CN219491098U - 一种原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置，包括一对内、外辅助钢板，内、外测量钢板，多个内、外壁应变传感器，内、外壁端阻压力传感器，一对内、外辅助钢板各自焊接在钢管桩的内、外壁面上；内测量钢板连接在一对内辅助钢板之间；外测量钢板连接在一对外辅助钢板之间；内、外测量钢板与钢管桩之间填充橡胶；多个内壁应变传感器沿钢管桩的长度方向间隔地安装在内测量钢板的内侧面中部,多个外壁应变传感器与多个内壁应变传感器的安装位置一一对应地安装在外测量钢板的外侧面中部；内、外壁端阻压力传感器各自安装在内、外测量钢板的底面中部。本实用新型尺寸小，安装方便，方便工程应用，且不影响工程施工。

Description

一种原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置

技术领域

本实用新型涉及一种原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置。

背景技术

钢管桩在工程中应用十分广泛，由于钢管桩的下端开口，在沉桩的过程中土体涌入桩管内形成土塞，其承载能力主要为端阻力和外侧摩阻力。目前为满足工程所需，钢管桩的桩径越来越大，超大直径钢管桩的应用越来越多。目前海上风电领域已出现桩径为6.5m、周长为20多米的超大直径钢管桩。这使得桩内很难出现土塞完全闭塞的现象，因此钢管桩的承载力为内、外侧摩阻力和下端面的端阻力。获得钢管桩的承载力最可靠的办法是工程实测或现场试验，目前测量装置和方法得到的试验结果虽然能获得钢管桩的端阻力和侧摩阻力，但无法区分内、外侧摩阻力，这为钢管桩的沉桩设计带来困难。因此，亟需一种可实现原位测量超大直径钢管桩承载力及其组成，且不影响钢管桩施工和应用的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置，它的尺寸小巧，安装方便，且不损伤钢管桩的主体结构，方便工程应用，而且不影响工程施工。

本实用新型的目的是这样实现的：一种原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置，包括一对内辅助钢板、一对外辅助钢板、内测量钢板、外测量钢板、多个内壁应变传感器、多个外壁应变传感器、内壁端阻压力传感器和外壁端阻压力传感器，其中，

所述内辅助钢板为与所述钢管桩的内壁面的弧度适配的弧形板，内辅助钢板的一头设有阴止口；一对内辅助钢板沿圆周方向间隔地焊接在所述钢管桩的内壁面上，并且一对内辅助钢板的阴止口相对；

所述外辅助钢板为与所述钢管桩的外壁面的弧度适配的弧形板，外辅助钢板的一头设有阴止口；一对外辅助钢板与一对内辅助钢板一一对应于地焊接在所述钢管桩的外壁面上，并且一对外辅助钢板的阴止口相对；

所述内测量钢板为弧形板且长度与所述钢管桩的长度相同，内测量钢板的两侧各自设有与内辅助钢板的阴止口搭接的阳止口，使内测量钢板通过两侧的阳止口连接在一对内辅助钢板之间，内测量钢板的外侧面与钢管桩的内壁面之间还填充橡胶；

所述外测量钢板为弧形板且长度与所述钢管桩的长度相同，外测量钢板的两侧各自设有与外辅助钢板的阴止口搭接的阳止口，使外测量钢板通过两侧的阳止口连接在一对外辅助钢板之间，外测量钢板的内侧面与钢管桩的外壁面之间还填充橡胶；

多个所述内壁应变传感器沿所述钢管桩的长度方向间隔地安装在所述内测量钢板的内侧面中部；

多个所述外壁应变传感器沿所述钢管桩的长度方向并与多个内壁应变传感器的安装位置一一对应地安装在所述外测量钢板的外侧面中部；

所述内壁端阻压力传感器安装在所述内测量钢板的底面中部；

所述外壁端阻压力传感器安装在所述外测量钢板的底面中部。

上述的原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置，其中，所述钢管桩的内壁面顶部和外壁面顶部一一对应地焊接一块内肋板和一块外肋板；所述内肋板的底面与内测量钢板的顶面焊接；所述外肋板的底面与外测量钢板的顶面焊接。

上述的原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置，其中，所述内测量钢板的弧长为所述钢管桩的内壁面的2％～5％周长；所述外测量钢板的弧长为所述钢管桩的外壁面的2％～5％周长。

