CN110004996A - 一种整体式钢结构框架压重堆载体及其静载试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体式钢结构框架压重堆载体，其利用钢结构框架建筑的特点，采用与传统堆载方式完全不同的方式进行堆载，构建整体式钢结构框架的堆载体，然后再进行固体压重填充或液体压重物的填充或安装液体容器后进行液体压重物的填充，从而实现超大吨位堆载。

Description

一种整体式钢结构框架压重堆载体及其静载试验方法

技术领域

本发明为一种土木工程地基基础承载力检测时涉及到竖向抗压静载试验压重反力使用的压重堆载方法和装置。

背景技术

目前竖向抗压静载试验压重反力主要来自1、锚拉桩、锚杆；2、人工堆载；3、利用试验桩自身的摩阻力(自平衡荷载箱)。但由于场地条件限制，锚拉桩或锚杆不能施工，自平衡荷载箱也由于桩身摩阻力远远小于端承力等原因，使用也受限制。人工地面压重堆载基本上不受场地条件和桩身自身摩阻力和端承力比例的影响，在竖向抗压静载试验中广泛采用，下面重点讲述压重堆载。

压重堆载法能适应多种情况，适应性最广，使用最多。为了大大降低堆载成本，压重反力装置很少考虑采用运输量庞大的预制金属材料和预制混凝土块，更多的是考虑施工现场的现成材料如泥土，砂、石料或水等，现场有钢筋也可用于压重堆载。

目前压重堆载主要问题是，所有堆载体都是由压重物堆码而成的散体，其特点在于：1、堆载物间没有有效连接，堆不高，即使堆高了稳定性也差，不安全，无法检测。2、因其安全性，堆载重量上不去。3、上面的堆载物压下面的堆载物，堆在下面的堆载物要承受来自上面堆载物的巨大的重量，对下面堆载物承受压力的能力要求很高。4、若下面的堆载物是泥土，砂石、块石或是水箱(袋)等，堆高时，堆载物要横向运动，危险性增大。若是金属材料或混凝土预制件堆载可以实现较大吨位，国内大吨位(1000吨以上)基桩检测压重堆载基本上都是这两种堆载材料实施的。但金属材料或混凝土预制件也有很大缺点，就是运输量太大，而且是来回往复运输，运输时基本是大吨位车辆，且满载运输，对运输车辆损害大，对公路、桥梁造成很大负担甚至是伤害，同时吊装工作量也很大，运输费吊装费很高。施工现场运输对施工便道要求也很高，加固施工便道很费时费力。

水箱堆载可大大减少运输量和吊装工作量，但堆载高度不够高，而且上面水箱压下面水箱，下面水箱承重要求高，必然会在水箱中增加承重支撑，水箱成本也相应提高，最底层水箱承重最大成本更高、结构更复杂。为了减小水箱成本，需对水箱进行分层制造，但水箱分层后堆载时又不方便，需要区分堆放，不能将承重要求低的水箱堆载到底层。其次，水箱长度很长，水的侧压力对水箱侧壁相当不利，往往需要内拉加固，或加厚水箱壁厚度，可实施的吨位也不大，一般在1000吨左右。

现有新型堆载方法也只不过能实现万吨堆载目标。支墩压力太大，钢基平台主梁安装不方便。

因此，现有土木工程基桩检测时涉及到竖向抗压静载试验压重反力使用的压重堆载方法和堆载体存在技术空白。急需提供一种安全、经济、快捷且能实现大吨位堆载的堆载体。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全、经济、快捷且能实现从小吨位到大吨位的土木工程用地基基础竖向抗压静载试验压重堆载方法和压重堆载装置。

本发明中所述整体式钢结构框架压重堆载体，以下简称钢结构式堆载体。本发明利用钢结构框架建筑的特点，采用与传统堆载方式完全不同的方式进行堆载，构建整体式钢结构框架的堆载体，然后再进行固体压重填充或液体压重物的填充或安装液体容器后进行液体压重物的填充，从而实现超大吨位堆载。

所述钢结构式堆载体包括钢梁和钢结构柱，其中钢梁为水平方向纵横交叉的钢质梁，如图1-5所示，包括纵梁，横梁，所述钢梁的材质可为型钢、钢结构梁等，钢结构柱为大截面竖向立柱，底端钢板或结构板封闭、加固，直接安装在静载地基基础上，并与静载基础有效连接，上端封闭或敞开，敞开时需防雨。钢结构柱上设一层或多层与横梁连接的钢结构连接节点，本发明选用牛腿，不同方向的牛腿处于不同标高上，用于与水平方向的相互交叉的钢梁相连，但堆载体外表面的外侧牛腿处于同一标高，使水平方向的相互交叉的钢梁在堆载体内和体外形成一个网状梁结构，接头处也用螺栓连接。显然，以上所有连接处均可采用焊接，但焊接时拆除不方便。钢梁和钢立柱的连接处的结构均需纵横加强。

