即可通过处理装置对第一检测装置采集水上基桩结构在受外力作用时产生的数据，得到水上基桩结构在水平方向上的静力荷载和位移，并以此绘制承载力曲线，从而可方便工作人员根据该承载力曲线对水上基桩结构在水平方向上的承载力进行评估，以降低检测成本，节省时间，并实现对水上基桩结构在水平方向上的承载力的有效检测。
具体的说，在本实施方式中，如图9、图10和图11所示，外力为试验船舶对水上基桩结构5施加的系缆力,且系缆力的作用方向与水上基桩结构5的横向截面相互平行，第一检测装置还包含：套设在水上基桩结构5上的支架、与支架相连并用于连接船舶的缆绳1；设置在水上基桩结构5上，并分别用于检测水上基桩结构5受到系缆力作用时产生的变化参数的速度传感器或加速度传感器；设置在缆绳1上的拉力传感器2；与各传感器电性相连的测试设备(图中未标示)。
由此可知，由于该检测系统通过借助缆绳1，使得试验船舶对水上基桩结构5施加外力，从而充分利用了自然资源和地理条件，并可在满足测试精度的前提下，替代反力系统来对水上基桩结构5施加外力作用，从而可降低检测成本，节省时间。同时，需要说明的是，在本实施方式中，作为优选的，仅采用加速度传感器(图中未标示)来测量水上基桩结构受到拉力作用时产生的加速度数值，并通过处理装置对加速度数值积分得到水上基桩结构受到拉力作用时产生的位移数值、速度数值等，，且加速度传感器通常设置在水上桩基的侧壁上，并靠近支架，以保证在满足测量精度的情况下，降低生产成本。
详细地，如图10所示，支架包含：与水上基桩结构5相连的第一本体，分别与第一本体和缆绳1相连的第二本体。其中，第一本体上开设有用于容纳水上基桩结构5的镂空部(图中未标示)，且镂空部的形状与水上基桩结构5的横向截面的形状相适配。
由此可知，支架是由第一本体和第二本体构成，并且由于第一本体具有一个容纳水上基桩结构5的镂空部，且镂空部的形状与水上基桩结构5的横向截面的形状相适配，从而可使得支架紧密的套设在水上基桩结构5上，同时由于支架通过第二本体与缆绳1相连，从而使得水上基桩结构5在受外力的作用时，水上基桩结构5的受力方向是沿水平方向的。
并且，上述第二本体的纵向与水上基桩结构5的纵向相互平行。
由此可知，由于第二本体的纵向与水上基桩结构5的纵向相互平行，从而可方便工作人员将缆绳1系在试验船舶上，并使得缆绳1在试验船舶航行的过程中，始终沿水平方向对水上基桩结构5进行施加拉力，进而可最大限度地保证力学传感器所测得的外力荷载为水上基桩结构5在水平方向上所承受的外力荷载。
值得说的是，在本实施例中，如图10和图12所示，作为优选，第一本体可以由用于套设在桩基上的抱箍6、分别与抱箍6和第二本体相连的钢板4组成。而第二本体可以为系缆柱3。
另外，为了提升第一检测装置的测试精度，第一检测装置还包含用于检测水上基桩结构5受到外力时所产生应变的应变传感器，其中，应变传感器用于检测设置在水上基桩结构5受力方向上的应变检测点上产生的应变数据(其应变传感器设置的具体位置可参照上述实施例)。而第一检测装置可根据所述应变数据得到水上基桩结构5上所承载的水平外载，并将水平外载与对应时刻的外力荷载进行对比校验。
并且，优选的，为了降低应变传感器的测量误差，上述应变传感器为电阻式应变传感器，同时第一检测装置还包含：与应变传感器的电阻应变片桥接的温度补偿片，且该温度补偿片和该电阻应变片邻近设置，以使得电阻应变片和温度补偿片处于相同的光照区域。
另外，为了便于工作人员对试验船舶的航速等级进行控制，并确保试验船舶能够沿水平方向对水上基桩结构5施加外力作用，上述检测系统还包括用于测得试验船舶的运行参数的第二检测装置。其中，第二检测装置主要由用于检测试验船舶的运行轨迹的信号接收机、与信号接收机电性连接的测试仪器构成。
