CN110387911A - 一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法，包括如下步骤，以比尺效应作为根据，确立相应的模型试验箱尺寸和钢管桩模型尺寸以及相应的物理力学材料参数取值，根据上述的模型试验箱尺寸和钢管桩模型尺寸以及物理力学材料参数取值，采用3D打印装置进行钢管桩模型制作，然后制作模型试验箱，所述模型试验箱的四面由透明有机玻璃组成，且顶面为开口设计，所述模型试验箱的内部底面中线位置设有定位条；本发明采用小比尺模型试验的方法，可以较为准确的得出钢管桩作为围护结构时受力性能，以此得到钢管桩作为围护结构时的力学性态，为钢管桩以后在工程实际中作为围护结构进行应用积累理论基础。
Description
技术领域
本发明属于技术地下工程试验领域，具体涉及一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法。
背景技术
在实际工程中，采用钢管桩作为围护结构时，钢管桩的受力性能尤为关键，使用了过多的钢管桩则会导致工程的预算成本增加，而采用了过少的钢管桩，钢管桩则会出现过度受力的情况，从而造成钢管桩的围护结构发生形变和侧倾甚至崩塌，因此在实际使用中，钢管桩的受力性能尤为关键，为此我们提出一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法，包括如下步骤：
A、以比尺效应作为根据，确立相应的模型试验箱尺寸和钢管桩模型尺寸以及相应的物理力学材料参数取值；
B、根据上述的模型试验箱尺寸和钢管桩模型尺寸以及物理力学材料参数取值，采用3D打印装置进行钢管桩模型制作，然后制作模型试验箱，所述模型试验箱的四面由透明有机玻璃组成，且顶面为开口设计，所述模型试验箱的内部底面中线位置设有定位条；
C、在所述钢管桩模型内等距的安装多个应变片和土压力盒，用于后续试验中测得钢管桩的变形以及桩侧土压力的变化，应变片和土压力盒数量由试验实际尺寸和精度要求所确定；
D、将安装有多个应变片和土压力盒的所述钢管桩模型插入到所述模型试验箱内侧的钢管桩定位条中，该钢管桩定位条的主要作用是定位钢管桩模型在模型试验箱中的位置，便于后续填土操作，在所述模型试验箱的一侧的顶部开设用于安装可拆卸玻璃的开口，并在所述开口内安装三个可拆卸玻璃，且所述可拆卸玻璃从上至下依次为可拆卸玻璃1和可拆卸玻璃2以及可拆卸玻璃3，便于后续土体开挖，在所述模型试验箱模型的内部前后两面分别设置对称安装两个L型钢架，用于放置支撑板模拟开挖后的支撑效应；
E、然后向所述钢管桩模型内进行填土操作，沿所述钢管桩模型的两侧填土，填土的高度与所述钢管桩模型顶部齐平，同时读取所述钢管桩模型内的应变片和土压力盒的测试数据；
F、填土结束后开始进行开挖作业，土体从所述模型试验箱上部开口进行挖取，当挖至第一道L型钢架时，取下可拆卸玻璃1，并将支撑板放置于所述第一道L型钢架上以模拟支撑效应，第一层开挖完成后，读取所述钢管桩模型内的应变片和土压力盒的测试数据；
G、取下可拆卸玻璃2和可拆卸玻璃3来进行第二层土体和第三层土体的挖取，并在第二层土体开挖完成后，将支撑板放置于第二道L型钢架上，在第二层和第三层土体开挖完成后，分别读取所述钢管桩模型内侧的应变片和土压力盒的测试数据；
H、通过整理上述的应变片和土压力盒试验数据，得到所述钢管桩模型的侧向变形曲线以及桩周土压力的变化，由此分析得到钢管桩作为围护结构时的力学性态。
优选的，所述步骤A中的比尺效应又称缩尺影响。
优选的，所述步骤D中，两个所述L型钢架从上至下依次为第一道L型钢架和第二道L型钢架。
优选的，所述填土和土体中的土可为砂土或者黏土。
优选的，所述模型试验箱尺寸的高度大于所述钢管桩模型的长度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用小比尺模型试验的方法，便于对钢管桩的力学性能展开模拟和分析，可以较为准确的得出钢管桩作为围护结构时受力性能，以此得到钢管桩作为围护结构时的力学性态，为钢管桩以后在工程实际中作为围护结构进行应用积累理论基础。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明钢管桩模型的结构示意图；
图2为本发明的钢管桩模型放置示意图；
图3为本发明的填土步骤示意图；
图4为本发明的开挖第一层土体示意图；
图5为本发明的开挖第二层土体示意图；
图6为本发明的开挖第三层土体示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-图6，本发明提供一种技术方案：一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法，包括如下步骤：
A、以比尺效应作为根据，确立相应的模型试验箱尺寸和钢管桩模型尺寸以及相应的物理力学材料参数取值，模型试验箱尺寸的高度大于所述钢管桩模型的长度；
