CN106950129B - 高桩码头结构水平承载力的动力检测方法 - Google Patents

高桩码头结构水平承载力的动力检测方法 Download PDF

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Abstract

本申请的目的是提供一种高桩码头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：确定高桩码头结构的待测区域和对应的冲击船舶类型；根据所确定的待测区域，在高桩码头结构上安装用于测试变化参数的第一检测装置；冲击船舶冲击高桩码头结构；第一检测装置根据冲击时所测得的数据，得到高桩码头结构在水平方向上承受的静力荷载以及位移；根据静力荷载和位移绘制多条承载力曲线，并通过承载力曲线对高桩码头结构的水平承载能力进行评估。与现有技术相比，本发明可方便工作人员根据该承载力曲线对高桩码头结构在水平方向上的承载力进行评估，以实现对基于高桩码头结构在水平方向上的承载力的有效检测。

Description

高桩码头结构水平承载力的动力检测方法
技术领域
本发明属于建筑工程领域，尤其涉及一种高桩码头结构水平承载力的动力检测方法。
背景技术
高桩码头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，波浪和水流可在码头平面以下通过，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高桩码头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，高桩码头结构在设计的过程中，需要考虑高桩码头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，高桩码头结构由于其自身结构的特性，无法按照常规的方法，即将桩基作为一个独立的单元进行水平承载力测试，而通过搭建足够刚度和承载力的反力系统和相应的基准系统的方式进行水平承载力测试，不具备操作性，并且即使能够实现，也需要花费极大的时间成本和检测费用。因此，在现有的测试方法中，仅能根据高桩码头结构的受损部位，或者根据现场的调查，并结合《港口工程荷载规范》(JTJ215 98)的规定，或者理想状态下将桩基单独分离出来进行模拟计算的方法进行评估，这不仅不利于工作人员的评估，而且无法较为准确的得出高桩码头结构在水平方向上的承载力。
因此，如何实现对基于高桩码头结构在水平方向上的承载力的有效检测，降低检测成本，节省时间，方便工作人员对高桩码头结构在水平方向上的承载力进行评估，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实现对高桩码头结构在水平方向上的承载力的有效检测，降低检测成本，节省时间，方便工作人员对高桩码头结构在水平方向上的承载力进行评估。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高桩码头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：
确定高桩码头结构的待测区域和对应的冲击船舶类型；
根据所确定的待测区域，在所述高桩码头结构上安装用于测试变化参数的第一检测装置；
所述冲击船舶冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构；
第一检测装置根据冲击时所测得的数据，得到所述高桩码头结构在水平方向上承受的静力荷载以及所述高桩码头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高桩码头结构的水平承载能力进行评估，其中，N为大于1的正整数。
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冲击船舶对高桩码头结构进行冲击的方式，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高桩码头结构上产生的数据，并得到高桩码头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，从而可降低检测成本，节省时间，并方便工作人员根据该承载力曲线对高桩码头结构在水平方向上的承载力进行评估，以实现对高桩码头结构在水平方向上的承载力的有效检测。
进一步的，在确定高桩码头结构的待测区域和对应的冲击船舶的步骤中，还包含以下子步骤：将所述待测区域划分为：高桩码头结构的平台测试段、与所述平台测试段相连的桩基测试段；其中，所述冲击船舶冲击位置位于所述平台测试段；通过所述第一检测装置分别对所述平台测试段和所述桩基测试段所产生的变化参数进行检测；其中，所述变化参数包含：所述平台测试段在所述高桩码头结构被冲击时产生的位移、速度、加速度、外力荷载，所述桩基测试段在所述高桩码头结构被冲击时产生的应变。通过这种方式，不仅方便了操作，而且还可间接的测量出高桩码头结构的桩基在其受冲击时所产生的应变，以便于后续静力荷载的计算。
