CN206385579U - 整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置 - Google Patents

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黄福云
程俊峰
庄舟
庄一舟
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本实用新型提供一种整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置,其中整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置,其特征在于:包括模型箱、竖直固定设在模型箱内的混凝土桩和位于混凝土桩上方的桥台,所述混凝土桩表面垂直连接尼龙绳的一端,所述尼龙绳的另一端伸出模型箱体外,所述混凝土桩朝向和相背于尼龙绳的一侧表面自上而下间隔布设有应变片,相邻两应变片之间设有土压力盒,所述模型箱内且位于混凝土桩与桥台外围设有填土,所述尼龙绳位于模型箱外部的位置设有位移计。本实用新型以此获得整体式桥台台后土压力变化与分布规律,桩土相互作用及其对支撑上部桥台结构的受力影响更真实,更加接近实际情况,进而为整体式桥台‑桩基‑土受力分析提高一定的数据支持。

Description

整体式桥台、桩基与土相互作用拟静力试验测量装置
[0001]
技术领域:
[0002] 本实用新型涉及一种整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置。
[0003]
背景技术:
[0004] 目前我国使用较多的桥梁之一为简支梁,简支梁虽然结构受力稳定,但随着时间 的累积而使其伸缩缝装置易损坏而使其易发生桥头跳车想象,施工工序复杂,支座易老化 等特点;其次,伸缩缝装置与支座更换的不易和所需费用较昂贵;随着工程技术的不断完 善,一种新型整体式桥台桥梁应运而生;相比简支梁桥而言,因其施工简便,节约桥梁生命 周期的维护费用,整体性能好,提高行车质量等特点而深受工程师的青睐;但整体式桥台桥 梁因其结构受力复杂而不能在我国大量普及使用,现有的整体式桥台桥梁的建设还没有确 切可行的理论指导,只凭借工程师自身的经验、不断总结、不断观察、不断实验地进行设计; 整体式桥台桥梁的概念不是从本质上改变上部结构受季节性温差产生变形和内力的物理 性质,而是在位移量的大小以及位移导致桥台后填土压力变化等问题上与非整体式桥梁 (设置伸缩装置桥梁)有所区别此外,土壤的响应还是粧基(桥台)变形的非线性作用;问题 主要是复杂的土与结构相互间的力学作用以及桥台与周围土的相对位移关系。而以往学者 的研究局限于理论分析以及数值模拟,缺乏试验的验证,现场原型试验研究是整体式桥台-粧基-土相互作用问题中最有意义的。但是由于人力、物力、财力以及时间等因素,现场原型 试验往往不能实现。为了进一步的了解整体式桥台-粧基-土相互作用的工作机理,进行该 模型试验显得十分必要,为理论分析以及数值模拟的合理性和可靠性提供参考依据。整体 式桥台-粧基-土相互作用是指上部结构在温度循环作用下会迫使桥台、粧基结构与粧周 土、台后土之间的相互作用,主要依靠柔性粧与土两者相互作用,台后填土变形受力等两大 类作用来吸纳桥梁上部的变形与位移,故研究整体式桥台-粧基构件中台后土压力变化及 分布规律与粧-土相互作用是解决整体式桥台桥梁关键性问题。常规的研究方法是将桥台、 粧二者分别分析,现有桥台后土压力测量技术原理是通过量测台后表面布设的土压力盒值 直接得出台后土压力变化及分布,而未考虑桥台变形、转角与位移等因素对台后的土压力 的影响;现有粧土相互作用主要是通过P-γ曲线来体现二者的相互作用,常规的P-γ曲线测 量技术原理是通过测量粧身测试截面处的拉应变和压应变得到粧身弯矩,再通过弯矩求得 粧身挠度和粧侧土压力;同时将两者分别研究对基于柔性粧基的整体式桥台的研究并不精 确。
