CN111779043A - 用于桩柱间连接性能检测的检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于桩柱间连接性能检测的检测设备及检测方法，其中，检测设备包括平台系统、荷载加载系统和数据系统；平台系统包括加载平台和平台支架，加载平台安装在平台支架的顶部，其通过平台支架水平放置；荷载加载系统安装在放置平台的顶面，并位于两放置通孔之间，荷载加载系统包括液压控制系统、卧式千斤顶、传力柱以及球形铰支座；数据系统包括若干数据采集传感器组和数据接收控制端，若干数据采集传感器组安装在待测桩柱上，并沿着待测桩柱的高度方向依次设置，数据接收控制端不位于加载平台上，其分别与每一位移传感器、每一应变传感器和液压控制系统连接。本发明能够实现装配式桥梁下部结构桩柱间连接性能的检测评定。

Description

用于桩柱间连接性能检测的检测设备及检测方法

技术领域

本发明涉及装配式桥梁施工检测领域，特别涉及一种用于桩柱间连接性能检测的检测设备及检测方法，其具体针对的是“桩柱一体化”工艺的桥梁下部结构。

背景技术

随着近几年国家和地方政策的引导，使得装配式建造技术得到了强劲的发展。桥梁装配式建造技术已经逐渐从上部结构预制拼装逐渐扩大到下部结构。由于桥梁下部结构中的桩、柱往往长达数十米，为了便于预制和运输，往往需要将其预制成多节，运输到现场后进行现场拼接。同时，为了简化现场施工、减少施工后的场地占用面积，将桩柱之间传统的承台连接形式改为焊接连接或者法兰盘连接，即去掉承台结构，将桥梁下部结构设计成“桩柱一体化”。而桥梁在承受上部水平荷载(车辆、温度、地震等)时，会通过焊接连接或者法兰盘连接传递到下部，若是连接质量不过关，将直接影响桥梁结构的安全性。因此，确保桩柱间连接质量是至关重要的。目前，规范针对桩的水平承载能力试验已有明确的要求，但是对于桩柱间连接性能的检测并没有明确的检测方法。基于此，本发明提出一种用于桩柱间连接性能检测的检测设备及检测方法。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种用于桩柱间连接性能检测的检测设备及检测方法，以实现装配式桥梁下部结构桩柱间连接性能的检测评定。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于桩柱间连接性能检测的检测设备，包括平台系统、荷载加载系统和数据系统；所述平台系统包括加载平台和平台支架，所述加载平台安装在平台支架的顶部，其通过所述平台支架水平放置，所述加载平台上间隔开设有两放置通孔，其通过两放置通孔穿设两待测桩柱，所述放置通孔的孔径大于待测桩柱的管径，所述放置平台相对待测桩柱上两桩柱间的连接处靠近待测桩柱的顶部；所述荷载加载系统安装在放置平台的顶面，并位于两放置通孔之间，所述荷载加载系统包括液压控制系统、卧式千斤顶、传力柱以及球形铰支座，所述液压控制系统连接卧式千斤顶，所述卧式千斤顶水平放置，其伸缩方向的两端分别通过所述传力柱和球形铰支座连接一待测桩柱，所述卧式千斤顶产生的顶推力、传力柱和球形铰支座轴线处在同一直线上，该直线经过待测桩柱的中心线；所述数据系统包括若干数据采集传感器组和数据接收控制端，若干数据采集传感器组安装在待测桩柱上，并沿着待测桩柱的高度方向依次设置，且在每一待测桩柱连接处的上下两侧均设置有，每一数据采集传感器组包括两位移传感器和两应变传感器，每一数据采集传感器组中的所有传感器位于两待测桩柱的同一高度处，每一待测桩柱的同一高度处设置一数据采集传感器组中的一个位移传感器和一个应变传感器，该一个位移传感器和一个应变传感器分设在待测桩柱的相对两侧，且位于所述卧式千斤顶产生的顶推力和待测桩柱的中心线所组成的平面内，所述数据接收控制端不位于加载平台上，其分别与每一位移传感器、每一应变传感器和液压控制系统连接。