可替代的，如图4-6所示，钢结构柱为一个或两根，并与一层、两层或多层钢梁或钢结构水平板任意组合。如图3中所示，钢结构柱也可以两根组成一组，两组构成整体结构。在图5-6中，可在所述堆载体下部安装组合主梁和行走装置。如图1、3所示，在组合主梁下部安装垫梁和检测千斤顶。当钢结构柱为两根时，通过钢结构梯形横梁安装这两根钢结构柱。

可替代的，如图6所示，如果交叉梁受力面平齐时，牛腿也可处于同一标高上。

可替代的，如果堆载体较小，周边钢梁也可用柔性材料如钢绳等代替，并用中间紧拉的方式紧收以加强其整体性。

位于最下层的牛腿处于最下层的梁的上方，即倒置牛腿，其他牛腿处于相应梁的下方或上方。

进一步的，本发明中的牛腿是指建筑上的一种受力构件，也可设为穿柱横梁。此外，在立柱上设卡槽或穿孔也可实现“牛腿”功能，但使用时安装拆卸时不太方便。在牛腿连接处，横梁及立柱均需纵横结构加强。

最后形成一个由梁、柱构成的钢结构框架式堆载体。框架立面安装钢结构栏板，水平面安装钢结构承重板，然后再在所述堆载体中填充固液或液体等压重物，例如在堆载体中非密封空间填充固体压重物，在堆载体中密封空间填充液体压重物。显然，亦可根据需要只填充固定压生物或只填充液体填充物。通过改变立柱数量、改变立柱间的间距任意调整堆载体中密封空间与非密封空间的总体积大小。

需要说明的是试验点四周的立柱之间的距离是不能任意调整改变的，立柱离试验点太近会影响检测试验数据。

进一步的，还可以在牛腿处改变立柱的横截面形状如上部截面大下部截面小也可实现钢梁的安装连接。

进一步的，当所述堆载体需加高时，所述钢结构柱优先采用焊接加高。而当所述堆载体需要加长、加宽时，通过焊接所述钢梁以实现加长的目的。

进一步的，相邻两钢结构柱之间留有间距，保证安装人员安装方便。

进一步的，水平交叉的钢梁可连接一层也可连接多层。

进一步的，为了加强整体结构，所述堆载体外表面或内部可加‘剪刀’钢结构支撑。其中的剪刀支撑为建筑上的一种支撑结构形式，即竖向左右两方向的斜支撑。

进一步的，所述堆载体最上面安装防雨棚。防止雨水进入后改变所述堆载体的重量。

进一步的，当所述堆载体较高时加抗风钢绳增加所述堆载体的抗风能力并设避雷设施。

进一步的，各种堆载荷载下的所述堆载体整体结构需根据堆载体的多种受力条件进行专门结构设计。

进一步的，所述钢结构柱底端封闭，所述钢结构柱底上侧壁并留检查人孔和液体进出通道。并且所述钢结构柱上端可封闭也可不敞开，当敞开时需有防雨措施。

进一步的，在邻近试验点的四周的所述钢结构柱底端与试验点留有一定距离，以尽量减小钢结构立柱底面压力对试验点的影响。因此中间梁用宽梁或板梁的组合梁。

具体利用本发明的整体式钢结构框架压重堆载体进行静载试验的方法包括如下步骤：a、确定静载试验点的平面位置，然后以静载试验点为中心处理静载试验地基或基础，将所述静载试验地基或基础处理平整、水平，使其承载力能满足所述堆载体的重量；

b、在静载试验地基或基础安装地梁，地梁能准确找平，方便上部钢梁与钢结构柱牛腿的安装连接；在所述地梁上均匀吊安所述钢结构柱，并同时安装所述钢梁，所述钢梁与所述牛腿连接；在所述试验点四周预留一定距离作为非钢结构柱支撑地面和千斤顶安装的垂直空间；c、在两相邻钢结构柱之间的留设间距，方便安装人员安装连接所述钢梁、钢结构柱；在最下层的对边钢梁各设2个入孔，以方便检测人员进入；