进一步的，为了防止冲击船舶对高桩码头结构的冲击力过大而造成高桩码头结构的结构损伤，在所述冲击船舶冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构的步骤中，还包含以下子步骤：所述冲击船舶在对所述高桩码头结构进行初次冲击后，按照不同的航速等级对所述高桩码头结构进行冲击；根据所述第一检测装置记录对应的变化参数，分别得到所述桩基测试段上产生的静力荷载和所述平台测试段上产生的静力荷载。
进一步的，在所述确定高桩码头结构的待测区域和对应的冲击船舶的步骤中，还包含以下子步骤：确定所述平台测试段上用于检测对应变化参数的检测点；在所述桩基测试段上选取L个相互平行的测试断面，并在各测试断面的相对两侧上确定用于检测所述测试断面所受应力的检测点；在各检测点上安装对应的传感器，并将各传感器和对应的测试设备电性连接，以构成所述第一检测装置；其中，L为大于1的正整数，且各测试断面所处的平面与所述待测桩基的轴线相互垂直。
进一步的，在第一检测装置根据冲击时所测得的数据，得到所述高桩码头结构在水平方向上承受的静力荷载以及所述高桩码头结构在水平方向上的位移的步骤中，还包含以下子步骤：所述平台测试段上产生的外力荷载通过对应的传感器直接获取；所述桩基测试段上产生的外力荷载通过以下公式(1)和公式(2)得到：
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；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；ΔH为相邻两测试断面之间的距离。
进一步的，在冲击船舶冲击设置高桩码头结构的过程中，为了防止高桩码头结构在水平方向上所受的承载力而导致破损，在所述冲击船舶冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构的步骤中，还包含以下子步骤：根据所述第一检测装置测得的所述平台测试段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，则所述冲击船舶终止冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构，否则所述冲击船舶继续冲击所述高桩码头结构。
或者，根据所述第一检测装置测得的所述桩基测试段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，则所述冲击船舶终止冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构，否则所述冲击船舶继续冲击所述高桩码头结构。
进一步的，为了保证得到的高桩码头结构对应的静力荷载的精度，并绘制对应的承载力曲线，第一检测装置根据冲击时所测得的数据，得到所述高桩码头结构在水平方向上承受的静力荷载以及所述高桩码头结构在水平方向上的位移的步骤中，还包含以下子步骤：通过静动法对获取的所述第一检测装置测得的变化参数进行处理，并得到所述桩基测试段或所述平台测试段在不同等级航速的冲击船舶的冲击下产生位移时，所对应的静力荷载。
进一步的，为了便于工作人员能够得到较好的承载力曲线，以提升对高桩码头结构的水平承载能力的评估精度，在根据所述静力荷载和所述位移绘制承载力曲线，并通过所述承载力曲线对所述高桩码头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，则选取所有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，确定所述高桩码头结构的最大水平承载力；若否，则选取所有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，确定所述高桩码头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高桩码头结构的最大水平承载力进行综合比较和判断，可以较为全面的反映高桩码头结构的最大水平承载力，从而方便工作人员从整体的角度对高桩码头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冲击船舶的航速等级进行控制，并确保冲击船舶能够垂直冲击高桩码头结构，所述冲击船舶冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构的步骤中，还包含以下子步骤：在所述冲击船舶对所述高桩码头结构进行冲击前，通过第二检测装置测得所述冲击船舶的运行参数；其中，所述运行参数包含所述冲击船舶的航行速度、冲击角度。
本发明还提供了一种高桩码头结构水平承载力的检测系统，包括：设置于所述高桩码头结构上的待测区域和对应的冲击船舶类型、安装于所述待测区域内的第一检测装置，与所示第一检测装置通信连接的处理装置；其中，冲击船舶用于冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构；所述处理装置用于根据冲击时所述第一检测装置所测得的数据，得到所述高桩码头结构在水平方向上承受的静力荷载以及所述待测桩基在水平方向上的位移；所述处理装置用于根据所述静力荷载和所述位移的对应关系绘制承载力曲线，并用于通过所述承载力曲线对所述高桩码头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冲击船舶对高桩码头结构进行冲击的方式，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采集高桩码头结构上产生的数据，并得到高桩码头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高桩码头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，并实现对高桩码头结构在水平方向上的承载力的有效检测。