[0005] 然而,在整体式桥台-粧基-土相互作用拟静力模型试验中,在粧基部分由这种技 术得到的粧侧位移和土反力无法考虑到粧体抗弯刚度弯矩、粧截面形状、粧顶约束边界条 件的影响,通过理论求导或积分得到结果,往往与实际结果不符,对工程实际应用造成极大 的不便。在桥台部分不能较准确的反应台后土压力变化与分布及桥台位移、转角对其的影 响。
[0006]
发明内容:
[0007] 本实用新型的目的在于提供一种整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量 装置,该整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置可以有效的解决测量不准、测 量内容不全等一系列问题,进而得出台后填土土压力变化及分布,粧身土抗力,弯矩等参数 值。
[0008] 本实用新型整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置,其特征在于:包 括模型箱、竖直固定设在模型箱内的混凝土粧和位于混凝土粧上方的桥台,所述混凝土粧 表面垂直连接尼龙绳的一端,所述尼龙绳的另一端伸出模型箱体外,所述混凝土粧朝向和 相背于尼龙绳的一侧表面自上而下间隔布设有应变片,相邻两应变片之间设有土压力盒, 所述模型箱内且位于混凝土粧与桥台外围设有填土,所述尼龙绳位于模型箱外部的位置设 有位移计。
[0009] 进一步的,上述尼龙绳的外围套设有第一不锈钢管,所述第一不锈钢管的外端外 围套设有第二不锈钢管。
[0010] 进一步的,上述桥台周边的土壤中设有土压力盒。
[0011] 进一步的,上述桥台和混凝土粧的上部位置设有倾角仪。
[0012] 进一步的,上述应变片、土压力盒和倾角仪通过导电连接线连接采集箱。
[0013] 进一步的,上述土压力盒安装在混凝土粧表面的凹坑内,并用热熔胶固接,所述土 压力盒的表面设有薄铁片以均匀压力。
[0014] 本实用新型整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置的安装方法:
[0015] (1)根据试验要求,确定模型箱和整体式桥台-粧基构件之间的距离,从而得到尼 龙线7和第一不锈钢管8、第二不锈钢管9的长度,尼龙线7和不锈钢管的长度应稍大于模型 箱1至混凝土粧3或桥台的距离10~20cm,尼龙线7比不锈钢管组(8与9)略长2〜3cm,第一不锈 钢管8的直径约为10mm,第一不锈钢管8直径应比第二不锈钢管9直径小l~2cm,长度约为 30cm;
[0016] (2)根据实验要求,为更好地测量构件的位移与应变,限于试验器材数量的限制, 一般取200~300mm间距布置系有尼龙线7的位移计11与应变片6,同时为方便起见,在两相邻 应变片之间安装土压力盒12,在安装之前,将其与薄铁片13粘结一起;本实用新型中可取圆 柱形混凝土粧3直径115mm,高度2.9米,桥台高度1米,桥台的横截面为矩形,其长、宽为66厘 米和56厘米。
[0017] (3)将打磨机打磨试件测试点打磨平整,在第一不锈钢管8、第二不锈钢管9外壁涂 抹润滑剂10并将两管连接组成不锈钢管组件,将整体桥粧桥台-粧基构件表面按规定的位 置贴应变片6、连接尼龙线7及安装粧基部分的土压力盒12,再将整个构件放入模型箱1中, 粧2底在模型箱1底部固定;
[0018] (4)待构件安装好后,往模型箱1中填土 2,一次填土层厚度为20cm,用铁砖压实,在 粧基部分填土压实的过程中,将尼龙线7、第一不锈钢管8、第二不锈钢管9水平连接并贯穿 模型箱1,外与位移计11相连,每压实到系尼龙线7与粧3连接处先安装不锈钢管组件,并将 不锈钢管与土体一起穷实;
[0019] (5)重复(4)中的步骤,待到填土2填到桥台4底部水平面时,在与桥台4背对面上、 下中心线各安装一个倾角仪14,桥台4背对面每隔250mm安装应变片6与位移计11;在其台后 表面预留土压力孔子安装土压力盒12并用热熔胶15在其边缘固定;待前者完成后,进行台4 后填土 2并按每隔20cm分层压实,在土中按预先确定的位置安装粘结有薄铁片13的土压力 盒12,直到填土 2与搭板5顶面齐平。
[0020] (6)进行试验数据采集。