d、在所述钢梁、钢结构柱安装完后，在外表面安装钢结构剪刀支撑；

e、用压重物均匀填充钢结构堆载体的内部空间直到满足规范要求的堆载量；

f、安装检测千斤顶等检测设备并按规范要求进行检测；

g、卸去所述堆载体内的压重物，将所述堆载体整体移动到下一点；

h、重复上述f-g过程直到整个静载试验项目的每个静载点均试验完成；

i、将所述堆载体拆除入库或进入下一个检测项目。

并且，在所述步骤a中，在处理静载试验地面时，预埋连接件。

相比于现有技术，例如本发明人的在先申请CN107217693A，CN 107975077A，CN208251191U，CN 208251180U，CN 208251181U，本发明具有如下特点：

1.本发明的钢结构堆载体为一个柱和梁构成的整体式钢结构堆载体，其直接安装在静载地基基础上，而不是目前的堆载平台上。因此，当其基础为混凝土基础或钢结构板基础或钢桩时，基础承载力很大且能与堆载体有效连接。此外，由于基础承载力大，堆载体与静载基础连接成一体，堆载体的水平方向抗风能力很大，堆载体可建造很高，甚至建成摩天大楼，完成超大吨位的静载堆载或无限大吨位的静载堆载。

2.压重物填充时竖向力主要由柱底承重和静载试验地基或基础承重。钢结构堆载体的立柱柱底与静载试验地面触面大，地基或基础受力均匀。并且该堆载体可直接安装在静载基础上，需要时也可有效连接，如螺栓连接或焊接，因此该堆载体与静载基础为一个整体。此外，需要注意的是，在混凝土基础中需预先预埋连接件。

3.该钢结构堆载体整体性好、结构坚固，堆载体内具有一层或多层水平方向纵横交叉的钢结构梁，在堆载体内、外形成了钢结构梁的网状结构，静载试验时可用检测千斤顶直接升顶在堆载体的最下层中心钢梁上，从而省去了现有静载的主梁、次梁和支墩，实现只有堆载体的静载试验。同时，由于钢结构堆载体为整体式钢结构，堆载体下面或侧面可安装行走装置。其中所述的行走装置是现有通用行走装置，均包括行走机构、动力系统和控制系统等完整的行走功能系统，如液压步履行走装置、履带行走装置、汽车轮式行走装置、钢筒滚动行走装置等。此外，本发明的钢结构堆载体也可以与本发明人的其他移动装置一起实现搬运、移动、定位。

可见，本发明的钢结构堆载体使大吨位静载试验方便实施，小吨位静载试验更简单化。同时，本发明的钢结构堆载体的结构安全稳定、不会因压重物的充填而影响堆载体的结构形式。只会增加堆载体的重心高度。彻底改变过去静载堆载体由压重物或其包装体进行拼堆或通过简单的内部拉、卡、连、外捆绑的堆载方式。

实现了分层堆载：多层纵横交叉的横梁及钢结构底板在竖直方向把钢结构堆载体分成很多层，相当于建筑物的楼层，每层固体堆载物堆码的高度受限，高度不大，稳定性好。此外分层堆载实现了上层压重物不能挤压下层压重物，这使不能承受压力的压重物包装体也能实现层层堆高。如水袋不能承受外部压力，目前只用于道路桥梁的预压，本发明的堆载体每层安装水袋可实现水袋的层层堆高的压重堆载。

鉴于目前设计承载力千吨以上桩很少做静载试验，而是通过钻芯来进行判断，重要工程项目同时请几位地基基础方面的专家进行论证，而不是对基桩进行承载力检测。其原因是压重堆载困难，或根本没法堆载，检测安全性太差、检测成本太高。因此，采用本发明的钢结构堆载体能解决以上问题，并能全面推广应用，还可节约静载试验成本60％以上，且节能环保。加之本发明的钢结构堆载体直接安装在地面上，还可与基础连接成一体，安全可靠。还能方便满足各吨位的静载堆载量要求，不会出现堆载量上不去的无奈状态。任意吨位的堆载量均能满足。

综合上述，采用钢结构框架堆载体，现行大型基桩均能进静载试验检测基桩的实际承载能力，为设计提供可靠的设计依据，从而取代目前的普遍做法----钻芯和专家论证，保证大型基桩项目的安全和科学、经济、合理，同时，也使一般吨位压重堆载更简单、更安全、成本更低。

附图说明

图1为本发明的典型整体式钢结构框架压重堆载体主视图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明的钢结构柱分组整体式钢结构框架压重堆载体主视图。