进一步的，所述第一检测装置包含：设置在所述高桩码头结构的平台测试段上，并分别用于检测所述高桩码头结构被冲击时产生的变化参数的位移传感器、速度传感器和压力传感器；其中，所述压力传感器位于所述平台测试段上可被所述冲击船舶冲击的区域，并正对所述冲击船舶；所述第一检测装置还包含：设置在所述高桩码头结构的桩基测试段上，并用于检测所述桩基测试段所受应变的应变传感器；所述第一检测装置还包含：与各传感器电性相连的测试设备。
进一步的，所述第一检测装置还包含：设置在所述平台测试段上，用于检测所述高桩码头结构被冲击时产生的加速度的加速度传感器。可提升处理装置绘制承载力曲线的速度，并保证测量的准确性。
进一步的，为了便于工作人员对冲击船舶的航速等级进行控制，并确保冲击船舶能够沿水平方向正向冲击高桩码头结构，所述检测系统还包含：第二检测装置，用于测得所述冲击船舶的运行参数；其中，所述第二检测装置包含：用于检测所述冲击船舶的运行轨迹的信号接收机、与所述信号接收机电性连接的测试仪器。
进一步的，为了避免第一检测装置在被冲击船舶长时间冲击的过程中出现变形而影响了测试精度，所述第一检测装置还包含：用于固定J个压力传感器的支撑组件；其中，所述支撑组件包含：一支撑面板、与所述支撑面板可拆卸连接并被设置在所述高桩码头结构上的护舷；所述支撑面板朝向所述高桩码头结构的一侧设置有J个用于容纳压力传感器的支撑座，且所述支撑面板位于所述高桩码头结构和所述护舷之间；其中，J为正整数，且当J大于1时，各支撑座与各压力传感器一一对应。
进一步的，所述支撑面板开设有J个螺孔，且各螺孔以所述支撑面板的中心为对称中心等距环绕设置，其中，J为大于2的正整数。
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为本第一实施例中高桩码头结构水平承载力的动力检测方法流程图；
图2为本第一实施例中高桩码头结构的待测区域的结构示意图；
图3为本第一实施例中根据外力荷载曲线判断是否停止冲击试验的流程图；
图4为本第二实施例中高桩码头结构的外力荷载曲线的示意图；
图5为本第一实施例中高桩码头结构的承载力曲线的示意图；
图6为本第一实施例中通过承载力曲线对高桩码头结构的水平承载能力进行评估的流程图；
图7为本第三实施例中检测系统的电路模块图；
图8为本第三实施例中第一检测装置的电路模块图；
图9为本第三实施例中支撑组件的结构示意图；
图10为图9中截面C-C的结构示意图；
图11为本第四实施例中第一检测装置的电路模块图。
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高桩码头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：
首先确定高桩码头结构的待测区域和对应的冲击船舶类型，如根据高桩码头结构的结构尺寸和试验设计时码头所要承受的最大静力载荷来选择合适的冲击船舶类型，具体的一种优选方式，可参考《港口工程荷载规范》(JTS 144-1-2010)第10.2.5条，并将该最大静力载荷的五分之一作为对应冲击船舶的系缆力来选取对应的冲击船舶。
然后根据所确定的待测区域，在高桩码头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，可通过冲击船舶冲击设置有第一检测装置的高桩码头结构，而高桩码头结构上的第一检测装置在其被冲击时，会采集相关的参数数据。
并且，在冲击的过程中，第一检测装置可根据冲击时所测得的数据，得到高桩码头结构在水平方向上承受的静力荷载以及高桩码头结构在水平方向上的位移。然后根据所述静力荷载和所述位移绘制多条承载力曲线，并通过承载力曲线对所述高桩码头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冲击船舶对高桩码头结构进行冲击的方式，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高桩码头结构桩基码头结构上产生的数据，并得到高桩码头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，从而可降低检测成本，节省时间，并方便工作人员根据该承载力曲线对高桩码头结构在水平方向上的承载力进行评估，以实现对高桩码头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，在确定高桩码头结构的待测区域的过程中，可将待测区域划分为：高桩码头结构的平台测试段1、与平台测试段1相连的桩基测试段2(如圆柱桩、椭圆桩、方形桩等)。其中，冲击船舶的冲击位置位于平台测试段1上，并且，本实施例仅以圆柱桩作为优选的测试对象为例说明。