[0021] 本实用新型整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置在工作时,通过 推动桥台上部,使桥台、混凝土粧发生位移,从位移计即可读取位移量,从应变片和土压力 盒获得应变量值和压力值,以此获得整体式桥台台后土压力变化与分布规律,粧土相互作 用及其对支撑上部桥台结构的受力影响更真实,更加接近实际情况,进而为整体式桥台-粧 基-土受力分析提高一定的数据支持。
[0022]
附图说明:
[0023]图1为本实用新型实例结构立面不意图;
[0024] 图2为本实用新型混凝土粧和桥台连接的左、右示意图;
[0025] 图3是图2的A-A剖面图;
[0026] 其中:1 一模型箱;2—填土; 3—混凝土粧;4一桥台;5—搭板;6—应变片;7—尼龙 线;8—第一不锈钢管;9一第二不锈钢管B; 10—润滑剂;11一位移计;12—土压力盒;13—薄 铁片;14一倾角仪;15—热熔胶。
[0027]
具体实施方式:
[0028] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
[0029] 如图1所示,一种整体桥台-粧基-土相互作用拟静力试验测量装置,包括预埋在模 型箱内的整体式桥台-粧基试验构件,所述试验构件中的混凝土粧3与桥台4之间固结连接, 混凝土粧3底与模型箱1底部固定,模型箱1为钢板材质且可组装而成。
[0030] 在本实例中,混凝土粧3与桥台4各截面处连接有垂直于其轴线的尼龙线7,尼龙线 7—端与试件固定连接,另一端贯穿模型箱1侧壁后垂直连接有用来测量承载试件位移的位 移计11;尼龙线7与承载构件连接处混凝土表面贴有混凝土应变片6,并在混凝土粧3与桥台 4两边对称布置;
[0031] 在本实例中,所述构件粧基部分,在相邻两应变片6处的中点安装土压力盒12,并 在其表面预先粘有一方形薄铁片13,尼龙绳的外围套设有第一不锈钢管8,所述第一不锈钢 管8的外端外围套设有第二不锈钢管9,第一不锈钢管8—端与承载混凝土粧3垂直连接,另 一端与第二不锈钢管9 一端套接,所述第二不锈钢管9另一端贯穿模型箱1;第一不锈钢管8 套设在第二不锈钢管9内壁,第一不锈钢管8与第二不锈钢管9连接部位涂有润滑剂10,且第 一不锈钢管8外径略小于第二不锈钢管9内径。
[0032] 在本实例中,桥台4背表面竖向方向与台后填土中皆布置有土压力盒12,整个台后 填土中土压力盒为均匀的空间布置;在与台背相对面的中心线上布置有2个倾角仪14,所述 倾角仪分别布置在该面的中心线上、下端;
[0033] 具体安装实施过程:
[0034] (1)根据试验要求,确定模型箱和整体式桥台-粧基构件之间的距离,从而得到尼 龙线7和第一不锈钢管8、第二不锈钢管9的长度,尼龙线7和不锈钢管的长度应稍大于模型 箱1至混凝土粧3或桥台的距离10~20cm,尼龙线7比不锈钢管组(8与9)略长2〜3cm,第一不锈 钢管8的直径约为10mm,第一不锈钢管8直径应比第二不锈钢管9直径小l~2cm,长度约为 30cm;
[0035] (2)根据实验要求,为更好地测量构件的位移与应变,限于试验器材数量的限制, 一般取200~300mm间距布置系有尼龙线7的位移计11与应变片6,同时为方便起见,在两相邻 应变片之间安装土压力盒12,在安装之前,将其与薄铁片13粘结一起;本实用新型中可取圆 柱形混凝土粧3直径115mm,高度2.9米,桥台高度1米,桥台的横截面为矩形,其长、宽为66厘 米和56厘米。
[0036] (3)将打磨机打磨试件测试点打磨平整,在第一不锈钢管8、第二不锈钢管9外壁涂 抹润滑剂10并将两管连接组成不锈钢管组件,将整体桥粧桥台-粧基构件表面按规定的位 置贴应变片6、连接尼龙线7及安装粧基部分的土压力盒12,再将整个构件放入模型箱1中, 粧2底在模型箱1底部固定;
[0037] (4)待构件安装好后,往模型箱1中填土 2,一次填土层厚度为20cm,用铁砖压实,在 粧基部分填土压实的过程中,将尼龙线7、第一不锈钢管8、第二不锈钢管9水平连接并贯穿 模型箱1,外与位移计11相连,每压实到系尼龙线7与粧3连接处先安装不锈钢管组件,并将 不锈钢管与土体一起穷实;