进一步地，所述平台支架采用钢管搭设。

进一步地，所述加载平台的顶面距离待测桩柱顶部1m。

进一步地，靠近待测桩柱连接处的相邻两数据采集传感器组之间的竖直间距小于远离待测桩柱连接处的相邻两数据采集传感器组之间的竖直间距。

此外，本发明还提出一种用于桩柱间连接性能检测的检测方法，其采用上述的用于桩柱间连接性能检测的检测设备，所述检测方法包括如下步骤：

(1)在待测桩柱周围地面开挖，使桩柱间的连接处露出1m以上；

(2)在距离待测桩柱桩顶位置1m处搭设加载平台和平台支架，加载平台顶面保证水平；

(3)将待测桩柱外表面打磨处理，并按一定间距做好标记；

(4)在标记处安装位移传感器和应变传感器，在距离桩柱间连接处1m范围内加密传感器布置，且该范围内的相邻两传感器之间的最大竖直间距不应大于0.5m，然后将各个传感器和数据接收控制端用线连接；

(5)在加载平台上安装卧式千斤顶、传力柱和球形铰支座；

(6)根据待测桩柱的预估极限承载力对试验荷载进行分级，确定出每级荷载的增量，该预估极限承载力为待测桩柱的水平极限承载力；

(7)将卧式千斤顶热机5min；

(8)卧式千斤顶采用慢速维持荷载法对待测桩柱施加荷载，并在每级荷载施加后且位移传感器检测到待测桩柱位移稳定后采集位移和应变数据，采集到的位移和应变数据传递至数据接收控制端；

(9)卸载；

(10)在数据接收控制端对所采集的数据进行整合，根据整合的信息对待测桩柱间的连接性能进行评定。

进一步地，在步骤(6)中，预估极限承载力为设计荷载的1.5倍，试验时每级荷载取最大加载量为预估极限承载力的1/10。

进一步地，在步骤(8)中，每级荷载施加后，分别按第5min、15min、30min、45min、60min测读水平位移，以后每隔30min测读一次水平位移；每级荷载施加后待测桩柱位移稳定判定的标准为：从分级荷载施加后第30min开始，每30min测得的桩顶的水平位移不超过0.1mm，连续出现三次，即判定待测桩柱水平位移稳定；当桩顶位移速率达到上述标准时，可施加下一级荷载。

进一步地，在步骤(8)中，当出现下列情况之一时，即可终止加载：

1)桩身折断；

2)待测桩柱的水平位移超过40mm时；

3)所加的水平荷载已超过由水平荷载-时间-桩顶水平位移(H-t-Y₀)曲线或水平荷载一位移梯度(H-ΔY₀/ΔH)曲线所确定的极限荷载；

4)待测桩柱的水平位移达到设计要求的水平位移允许值。

进一步地，在步骤(9)中，卸载时，按加载等级的每级荷载的两倍进行分级卸载，每级荷载应维持1h，分别按第15、30、60min测读水平位移后，即可卸下一级荷载；卸载至零后，应测读残余位移量，测读持续时间不得少于3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min测读一次残余位移量。

进一步地，在步骤(10)中，待测桩柱间的连接性能评定方法如下：

1)在加载到最大试验荷载的过程中，若桩柱间的连接处出现明显断裂、弯折等情况，即可直接评定待测桩柱间的连接质量不合格；

2)若无出现1)中的情况，则桩柱间的连接性能通过如下方法判断：

a)获取每级荷载下水平位移稳定时，各标记处的位移数据和应变数据；

b)对于某一级荷载下的数据，取同一高度处两待测桩柱上的位移数据进行平均作为该高度处的位移值，取同一高度处两待测桩柱上的应变数据进行平均作为该高度处的应变值；

c)对不同高度的位移值在高度上进行差分，从而获得位移沿桩柱高度分布的差分离散点，或者，对不同高度的应变值在高度上进行差分，从而获得应变沿桩柱高度分布的差分离散点；其中，每个差分离散点的位移或者应变的差分值的计算如下：