通过第一检测装置分别对平台测试段1和桩基测试段2所产生的变化参数进行检测，如：平台测试段1在高桩码头结构被冲击时产生的位移、速度、加速度、外力荷载，桩基测试段2在高桩码头结构被冲击时产生的应变等。
由此不难发现，由于高桩码头结构的待测区域可被分为平台测试段1和桩基测试段2，并且冲击码头的位置位于平台测试段1上，不仅方便了操作，而且还可通过这种方式间接的测量出高桩码头结构的桩基在其受冲击时所产生的应变，以便于后续静力荷载的计算。
详细地，第一检测装置包含：设置在平台测试段1上的位移传感器、速度传感器、压力传感器和加速度传感器，且位于靠近平台测试段1上用于被冲击船舶冲击的位置。设置在桩基测试段2上，并用于检测桩基测试段2所受应变的应变传感器(图中未标示)、温度补偿片。与各传感器电性相连的测试设备。其中，压力传感器位于平台测试段1上可被冲击船舶冲击的区域，并正对冲击船舶。而应变传感器为电阻式应变传感器，具有一个电阻应变片，且该电阻应变片和温度补偿片邻近设置，以使得电阻应变片和温度补偿片处于相同的光照区域，以降低应变传感器的测量误差。
进一步的说，在确定高桩码头结构的待测区域的过程中，在其平台测试段1上要确定用于检测对应变化参数的检测点，而在其桩基测试段2上需要选取多个相互平行的测试断面，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检测点，可参照图2所示，在本实施例中，为了保证测量的精度，选取的测试断面的个数可以为两个、三个、四个等，而本实施例仅选取两个测试断面A和B，以及对应截面上的检测点a、b、c和d为例作简要说明，显然，在实际应用时，选取的测试断面的个数越多，其测量的精度越高，因此，在本实施例对于选取的测试断面的具体个数就不一一举例说明。
并且，在确定各检测点的位置后，工作人员即可在各检测点上安装对应的传感器，并将各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，以构成第一检测装置。
另外，值得一提的是，在本实施例中，为了防止测试断面位于桩基测试段2与平台测试段1连接处所在的应力集中区，而降低了第一检测装置的测量精度，如图2所示，桩基测试段2上选取的各测试断面与平台测试段1之间的距离大于该应力集中区的长度，在本实施例中，作为优选的，该距离的长度至少大于桩基测试段2所对应的桩基的直径大小。
在第一检测装置安装完成后，可在冲击船舶对高桩码头结构进行冲击前，对第一检测装置进行校验。当校验完成后，首选可使冲击船舶在无动力的作用下通过水流的作用对高桩码头结构进行初次冲击，并再次对第一检测装置进行校验。同时，在冲击试验期间，冲击船舶要在风浪较小在的环境下进行冲击试验，以降低水流、波浪等的扰动而造成的影响。并且在初次冲击时，可采用多次读取相关参数数据，并取均值的方式作为初次冲击时得到的参数值。
并且，为了防止冲击船舶对高桩码头结构的冲击力过大而造成高桩码头结构的结构损伤，冲击船舶在对高桩码头结构进行初次冲击后，可开启动力，并按照不同的航速等级对高桩码头结构进行冲击，并在每次冲击的过程中，通过第一检测装置测出对应的最大位移，以及平台测试段1和桩基测试段2在高桩码头结构产生最大位移的时刻对应的最大外力荷载。
在此，值得一提的是，为了便于工作人员对冲击船舶的航速等级进行控制，并确保冲击船舶能够垂直冲击高桩码头结构，在冲击船舶对高桩码头结构进行冲击前，通过第二检测装置测得冲击船舶的运行参数，如冲击船舶的航行速度、冲击角度。详细地，第二检测装置可以由用于检测冲击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，也可以是冲击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二检测装置不仅方便了用户的操作，也节省了成本。
具体地，根据第一检测装置记录对应的变化参数，分别得到桩基测试段2上产生的静力荷载和平台测试段1上产生的静力荷载，其原理参照图2可知。
通过平台测试段1上的传感器直接获取平台测试段1在受到冲击船舶冲击时产生的外力荷载。
桩基测试段2上产生的外力荷载通过以下公式(1)和公式(2)得到：
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为桩基测试段2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2上产生的外力荷载。
然后，为了保证得到的高桩码头结构对应的静力荷载的精度，并绘制对应的承载力曲线，如图3所示，通过静动法对获取的第一检测装置测得的变化参数进行处理，并得到桩基测试段2或平台测试段1在不同等级航速的冲击船舶的冲击下产生最大位移时，所对应的静力荷载。
具体的过程如下所示，
依据静动法原理，第一检测装置实测的外力荷载、位移、速度和加速度，满足动平衡方程式(3)，其中，速度和位移不仅可以通过第一检测装置直接测得，也可通过对加速度进行积分求得，本实施例对于速度和位移是采用何种方式得到的不作具体的限定：
Fd＝Fs+Fv+Fa＝k*u+c*v+m*a (3)
式中：Fd为实测的外力荷载；Fs为静阻力；Fv为阻尼力；Fa为惯性力；k为结构的等效刚度；c、m为结构的等效阻尼系数和等效质量；u、v、a分别为结构的位移、速度和加速度。