[0038] (5)重复(4)中的步骤,待到填土2填到桥台4底部水平面时,在与桥台4背对面上、 下中心线各安装一个倾角仪14,桥台4背对面每隔250mm安装应变片6与位移计11;在其台后 表面预留土压力孔子安装土压力盒12并用热熔胶15在其边缘固定;待前者完成后,进行台4 后填土 2并按每隔20cm分层压实,在土中按预先确定的位置安装粘结有薄铁片13的土压力 盒12,直到填土 2与搭板5顶面齐平。
[0039] (6)进行试验数据采集。
[0040] 本实用新型所用到的应变片,土压力盒,位移计;
[0041] 应变片:采用黄岩测试仪器厂BX120-50AA型号的混凝土应变片,可接半桥路。
[0042] 土压力盒:采用丹阳市龙宇土木工程仪器厂LY-350型土压力盒,仪器规格: lOOkpa,测试范围:0~100kpa;采用
Figure CN206385579UD00061
其中P为土压力,单位为
Figure CN206385579UD00062
:K为标定而确定 的值,同一型号K值也存在不一致,对于LY-350型号的K值一般为0.0525〜0.0595之间,K的单 位为
Figure CN206385579UD00063
:该土压力盒可接全桥或半桥路,静态采集仪器中读取的是为应变的形式,即
Figure CN206385579UD00064
[0043] 位移计:采用溧阳市仪表厂YHD系列,主要选用的时YHD-100~YHD-600型号之间,其 技术指标也会随不同型号而不一致;接桥方式为半桥或全桥,工作原理为:当任何机械量转 为直线位移的变化量A L,推动机械传动机构,使双触头在可变电阻上产生一个相应的的 变化,为了测试出的微小变化量,由位移传感器中特制的双线密绕的无感电阻组成了外桥 电阻,组成为应变电桥,从而实现了机械量换成电量的目的,这种机械量(位移)转换成为电 量的关系,可用通用的电阻应变仪关系式表达。
[0044] 上述实施例,对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明,所应 理解的是,以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡依本 实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (6)

1. 一种整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置,其特征在于:包括模型 箱、竖直固定设在模型箱内的混凝土粧和位于混凝土粧上方的桥台,所述混凝土粧表面垂 直连接尼龙绳的一端,所述尼龙绳的另一端伸出模型箱体外,所述混凝土粧朝向和相背于 尼龙绳的一侧表面自上而下间隔布设有应变片,相邻两应变片之间设有土压力盒,所述模 型箱内且位于混凝土粧与桥台外围设有填土,所述尼龙绳位于模型箱外部的位置设有位移 计。
2. 根据权利要求1所述的整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置,其特征 在于:所述尼龙绳的外围套设有第一不锈钢管,所述第一不锈钢管的外端外围套设有第二 不锈钢管。
3. 根据权利要求1或2所述的整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置,其 特征在于:所述桥台周边的土壤中设有土压力盒。
4. 根据权利要求3所述的整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置,其特征 在于:所述桥台和混凝土粧的上部位置设有倾角仪。
5. 根据权利要求4所述的整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置,其特征 在于:所述应变片、土压力盒和倾角仪通过导电连接线连接采集箱。
6. 根据权利要求5所述的整体式桥台、粧基与土相互作用拟静力试验测量装置,其特征 在于:所述土压力盒安装在混凝土粧表面的凹坑内,并用热熔胶固接,所述土压力盒的表面 设有薄铁片以均匀压力。
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