式(1)中，c_i表示第i点的位移或者应变的差分值，d_i表示第i点位移值或者应变值，h_i表示第i点离地面的高度，i＝1,2,3…；

d)对差分值c_i进行多项式拟合，得到一条基于位移的差分曲线或者基于应变的差分曲线，根据所得差分曲线的平顺情况判定桩柱间的连接性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提出的用于桩柱间连接性能检测的检测设备，只需要在常规桩的水平承载能力试验所使用的仪器的基础上增加加载平台和部分测点布置，其采用的慢速维持荷载法也与常规桩柱检测加载方法一致，便于检测人员掌握；

(2)本发明提出的用于桩柱间连接性能检测的检测方法，该检测方法能够检测桩柱间连接性能，其具有计算简单、结果清晰明了的优点，且方便检测人员掌握。

附图说明

图1是本发明检测设备的布置图；

图2是待测桩柱间连接处完好时的差分曲线图；

图3是待测桩柱间连接处有缺陷时的差分曲线图。

主要元件符号说明

图中：加载平台1、平台支架2、卧式千斤顶3、传力柱4、球形铰支座5、位移传感器6、应变传感器7、数据接收控制端8、待测桩柱9、焊接连接10、法兰连接11。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，在本发明的一种较佳实施方式中，一种用于桩柱间连接性能检测的检测设备，包括平台系统、荷载加载系统和数据系统。

所述平台系统包括加载平台1和平台支架2，所述加载平台1安装在平台支架2的顶部，其通过所述平台支架2水平放置，所述加载平台1上间隔开设有两放置通孔，其通过两放置通孔穿设两待测桩柱9，所述放置通孔的孔径大于待测桩柱9的管径，以使得加载平台1与桩柱间留有足够的空隙，便于桩柱加载后有足够的变形，所述放置平台相对待测桩柱9上两桩柱间的连接处靠近待测桩柱9的顶部，具体使所述加载平台1的顶面距离待测桩柱9顶部1m。在本实施例中，所述平台支架2采用钢管搭设。

所述荷载加载系统安装在放置平台的顶面，并位于两放置通孔之间，所述荷载加载系统包括液压控制系统、卧式千斤顶3、传力柱4以及球形铰支座5，所述液压控制系统连接卧式千斤顶3，以通过液压控制系统控制卧式千斤顶3的顶推力，所述卧式千斤顶3水平放置，其伸缩方向的两端分别通过所述传力柱4和球形铰支座5连接一待测桩柱9，以将顶推力传递至待测桩柱9上，所述卧式千斤顶3产生的顶推力、传力柱4和球形铰支座5轴线处在同一直线上，该直线经过待测桩柱9的中心线。在本实施例中，卧式千斤顶3的量程应大于桩柱水平允许变形总量。

所述数据系统包括若干数据采集传感器组和数据接收控制端8，若干数据采集传感器组安装在待测桩柱9上，并沿着待测桩柱9的高度方向依次设置，且在每一待测桩柱9连接处的上下两侧均设置有，每一数据采集传感器组包括两位移传感器6和两应变传感器7，每一数据采集传感器组中的所有传感器位于两待测桩柱9的同一高度处，每一待测桩柱9的同一高度处设置一数据采集传感器组中的一个位移传感器6和一个应变传感器7，该一个位移传感器6和一个应变传感器7分设在待测桩柱9的相对两侧，且位于所述卧式千斤顶3产生的顶推力和待测桩柱9的中心线所组成的平面内，所述数据接收控制端8不位于加载平台1上，其分别与每一位移传感器6、每一应变传感器7和液压控制系统连接，所述位移传感器6用于检测待测桩柱9受到卧式千斤顶3的顶推力时水平方向上的位移变化情况，应变传感器7则用于检测待测桩柱9受到卧式千斤顶3的顶推力时产生的应变情况。进一步地，靠近待测桩柱9连接处的相邻两数据采集传感器组之间的竖直间距小于远离待测桩柱9连接处的相邻两数据采集传感器组之间的竖直间距，以便于准确获知连接处的位移变化和应变情况。