通常情况下，对于实际的高桩码头结构，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，从而可进行联立方程求解。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(3)推导出公式(4)和(5)。
Fd＝K*u+m*a (4)
F'＝K'*u' (5)
式中，K'为根据公式(4)求得的刚度的数值组；u'为第一检测装置实测的桩基测试段2或平台测试段1在不同等级航速的冲击船舶的冲击下产生的最大位移的数值组；F'为根据公式(5)求得的静力载荷的数值组；
根据公式(4)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冲击船舶的冲击试验，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(5)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，如图3和图4所示，在冲击船舶冲击设置高桩码头结构的过程中，为了防止高桩码头结构在水平方向上所受的承载力而导致破损，在冲击船舶冲击设置有第一检测装置的高桩码头结构的步骤中，还包含以下子步骤：
根据第一检测装置测得的平台测试段1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，则冲击船舶终止冲击设置有第一检测装置的高桩码头结构，否则冲击船舶继续冲击高桩码头结构。其中，优选的，该参数可以是位移峰值的变化快慢、外力荷载值或最大位移值中的一种，而预设值则根据平台测试段1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，或者外力荷载达到高桩码头结构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，即可停止终止冲击船舶的冲击试验。
由此可知，通过第一检测装置测得的桩基测试段2上对应时刻的外力荷载和位移来绘制外力荷载曲线，可方便工作人员及时的根据外力荷载曲线来终止冲击试验，以防止高桩码头结构因受冲击船舶的冲击而造成永久性损伤。
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，以提升对高桩码头结构的水平承载能力的评估精度。在冲击船舶终止冲击试验后，作为优选的，根据平台测试段1和桩基测试段2上对应的静力荷载和位移绘制对应的承载力曲线，如图5和图6所示，并通过承载力曲线对高桩码头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(包括平台测试段1对应的承载力曲线，桩基测试段2对应的承载力曲线)，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，确定桩基码头结构的最大水平承载力。
若否，则选取所有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，确定高桩码头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，确定高桩码头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等于1，若是，则将该承载力曲线中静力荷载所达到的最大极限值为高桩码头结构的最大水平承载力。
若否，则将所有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高桩码头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高桩码头结构的最大水平承载力进行综合比较和判断，可以较为全面的反映高桩码头结构的最大水平承载力，从而方便工作人员从整体的角度对高桩码头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，根据平台测试段1获取的承载力曲线的预设值由平台测试段1的材质、结构等决定，而根据桩基测试段2获取的曲线的预设值则由桩基测试段2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冲击船舶对高桩码头结构进行冲击时，第一检测装置对外力荷载的测量精度，在同一航速等级下，冲击船舶可对高桩码头结构进行多次冲击，并记录相关的变化参数，以绘制出多条对应的外力荷载曲线，并选取出符合要求的外力荷载曲线，并根据该外力荷载曲线确定该等级下桩基码头结构所产生的外力荷载、最大位移、速度、加速度等，以提升后续绘制的承载力曲线的准确性。