详细地，该信号接收机可以是GPS信号接收机，也可以是北斗信号接收机等其他类型的，而测试仪器可以是手机，也可以是试验船舶自带的导航设备等，因此，在本实施例中，对于信号接收机和测试仪器具体为何种类型不作具体的限定和说明。并且，上述处理装置可以为台式电脑、笔记本电脑等智能终端，以根据第一检测装置采集的数据得到静力荷载等其他数据，并绘制出对应的静力荷载曲线，且优选的，第一检测装置中的测试装备则可以为多功能记录仪，如TMR(Tokyo Multi-Recorder)等，用于将各传感器测得的数据传输给处理装置，并绘制外力荷载曲线等。
本发明的第四实施例涉及一种基于水上基桩结构5在水平方向上的承载力的检测系统，本发明的第四实施例与本发明的第三实施例大致相同，其不同之处在，在本第三实施例中，试验船舶对水上基桩结构5作用的外力为系缆力，且第一检测装置包含支架、缆绳1、拉力传感器2等，而在本第四实施例中，如图13、图14和图15所示，外力为试验船舶对水上基桩结构5施加的冲击力，且冲击力的作用方向与水上基桩结构5的横向截面相互平行，而第一检测装置包含压力传感器7、设置在水上基桩结构5上用于固定压力传感器7的支撑座9、与压传感器相连的支撑面板8。设置在水上基桩结构5上，并分别用于检测水上基桩结构5受到冲击力作用时产生的变化参数的速度传感器或加速度传感器；与各传感器电性相连的测试设备。
通过上述内容不难发现，由于该检测系统采用了试验船舶对水上基桩结构5进行冲击的方式，充分利用了自然资源和地理条件，并可在满足测试精度的前提下，替代反力系统来对水上基桩结构5施加外力作用，从而可降低检测成本，节省时间。同时，需要说明的是，在本实施方式中，作为优选的，仅采用加速度传感器(图中未标示)来测量水上基桩结构5受到冲击力作用时产生的加速度数值，并通过处理装置对加速度数值积分得到水上基桩结构5受到冲击力作用时产生的位移数值、速度数值等，且加速度传感器通常设置在水上桩基的侧壁上，并靠近支撑座，以保证在满足测量精度的情况下，降低生产成本。
具体地，如图14和图15所示，压力传感器7和支撑座9的个数为大于1的整数，且位置关系一一对应。其中，至少有一压力传感器7位于支撑面板8的中心，且其余的力传感器以支撑面板8的中心为中心等距环绕设置。并且，在本实施例中，作为优选的，压力传感器7和支撑座9的个数为5个。并且，如图7所示，仅以五个传感器为例作简要说明，在实际运行的过程中，试验船舶在冲击支撑面板8时，支撑面板4在试验船舶的冲击下被挤压，从而使得各压力传感器3测得相应的压力数值，并将测得的压力数值求和，作为冲击船舶的对水上桩基在水平方向上产生的外力荷载。
由此可知，由于支撑座9上等距环绕设置在支撑面板8上，且至少有一支撑座9设置在支撑面板8的中心，因而使得各压力传感器7也在等距环绕设置在支撑面板8上，且至少有一压力传感器7位于支撑面板8的中心，从而使得压力传感器7的受力也较为均匀，以确保即使在试验船舶的冲击角度发生改变的情况下，仍能通过各压力传感器7测得相应的压力数值的的求和，保证得出的外力荷载的准确性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围。
Claims (5)
1.一种水上基桩结构水平承载力的动力检测方法，其特征在于，该检测方法包含以下步骤：
根据待测的水上基桩结构的规格和设计要求确定对应的试验船舶类型；
在所述水上基桩结构上安装用于测试变化参数的第一检测装置；