此外，基于上述用于桩柱间连接性能检测的检测设备，本发明还提出一种用于桩柱间连接性能检测的检测方法，所述检测方法包括如下步骤：

(1)在待测桩柱9周围地面开挖，使桩柱间的连接处(连接处实际上采用焊接连接10或者法兰连接11)露出1m以上。

(2)在距离待测桩柱9桩顶位置1m处搭设加载平台1和平台支架2，加载平台1顶面保证水平。

(3)将待测桩柱9外表面打磨处理，并按一定间距做好标记。

(4)在标记处安装位移传感器6和应变传感器7，在距离桩柱间连接处1m范围内加密传感器布置，且该范围内的相邻两传感器之间的最大竖直间距不应大于0.5m，然后将各个传感器和数据接收控制端8用线连接。

(5)在加载平台1上安装卧式千斤顶3、传力柱4和球形铰支座5。

(6)根据待测桩柱的预估极限承载力对试验荷载进行分级，确定出每级荷载的增量，该预估极限承载力为待测桩柱的水平极限承载力(也为待测桩柱设计水平最大推力值)；在本发明中，预估极限承载力为设计荷载的1.5倍，试验时每级荷载取最大加载量为预估极限承载力的1/10。

(7)将卧式千斤顶3热机5min。

(8)卧式千斤顶3采用慢速维持荷载法对待测桩柱9施加荷载，并在每级荷载施加后且位移传感器6检测到待测桩柱9位移稳定后采集位移和应变数据，采集到的位移和应变数据传递至数据接收控制端8。在本发明中，采集位移和应变数据是逐级施加荷载进行的，在采集位移和应变数据时，每级荷载施加后，分别按第5min、15min、30min、45min、60min测读水平位移，以后每隔30min测读一次水平位移；每级荷载施加后待测桩柱9位移稳定判定的标准为：从分级荷载施加后第30min开始，每30min测得的桩顶的水平位移不超过0.1mm，连续出现三次，即判定待测桩柱9水平位移稳定；当桩顶位移速率达到上述标准时，可施加下一级荷载。

需要说明的是，在加载过程，当出现下列情况之一时，即可终止加载：

1)桩身折断；

2)待测桩柱9的水平位移超过40mm时；

3)所加的水平荷载已超过由水平荷载-时间-桩顶水平位移(H-t-Y₀)曲线或水平荷载一位移梯度(H-ΔY₀/ΔH)曲线所确定的极限荷载；

4)待测桩柱9的水平位移达到设计要求的水平位移允许值。

(9)卸载；具体的，卸载时，按加载等级的每级荷载的两倍进行分级卸载，每级荷载应维持1h，分别按第15、30、60min测读水平位移后，即可卸下一级荷载；卸载至零后，应测读残余位移量，测读持续时间不得少于3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min测读一次残余位移量。

(10)在数据接收控制端8对所采集的数据进行整合，根据整合的信息对待测桩柱9间的连接性能进行评定；具体的，待测桩柱9间的连接性能评定方法如下：

1)在加载到最大试验荷载的过程中，若桩柱间的连接处出现明显断裂、弯折等情况，即可直接评定待测桩柱9间的连接质量不合格；

2)若无出现1)中的情况，则桩柱间的连接性能通过如下方法判断：

a)获取每级荷载下水平位移稳定时，各标记处的位移数据和应变数据；

b)对于某一级荷载下的数据，取同一高度处两待测桩柱9上的位移数据进行平均作为该高度处的位移值，取同一高度处两待测桩柱9上的应变数据进行平均作为该高度处的应变值；

c)对不同高度的位移值在高度上进行差分，从而获得位移沿桩柱高度分布的差分离散点，或者，对不同高度的应变值在高度上进行差分，从而获得应变沿桩柱高度分布的差分离散点；其中，每个差分离散点的位移或者应变的差分值的计算如下：