本实用新型的原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置具有以下特点：采用在钢管桩上安装占钢管桩的周长很小的内、外侧测量钢板，尺寸小巧，安装方便，且不损伤钢管桩的主体结构，方便工程应用，而且不影响工程施工和使用，能直观地测量钢管桩在沉桩过程中和使用期的承载力，包括端阻力和内、侧摩阻力，并能对内、外侧壁摩阻力分别测量，为钢管桩的设计、施工和使用提供依据。

附图说明

图1是本实用新型的原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置的平面图；

图2是本实用新型的原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置的平面图；

图3是图2的侧视图；

图4是图3中的A-A向侧视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1至图4，本实用新型的原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置100，包括一对内辅助钢板21、一对外辅助钢板22、内测量钢板31、外测量钢板32、多个内壁应变传感器51、多个外壁应变传感器52、内壁端阻压力传感器61和外壁端阻压力传感器62，其中，

钢管桩10的内壁面顶部和外壁面顶部一一对应地焊接一块内肋板11和一块外肋板12；

内辅助钢板21为与钢管桩10的内壁面的弧度适配的弧形板，内辅助钢板21的一头设有阴止口；一对内辅助钢板21沿圆周方向间隔地焊接在钢管桩10的内壁面上，并且一对内辅助钢板21的阴止口相对；

外辅助钢板22为与钢管桩10的外壁面的弧度适配的弧形板，外辅助钢板22的一头设有阴止口；一对外辅助钢板22与一对内辅助钢板21一一对应于地焊接在钢管桩10的外壁面上，并且一对外辅助钢板22的阴止口相对；

内测量钢板31的长度与钢管桩10的长度相同，内测量钢板31为弧形板且弧长为钢管桩10的内壁面的2％～5％周长；内测量钢板31的两侧各自设有与内辅助钢板21的阴止口搭接的阳止口，使内测量钢板31通过两侧的阳止口连接在一对内辅助钢板21之间，并且内测量钢板31的外侧面与钢管桩10的内壁面具有一定的间隙；阴止口和阳止口的搭接部位刷涂润隔离剂，以减小两者之间的相对摩擦；内测量钢板31的顶面与内肋板11的底面焊接，内测量钢板31的外侧面与钢管桩10的内壁面之间还填充橡胶4，防止土体进入内测量钢板31与钢管桩10之间；

外测量钢板32的长度与钢管桩10的长度相同，外测量钢板32为弧形板且弧长占钢管桩10的外壁面的周长为2％～5％；外测量钢板32的两侧各自设有与外辅助钢板22的阴止口搭接的阳止口，使外测量钢板32通过两侧的阳止口连接在一对外辅助钢板22之间，并且外测量钢板32的内侧面与钢管桩10的外壁面具有一定的间隙；阴止口和阳止口的搭接部位刷涂润滑剂，以减小两者之间的相对摩擦；外测量钢板32的顶面与外肋板12的底面焊接，外测量钢板32的内侧面与钢管桩10的外壁面之间还填充橡胶4，防止土体进入外测量钢板32与钢管桩10之间；

多个内壁应变传感器51沿钢管桩10的长度方向间隔地安装在内测量钢板31的内侧面中部；

多个外壁应变传感器52沿钢管桩10的长度方向并与多个内壁应变传感器51的安装位置一一对应地安装在外测量钢板32的外侧面中部；

内壁端阻压力传感器61安装在内测量钢板31的底面中部；

外壁端阻压力传感器62安装在外测量钢板32的底面中部。

本实用新型的原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置，进行测量时，包括测量钢管桩的端阻力和测量钢管桩的内侧摩阻力和外侧摩阻力并包括以下步骤：

步骤一，先按照自上而下的顺序将多个内壁应变传感器51和多个外壁应变传感器52的安装点位编号为：1、2、3…i-1、i、i+1...n-1、n；再将多个内壁应变传感器51、多个外壁应变传感器52、内壁端阻压力传感器61和外壁端阻压力传感器62与采集设备连接；

步骤二，先由内壁端阻压力传感器61和外壁端阻压力传感器62分别测得压力，再通过公式(1)计算得到钢管桩的端阻力Qd：

Qd＝(Qnd/And+Qwd/Awd)÷2×Ag， (1)