所述试验船舶对所述水上基桩结构施加外力；
所述第一检测装置根据所述试验船舶在受到所述外力作用时所测得的数据，得到所述水上基桩结构在水平方向上承受的静力荷载以及所述水上基桩结构在水平方向上的位移；
根据所述静力荷载和所述位移绘制N条承载力曲线，并通过所述承载力曲线对所述水上基桩结构的水平承载能力进行评估,其中,N为正整数；
其中，所述试验船舶对所述水上基桩结构施加外力包含以下步骤:所述试验船舶在对所述水上基桩结构初次施加外力后，按照不同的航速等级对所述水上基桩结构施加外力；根据所述第一检测装置记录对应的变化参数，得到所述水上基桩结构上产生的静力荷载，其中，所述变化参数包含：所述水上基桩结构在受外力作用时产生的速度、加速度、外力荷载；
其中，所述第一检测装置根据所述试验船舶在受到所述外力作用时所测得的数据，得到所述水上基桩结构在水平方向上承受的静力荷载以及所述水上基桩结构在水平方向上的位移的步骤包含以下步骤:通过对所述水上基桩结构在受外力作用时产生的速度或加速度进行积分，以获取所述水上基桩结构在水平方向上的位移；通过静动法对所述第一检测装置测得的变化参数进行处理，并得到所述水上基桩结构在不同等级航速的试验船舶所施加的外力下产生位移时，所对应的静力荷载；
其中，在通过静动法对所述第一检测装置测得的变化参数进行处理，并得到所述水上基桩结构在不同等级航速的试验船舶所施加的外力下产生位移时，所对应的静力荷载的步骤中包括以下步骤：根据所述速度、所述加速度、所述外力荷载和所述位移以及所述静动法中的动平衡方程式，计算得到所述水上基桩结构的等效刚度；根据所述水上基桩结构在不同等级航速的试验船舶施加外力时产生的所述位移，得到不同等级对应的所述等效刚度的数值组；根据不同等级对应的所述等效刚度的数值组及所述位移，得到所述静力荷载。
2.根据权利要求1所述的水上基桩结构水平承载力的动力检测方法，其特征在于，在所述试验船舶对所述水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：
所述外力为所述试验船舶对所述水上基桩结构施加的系缆力,且所述系缆力的作用方向与所述水上基桩结构的横向截面相互平行。
3.根据权利要求1所述的水上基桩结构水平承载力的动力检测方法，其特征在于，在所述试验船舶对所述水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：
所述外力为所述试验船舶对所述水上基桩结构施加的冲击力，且所述冲击力的作用方向与所述水上基桩结构的横向截面相互平行。
4.根据权利要求1所述的水上基桩结构水平承载力的动力检测方法，其特征在于，在所述试验船舶对所述水上基桩结构施加外力的步骤中，还包含以下子步骤：
根据所述第一检测装置测得的所述水上基桩结构上对应时刻的外力荷载和位移绘制对应的外力荷载曲线；
若所述外力荷载曲线上对应的参数的数据值大于该参数对应的预设值时，则所述试验船舶终止试验，否则所述试验船舶继续试验。
5.根据权利要求1所述的水上基桩结构水平承载力的动力检测方法，其特征在于，在所述水上基桩结构上安装用于测试变化参数的第一检测装置的步骤中，还包含以下子步骤；
在所述水上基桩结构的受力方向上设置用于检测所述水上基桩结构受到外力作用时产生的应变的应变检测点；
通过所述第一检测装置测得所述检测点上产生的应变数据，并根据所述应变数据得到所述水上基桩结构上所承载的水平外载；
将所述水平外载与对应时刻的外力荷载进行对比校验。
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