式(1)中，c_i表示第i点的位移或者应变的差分值，d_i表示第i点位移值或者应变值，h_i表示第i点离地面的高度，i＝1,2,3…；

d)对差分值c_i进行多项式拟合，得到一条基于位移的差分曲线或者基于应变的差分曲线，根据所得差分曲线的平顺情况判定桩柱间的连接性能，例如，图2和图3所示的差分曲线图，其中，图2是待测桩柱9间连接处完好时的差分曲线图，图3是待测桩柱9间连接处有缺陷时的差分曲线图，从图2和图3可知，图2的差分曲线平滑无折角，图3的差分曲线在连接处以下的第一个差分离散点处产生了折角，也说明图3所测的待测桩柱9的连接是有缺陷的。

综上可知，本发明所提供的检测方法能够检测桩柱间的连接性能，且检测方法简单、易操作，实用性较好。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种用于桩柱间连接性能检测的检测设备，其特征在于：包括平台系统、荷载加载系统和数据系统；所述平台系统包括加载平台和平台支架，所述加载平台安装在平台支架的顶部，其通过所述平台支架水平放置，所述加载平台上间隔开设有两放置通孔，其通过两放置通孔穿设两待测桩柱，所述放置通孔的孔径大于待测桩柱的管径，所述放置平台相对待测桩柱上两桩柱间的连接处靠近待测桩柱的顶部；所述荷载加载系统安装在放置平台的顶面，并位于两放置通孔之间，所述荷载加载系统包括液压控制系统、卧式千斤顶、传力柱以及球形铰支座，所述液压控制系统连接卧式千斤顶，所述卧式千斤顶水平放置，其伸缩方向的两端分别通过所述传力柱和球形铰支座连接一待测桩柱，所述卧式千斤顶产生的顶推力、传力柱和球形铰支座轴线处在同一直线上，该直线经过待测桩柱的中心线；所述数据系统包括若干数据采集传感器组和数据接收控制端，若干数据采集传感器组安装在待测桩柱上，并沿着待测桩柱的高度方向依次设置，且在每一待测桩柱连接处的上下两侧均设置有，每一数据采集传感器组包括两位移传感器和两应变传感器，每一数据采集传感器组中的所有传感器位于两待测桩柱的同一高度处，每一待测桩柱的同一高度处设置一数据采集传感器组中的一个位移传感器和一个应变传感器，该一个位移传感器和一个应变传感器分设在待测桩柱的相对两侧，且位于所述卧式千斤顶产生的顶推力和待测桩柱的中心线所组成的平面内，所述数据接收控制端不位于加载平台上，其分别与每一位移传感器、每一应变传感器和液压控制系统连接。

2.如权利要求1所述的用于桩柱间连接性能检测的检测设备，其特征在于：所述平台支架采用钢管搭设。

3.如权利要求1所述的用于桩柱间连接性能检测的检测设备，其特征在于：所述加载平台的顶面距离待测桩柱顶部1m。

4.如权利要求1所述的用于桩柱间连接性能检测的检测设备，其特征在于：靠近待测桩柱连接处的相邻两数据采集传感器组之间的竖直间距小于远离待测桩柱连接处的相邻两数据采集传感器组之间的竖直间距。

5.一种用于桩柱间连接性能检测的检测方法，其采用如权利要求1所述的用于桩柱间连接性能检测的检测设备，其特征在于：所述检测方法包括如下步骤：

(1)在待测桩柱周围地面开挖，使桩柱间的连接处露出1m以上；

(2)在距离待测桩柱桩顶位置1m处搭设加载平台和平台支架，加载平台顶面保证水平；

(3)将待测桩柱外表面打磨处理，并按一定间距做好标记；

(4)在标记处安装位移传感器和应变传感器，在距离桩柱间连接处1m范围内加密传感器布置，且该范围内的相邻两传感器之间的最大竖直间距不应大于0.5m，然后将各个传感器和数据接收控制端用线连接；