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高桩码头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，在本实施例中，在本第一实施例中，是根据第一检测装置测得的平台测试段1上对应时刻的外力荷载和位移彼此之间的对应关系绘制对应的外力荷载曲线，而在本第二实施例中，根据第一检测装置测得的桩基测试段2上对应时刻的外力荷载和位移彼此之间的对应关系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，则冲击船舶终止冲击设置有第一检测装置的高桩码头结构，否则冲击船舶继续冲击高桩码头结构。其中，优选的，该参数可以是位移峰值的变化快慢、外力荷载值或最大位移值中的一种，而该参数对应的预设值则根据桩基测试段2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，即可停止终止冲击船舶的冲击试验(可参考《港口工程桩基规范》JTS167-4-2012)。
通过上述内容可知，通过第一检测装置测得的桩基测试段2上对应时刻的外力荷载和位移来绘制外力荷载曲线，可方便工作人员及时的根据外力荷载曲线来终止冲击试验，以防止高桩码头结构因受冲击船舶的冲击而造成永久性损伤。
本发明的第三实施例涉及一种高桩码头结构水平承载力的检测系统，如图7所示，包括：
设置于高桩码头结构上的待测区域和对应的冲击船舶类型、安装于待测区域内的第一检测装置，与第一检测装置通信连接的处理装置。
其中，冲击船舶用于冲击设置有第一检测装置的高桩码头结构。
处理装置用于根据冲击时第一检测装置所测得的数据，得到高桩码头结构在水平方向上承受的静力荷载以及待测桩基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高桩码头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冲击船舶对高桩码头结构进行冲击的方式，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高桩码头结构在被冲击时产生的数据，得到高桩码头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高桩码头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，并实现对高桩码头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7和图8所示，第一检测装置包含：设置在高桩码头结构的平台测试段1(参照上述实施例)上，并分别用于检测高桩码头结构被冲击时产生的变化参数(包含:位移、速度、外力荷载)的位移传感器、速度传感器和压力传感器3；设置在高桩码头结构的桩基测试段2上，并用于检测桩基测试段2所受应变的应变传感器(图中未标示)；与各传感器电性相连的测试设备。其中，压力传感器3位于平台测试段1上可被冲击船舶冲击的区域，并正对冲击船舶。
并且，优选的，为了保证应变传感器的测量精度，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，使得电阻应变片和温度补偿片处于相同的光照区域。
另外，为了避免第一检测装置在被冲击船舶长时间冲击的过程中出现变形而影响了测试精度，优选的，第一检测装置中包含：用于固定各压力传感器3的支撑组件。
其中，如图9和图10所示，支撑组件包含：一支撑面板4、与支撑面板4可拆卸连接并被设置在高桩码头结构上的护舷6。支撑面板4朝向高桩码头结构的一侧设置有用于容纳压力传感器3的支撑座(图中未标示)，且支撑面板4位于高桩码头结构和护舷之间，其中，支撑座的个数与压力传感器3的个数一一对应。
并且，如图9所示，为了提升对冲击船舶的冲击力的测量精度，支撑面板4开设有用于插入紧固件的多个螺孔5，且各螺孔5以支撑面板4的中心为对称中心等距环绕设置。
由此不难发现，由于各螺孔5等距环绕设置在支撑面板4上，因而使得冲击船舶在冲击护舷时，护舷在变形时对支撑面板4产生的挤压力的分布较为均匀，以防止支撑面板4因出现较大幅度的倾斜而导致压力传感器3不能在对应的位置进行准确测量，从而可提升压力传感器3在支撑面板4备挤压时的测量精度。
同时，为了进一步提升对冲击船舶的冲击力的测量精度，在本实施例中，优选的，压力传感器3的个数为多个，且各压力传感器3也在等距环绕设置在支撑面板4上。并且，如图7所示，仅以四个传感器为例作简要说明，在实际运行的过程中，冲击船舶在冲击护舷6时，支撑面板4在护舷的变形作用下被挤压，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，作为冲击船舶的对高桩码头结构在水平方向上产生的外力荷载。
由此可知，由于支撑座上等距环绕设置在支撑面板4上，因而使得各压力传感器3也在等距环绕设置在支撑面板4上，从而使得压力传感器3的受力也较为均匀，以确保即使在冲击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3测得相应的压力数值的求和，保证得出的外力荷载的准确性。
此外，值得一提的是，在本实施例中，为了方便支撑面板4与护舷之间的装配，并使得支撑面板4与护舷在装配后，护舷与支撑面板4能够紧密贴合，如图7所示，支撑面板4上开设有用于容纳护舷的安装位(图中未标示)，且安装位的中心与支撑面板4的中心重合。其中，安装位的形状可以是圆形、正方形、长方形等其他形状，而在本实施方式中，仅以圆形作为安装位的形状为例说明。