图4、图5、图6分别为本发明的两个钢结构柱堆载体图。

图7为本发明的一个钢结构柱堆载体图。

图8为本发明的钢梁交叉形式与牛腿标高图。

图9为本发明中钢结构柱图。

图10为本发明中牛腿的几种变形情况以及其他钢结构连接节点形式图。

图11为本发明中梯子形状的梁的图。

图中：1、横梁，2、纵梁，3、钢结构柱，4、组合主梁，5、行走装置，6、钢结构梯形横梁，7、静载试验地基或基础，8、牛腿，81、外侧牛腿，9、地梁，10、钢结构水平板，11、入孔，12、垫梁，13、检测千斤顶，14、非密封空间，15、密封空间。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明利用钢结构的建筑的特点，采用与传统堆载方式完全不同的方式进行堆载，构建整体式钢结构的堆载体，从而实现超大吨位堆载。

本发明的整体式钢结构框架压重堆载体的结构如下：

如图1-2所示，包括钢梁和钢结构柱3，所述钢梁由水平方向纵横交叉横梁1和纵梁2构成，所述水平交叉的钢梁连接一层或多层。其中，如图11所示，顶层和底层横梁1和纵梁2均可做成梯子形状的梁以加快安装速度。

如图9所示，所述钢结构柱3为大截面竖向立柱，其底端钢板或结构板封闭、加固并直接安装在静载基础上，上端封闭或敞开；所述钢结构柱3上设一层或多层与钢梁连接的钢结构节点即牛腿8，不同方向的牛腿处于不同标高上，所述牛腿用于与水平方向的相互交叉的钢梁相连，在所述堆载体外表面的外侧牛腿81处于同一标高，并使水平方向的相互交叉的钢梁在堆载体内外形成一层水平方向网状钢梁结构，其接头处也用螺栓连接；其中最下层的牛腿为倒置牛腿，其设在最下层的梁的上方，其他牛腿处于相应梁的下方。

如图4-6所示，钢结构柱3为一个或两根，并与一层、两层或多层钢梁或钢结构水平板10任意组合。如图3中所示，钢结构柱3也可以两根组成一组，两组构成整体结构。在图5-6中，可在所述堆载体下部安装组合主梁4和行走装置5。如图1、3所示，在组合主梁4下部安装垫梁12和检测千斤顶13。当钢结构柱3为两根时，通过钢结构梯形横梁6安装这两根钢结构柱3。

进一步的，在相邻两钢结构柱之间留有间距，方便安装人员安装连接梁、柱。

如图1、3所示，所述钢结构柱底上侧壁并留检查入孔11和液体进出通道。在

进一步的，在邻近试验点的四周的所述钢结构柱与试验点适当保持一定距离，以减小立柱底的压力影响试验点的检测数据。

进一步的，在堆载体中非密封空间填充固体压重物，在堆载体中密封空间填充液体压重物；其中非密封空间14与密封空间15的总量大小通过改变钢结构柱的数量任意调整，并且非密封空间14安装液体容器后能填充液体。

进一步的，所述钢梁的材质为型钢或钢结构梁；如图8所示，当所述交叉梁受力面平齐时，牛腿设在同一标高上。

进一步的，参加图1、3-4可知，所述堆载体实现分层堆载，上层堆载物不挤压下层堆载物，固体堆载体更稳定，实现如水袋等非承压压重物包装体的高压重堆载。

并且，利用本发明的整体式钢结构框架压重堆载体进行静载试验的方法包括如下步骤：

a、确定静载试验点的平面位置，然后以静载试验点为中心处理静载试验地面7，将所述静载试验地基或基础7处理平整、水平，使其承载力能满足所述堆载体的重量；

b、在静载试验地面安装地梁9，地梁能准确找平，方便上部钢梁与钢结构柱牛腿的安装连接；在所述地梁上均匀吊安所述钢结构柱3，并同时安装所述钢梁，所述钢梁与所述牛腿连接；在所述试验点四周预留一定距离作为非钢结构柱支撑地面和检测千斤顶13安装的垂直空间；