(5)在加载平台上安装卧式千斤顶、传力柱和球形铰支座；

(6)根据待测桩柱的预估极限承载力对试验荷载进行分级，确定出每级荷载的增量，该预估极限承载力为待测桩柱的水平极限承载力；

(7)将卧式千斤顶热机5min；

(8)卧式千斤顶采用慢速维持荷载法对待测桩柱施加荷载，并在每级荷载施加后且位移传感器检测到待测桩柱位移稳定后采集位移和应变数据，采集到的位移和应变数据传递至数据接收控制端；

(9)卸载；

(10)在数据接收控制端对所采集的数据进行整合，根据整合的信息对待测桩柱间的连接性能进行评定。

6.如权利要求5所述的一种用于桩柱间连接性能检测的检测方法，其特征在于：在步骤(6)中，预估极限承载力为设计荷载的1.5倍，试验时每级荷载取最大加载量为预估极限承载力的1/10。

7.如权利要求5所述的一种用于桩柱间连接性能检测的检测方法，其特征在于：在步骤(8)中，每级荷载施加后，分别按第5min、15min、30min、45min、60min测读水平位移，以后每隔30min测读一次水平位移；每级荷载施加后待测桩柱位移稳定判定的标准为：从分级荷载施加后第30min开始，每30min测得的桩顶的水平位移不超过0.1mm，连续出现三次，即判定待测桩柱水平位移稳定；当桩顶位移速率达到上述标准时，可施加下一级荷载。

8.如权利要求5所述的一种用于桩柱间连接性能检测的检测方法，其特征在于：在步骤(8)中，当出现下列情况之一时，即可终止加载：

1)桩身折断；

2)待测桩柱的水平位移超过40mm时；

3)所加的水平荷载已超过由水平荷载-时间-桩顶水平位移(H-t-Y₀)曲线或水平荷载一位移梯度(H-ΔY₀/ΔH)曲线所确定的极限荷载；

4)待测桩柱的水平位移达到设计要求的水平位移允许值。

9.如权利要求5所述的一种用于桩柱间连接性能检测的检测方法，其特征在于：在步骤(9)中，卸载时，按加载等级的每级荷载的两倍进行分级卸载，每级荷载应维持1h，分别按第15、30、60min测读水平位移后，即可卸下一级荷载；卸载至零后，应测读残余位移量，测读持续时间不得少于3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min测读一次残余位移量。

10.如权利要求5所述的一种用于桩柱间连接性能检测的检测方法，其特征在于：在步骤(10)中，待测桩柱间的连接性能评定方法如下：

1)在加载到最大试验荷载的过程中，若桩柱间的连接处出现明显断裂、弯折等情况，即可直接评定待测桩柱间的连接质量不合格；

2)若无出现1)中的情况，则桩柱间的连接性能通过如下方法判断：

a)获取每级荷载下水平位移稳定时，各标记处的位移数据和应变数据；

b)对于某一级荷载下的数据，取同一高度处两待测桩柱上的位移数据进行平均作为该高度处的位移值，取同一高度处两待测桩柱上的应变数据进行平均作为该高度处的应变值；

c)对不同高度的位移值在高度上进行差分，从而获得位移沿桩柱高度分布的差分离散点，或者，对不同高度的应变值在高度上进行差分，从而获得应变沿桩柱高度分布的差分离散点；其中，每个差分离散点的位移或者应变的差分值的计算如下：

式(1)中，c_i表示第i点的位移或者应变的差分值，d_i表示第i点位移值或者应变值，h_i表示第i点离地面的高度，i＝1,2,3…；

d)对差分值c_i进行多项式拟合，得到一条基于位移的差分曲线或者基于应变的差分曲线，根据所得差分曲线的平顺情况判定桩柱间的连接性能。

Images