另外，为了便于工作人员对冲击船舶的航速等级进行控制，并确保冲击船舶能够沿水平方向正向冲击高桩码头结构，上述检测系统还包括用于测得冲击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冲击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，也可以是冲击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、加速度(通过对位移数值和速度数值求导得出)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高桩码头结构水平承载力的检测系统，本发明的第四实施例是对本发明的第三实施例的进一步改进，其改进之处在于，在本实施方式中，如图11所示，第一检测装置还包含：设置在高桩码头结构的平台测试段1上，用于检测高桩码头结构被冲击时产生的加速度的加速度传感器。
通过上述内容可知，通过加速度传感器不仅可提升处理装置绘制承载力曲线的速度，并且可通过加速度传感器测得的加速度数值，和通过位移数值和速度数值求导得出的加速度数值进行比较和校验，以保证测量的准确性。
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)

1.一种高桩码头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：
确定高桩码头结构的待测区域和对应的冲击船舶类型；
根据所确定的待测区域，在所述高桩码头结构上安装用于测试变化参数的第一检测装置；
所述冲击船舶冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构；
第一检测装置根据冲击时所测得的数据，得到所述高桩码头结构在水平方向上承受的静力荷载以及所述高桩码头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高桩码头结构的水平承载能力进行评估，其中，N为正整数；
在确定高桩码头结构的待测区域和对应的冲击船舶的步骤中，还包含以下子步骤：
将所述待测区域划分为：高桩码头结构的平台测试段、与所述平台测试段相连的桩基测试段；其中，所述冲击船舶冲击位置位于所述平台测试段；
通过所述第一检测装置分别对所述平台测试段和所述桩基测试段所产生的变化参数进行检测；
其中，所述变化参数包含：所述平台测试段在所述高桩码头结构被冲击时产生的位移、速度、加速度、外力荷载，所述桩基测试段在所述高桩码头结构被冲击时产生的外力荷载；
在第一检测装置根据冲击时所测得的数据，得到所述高桩码头结构在水平方向上承受的静力荷载以及所述高桩码头结构在水平方向上的位移的步骤中，还包含以下子步骤：
对获取的所述第一检测装置测得的变化参数进行处理，并得到所述桩基测试段或所述平台测试段在不同等级航速的冲击船舶的冲击下产生位移时，所对应的静力荷载。
2.根据权利要求1所述的高桩码头结构水平承载力的动力检测方法，其特征在于，在所述冲击船舶冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构的步骤中，还包含以下子步骤：
所述冲击船舶在对所述高桩码头结构进行初次冲击后，按照不同的航速等级对所述高桩码头结构进行冲击；
根据所述第一检测装置记录对应的变化参数，分别得到所述桩基测试段上产生的静力荷载和所述平台测试段上产生的静力荷载。
3.根据权利要求2所述的高桩码头结构水平承载力的动力检测方法，其特征在于，在所述确定高桩码头结构的待测区域和对应的冲击船舶的步骤中，还包含以下子步骤：
确定所述平台测试段上用于检测对应变化参数的检测点；
在所述桩基测试段上选取L个相互平行的测试断面，并在各测试断面的相对两侧上确定用于检测所述测试断面所受应力的检测点；
在各检测点上安装对应的传感器，并将各传感器和对应的测试设备电性连接，以构成所述第一检测装置；
其中，L为大于1的正整数，且各测试断面所处的平面与所述待测桩基的轴线相互垂直。
4.根据权利要求1所述的高桩码头结构水平承载力的动力检测方法，其特征在于，在所述冲击船舶冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构的步骤中，还包含以下子步骤：
根据所述第一检测装置测得的所述平台测试段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，则所述冲击船舶终止冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构，否则所述冲击船舶继续冲击所述高桩码头结构。
5.根据权利要求1所述的高桩码头结构水平承载力的动力检测方法，其特征在于，在所述冲击船舶冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构的步骤中，还包含以下子步骤：
根据所述第一检测装置测得的所述桩基测试段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，则所述冲击船舶终止冲击设置有所述第一检测装置的所述高桩码头结构，否则所述冲击船舶继续冲击所述高桩码头结构。
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