c、在两相邻钢结构柱之间的留设间距，方便安装人员安装连接所述钢梁、钢结构柱3；在最下层的对边钢梁各设2个入孔11，以方便检测人员进入；

d、在所述钢梁、钢结构柱3安装完后，在外表面安装钢结构剪刀支撑；

e、用压重物均匀填充钢结构堆载体的内部空间直到满足规范要求的堆载量；

f、安装检测千斤顶13等检测设备并按规范要求进行检测；

g、卸去所述堆载体内的压重物，将所述堆载体整体移动到下一点；

h、重复上述f-g过程直到整个静载试验项目的每个静载点均试验完成；

i、将所述堆载体拆除入库或进入下一个检测项目。

进一步的，在所述步骤a中，在处理静载试验地基或基础时，预埋连接件，所述地梁9可以选为钢结构或钢筋混凝土结构。

以上所述，仅是本发明的具体实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种整体式钢结构框架压重堆载体，其特征在于，包括钢梁和钢结构柱，所述钢梁由水平方向纵横交叉纵梁和横梁构成，所述水平交叉的钢梁连接一层或多层；所述钢结构柱为大截面竖向立柱，其底端钢板或结构板封闭、加固并直接安装在静载基础上，上端封闭或敞开；所述钢结构柱上设一层或多层与钢梁连接的钢结构节点即牛腿，不同方向的牛腿处于不同标高上，所述牛腿用于与水平方向的相互交叉的钢梁相连，在所述堆载体外表面的外侧牛腿处于同一标高，并使水平方向的相互交叉的钢梁在堆载体内外形成一层水平方向网状钢梁结构，其接头处也用螺栓连接；其中最下层的牛腿为倒置牛腿，其设在最下层的梁的上方。

2.根据权利要求1所述的一种整体式钢结构框架压重堆载体，其特征在于，相邻两钢结构柱之间留有间距，方便安装人员安装连接梁、柱；所述钢结构柱底上侧壁并留检查入孔和液体进出通道。

3.根据权利要求1所述的一种整体式钢结构框架压重堆载体，其特征在于，顶层和底层横梁和纵梁均可做成梯子形状的梁以加快安装速度。

4.根据权利要求1所述的一种整体式钢结构框架压重堆载体，其特征在于，所述钢结构柱为一个或两根或多根，并与一层、两层或多层钢梁或钢结构水平板任意组合。

5.根据权利要求1或4中任意一项所述的一种整体式钢结构框架压重堆载体，其特征在于，将所述钢结构柱构造成两根组成一组，两组构成整体结构。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种整体式钢结构框架压重堆载体，其特征在于，在邻近试验点的四周的所述钢结构柱与试验点适当保持一定距离，以减小立柱底的压力影响试验点的检测数据。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种整体式钢结构框架压重堆载体，其特征在于，在堆载体中非密封空间填充固体压重物，在堆载体中密封空间填充液体压重物；其中非密封空间与密封空间的总量大小通过改变立柱的数量任意调整，并且非密封空间安装液体容器后能填充液体。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种整体式钢结构框架压重堆载体，其特征在于，所述钢梁的材质为型钢或钢结构梁；当所述交叉梁受力面平齐时，牛腿设在同一标高上。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种整体式钢结构框架压重堆载体，其特征在于，所述堆载体实现分层堆载，上层堆载物不挤压下层堆载物，固体堆载体更稳定，实现如水袋等非承压压重物包装体的大的高压重堆载。

10.一种利用权利要求1-9中任意一项所述的整体式钢结构框架压重堆载体进行静载试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、确定静载试验点的平面位置，然后以静载试验点为中心处理静载实验地面，将所述静载实验地面处理平整、水平，使其承载力能满足所述堆载体的重量；

b、在静载实验地面安装地梁，地梁能准确找平，方便上部钢梁与钢结构柱牛腿的安装连接；在所述地梁上均匀吊安所述钢结构柱，并同时安装所述钢梁，所述钢梁与所述牛腿连接；在所述试验点四周预留一定距离作为非钢结构柱支撑地面和千斤顶安装的垂直空间；

c、在两相邻钢结构柱之间的留设间距，方便安装人员安装连接所述钢梁、钢结构柱；在最下层的对边的圈梁各设2个入孔，以方便检测人员进入；

d、在所述钢梁、钢结构柱安装完后，在外表面安装钢结构剪刀支撑；

e、用压重物均匀填充钢结构堆载体的内部空间直到满足规范要求的堆载量；

f、安装检测千斤顶等检测设备并按规范要求进行检测；

g、卸去所述堆载体内的压重物，将所述堆载体整体移动到下一点；

h、重复上述f-g过程直到整个静载试验项目的每个静载点均实验完成；

i、将所述堆载体拆除入库或进入下一个检测项目；

其中，在所述步骤a中，在处理静载实验地面时，预埋连接件。