B、根据上述的模型试验箱尺寸和钢管桩模型尺寸以及物理力学材料参数取值，采用3D打印装置进行钢管桩模型制作，然后制作模型试验箱，所述模型试验箱的四面由透明有机玻璃组成，且顶面为开口设计，便于后续的取土，所述模型试验箱的内部底面中线位置设有钢管桩定位条；
C、在所述钢管桩模型内等距的安装多个应变片和土压力盒，应变片和土压力盒的个数由钢管桩模型的长度决定，若钢管桩模型的长度较长则装设较多的应变片和土压力盒，以便于读取数据，反之可减少应变片和土压力盒的个数；
D、将安装有多个应变片和土压力盒的所述钢管桩模型插入到所述模型试验箱内侧的所述钢管桩定位条中，如图2所示，在所述模型试验箱的一侧的顶部开设用于安装可拆卸玻璃的开口，并在所述开口内安装三个可拆卸玻璃，且所述可拆卸玻璃从上至下依次为可拆卸玻璃1和可拆卸玻璃2以及可拆卸玻璃3，在所述模型试验箱模型的内部前后两面分别设置对称安装两个L型钢架，两个所述L型钢架从上至下依次为第一道L型钢架和第二道L型钢架，用于放置支撑板模拟开挖后的支撑效应；
E、然后向所述钢管桩模型内进行填土操作，如图3所示，填土采用的土可根据实际工程环境中的土而选择，若实际工程环境中的土为砂土，则填充砂土，若实际工程环境中的土为黏土，则填充黏土，沿所述钢管桩模型的两侧填土，填土的高度与所述钢管桩模型顶部齐平，同时读取所述钢管桩模型内的应变片和土压力盒的测试数据；
F、填土结束后开始进行开挖作业，土体从所述模型试验箱上部开口进行挖取，当挖至第一道L型钢架时，取下可拆卸玻璃1，并将支撑板放置于所述第一道L型钢架上以模拟支撑效应，如图4所示，第一层开挖完成后，读取所述钢管桩模型内的应变片和土压力盒的测试数据；
G、取下可拆卸玻璃2和可拆卸玻璃3来进行第二层土体和第三层土体的挖取，并在第二层土体开挖完成后，将支撑板放置于第二道L型钢架上，如图5和图6所示，在第二层和第三层土体开挖完成后，分别读取所述钢管桩模型内侧的应变片和土压力盒的测试数据；
H、通过整理上述的应变片和土压力盒试验数据，得到所述钢管桩模型的侧向变形曲线以及桩周土压力的变化，由此分析得到钢管桩作为围护结构时的力学性态。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、以比尺效应作为根据，确立相应的模型试验箱尺寸和钢管桩模型尺寸以及相应的物理力学材料参数取值；
B、根据上述的模型试验箱尺寸和钢管桩模型尺寸以及物理力学材料参数取值，采用3D打印装置进行钢管桩模型制作，然后制作模型试验箱，所述模型试验箱的四面由透明有机玻璃组成，且顶面为开口设计，所述模型试验箱的内部底面中线位置设有钢管桩定位条；
C、在所述钢管桩模型内等距的安装多个应变片和土压力盒；
D、将安装有多个应变片和土压力盒的所述钢管桩模型插入到所述模型试验箱内侧的所述钢管桩定位条中，在所述模型试验箱的一侧的顶部开设用于安装可拆卸玻璃的开口，并在所述开口内安装三个可拆卸玻璃，且所述可拆卸玻璃从上至下依次为可拆卸玻璃1和可拆卸玻璃2以及可拆卸玻璃3，在所述模型试验箱模型的内部前后两面分别设置对称安装两个L型钢架，用于放置支撑板模拟开挖后的支撑效应；
E、然后向所述钢管桩模型内进行填土操作，沿所述钢管桩模型的两侧填土，填土的高度与所述钢管桩模型顶部齐平，同时读取所述钢管桩模型内的应变片和土压力盒的测试数据；
F、填土结束后开始进行开挖作业，土体从所述模型试验箱上部开口进行挖取，当挖至第一道L型钢架时，取下可拆卸玻璃1，并将支撑板放置于所述第一道L型钢架上以模拟支撑效应，第一层开挖完成后，读取所述钢管桩模型内的应变片和土压力盒的测试数据；
G、取下可拆卸玻璃2和可拆卸玻璃3来进行第二层土体和第三层土体的挖取，并在第二层土体开挖完成后，将支撑板放置于第二道L型钢架上，在第二层和第三层土体开挖完成后，分别读取所述钢管桩模型内侧的应变片和土压力盒的测试数据；
H、通过整理上述的应变片和土压力盒试验数据，得到所述钢管桩模型的侧向变形曲线以及桩周土压力的变化，由此分析得到钢管桩作为围护结构时的力学性态。
2.根据权利要求1所述的一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法，其特征在于：所述步骤A中的比尺效应又称缩尺影响。
3.根据权利要求1所述的一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法，其特征在于：所述步骤D中，两个所述L型钢架从上至下依次为第一道L型钢架和第二道L型钢架。
4.根据权利要求1所述的一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法，其特征在于：所述填土和土体中的土可为砂土或者黏土。
5.根据权利要求1所述的一种模拟钢管桩围护结构受力性能的模型试验方法，其特征在于：所述模型试验箱尺寸的高度大于所述钢管桩模型的长度。
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