式(1)中，Qnd为内壁端阻压力传感器61测得的压力；Qwd为外壁端阻压力传感器62测得的压力；And为内壁端阻压力传感器61的横截面积；Awd为外壁端阻压力传感器62的横截面积；Ag为钢管桩10的横截面积；

步骤三，先由安装在内测量钢板31的n点位的内壁应变传感器51测得轴向应力和安装在外测量钢板32的n点位的外壁应变传感器52测得轴向应力，再通过公式(2)计算得到钢管桩10在n点位至桩端之间的内侧摩阻力Qnc,n：

Qnc,n＝(Qnd/And×Anc-Nnc,n×Anc)×(Sng/Snc) (2)

式(2)中，Qnd为内壁端阻压力传感器61测得的压力，And为内壁端阻压力传感器61的横截面积，Nnc,n为安装在内测量钢板31的n点位的内壁应变传感器51测得的轴向应力，Anc为内测量钢板31的横截面积，Sng为钢管桩10的内壁面周长，Snc为内测量钢板31的弧长；

通过公式(3)计算得到钢管桩10在n点位至桩端之间的外侧摩阻力Qwc,n：

Qwc,n＝(Qwd/Awd×Awc-Nwc,n×Awc)×(Swg/Swc) (3)

式(3)中，Qwd为外壁端阻压力传感器62测得的压力，Awd为外壁端阻压力传感器62的横截面积；Awc为外测量钢板32的横截面积；Nwc,n为安装在外测量钢板32的n点位的外壁应变传感器52测得的轴向应力，Swg为钢管桩10的外壁面周长；Swc为外测量钢板32的弧长；

步骤四，先由安装在内测量钢板31的n-1点位的内壁应变传感器51测得轴向应力和安装在外测量钢板32的n-1点位的外壁应变传感器52测得轴向应力，再通过公式(4)计算得到钢管桩10在n-1点位至n点位之间的内侧摩阻力Qnc,n：

Qnc,n-1＝(Nnc,n-Nnc,n-1)×Anc×(Sng/Snc) (4)

式(4)中，Nnc,n和Nnc,n-1一一对应地为安装在内测量钢板31的n点和n-1点的内壁应变传感器51测得的轴向应力，Anc为内测量钢板31的横截面积，Sng和Snc一一对应地为钢管桩10的内壁面周长和内测量钢板31的弧长；

通过公式(5)计算得到钢管桩10在n-1点位至n点位之间的外侧摩阻力Qwc,n-1：

Qwc,n-1＝(Nwc,n-Nwc,n-1)×Awc×(Swg/Swc) (5)

式(5)中，Nwc,n和Nwc,n-1一一对应地为安装在外测量钢板32的n点和n-1点的外壁应变传感器52测得的轴向应力，Awc为外测量钢板32的横截面积，Swg和Swc一一对应地为钢管桩10的外壁面周长和外测量钢板32的弧长；

步骤五，先由安装在内测量钢板31的i+1点位和i点位的内壁应变传感器51测得轴向应力和安装在外测量钢板32的i+1点位和i点位的外壁应变传感器52测得轴向应力，再通过公式(6)计算得到钢管桩10在i点位至i+1点位之间的内侧摩阻力Qnc,i：

Qnc,i＝(Nnc,i+1-Nnc,i)×Anc×(Sng/Snc) (6)

式(6)中，Nnc,i+1和Nnc,i一一对应地为安装在内测量钢板31的i+1点和i点的内壁应变传感器51测得的轴向应力，Anc为内测量钢板31的横截面积，Sng和Snc一一对应地为钢管桩10的内壁面周长和内测量钢板31的弧长；

通过公式(7)计算得到钢管桩10在i点位至i+1点位之间的外侧摩阻力Qwc,i：

Qwc,i＝(Nwc,i+1-Nwc,i)×Awc×(Swg/Swc) (7)

式(7)中，Nwc,i+1和Nwc,i一一对应地为安装在外测量钢板32的i+1点和i点的外壁应变传感器52测得的轴向应力；Awc为外测量钢板32的横截面积；Swg和Swc一一对应地为钢管桩10的外壁面周长和外测量钢板32的弧长；

步骤六，重复步骤五，直到通过安装在内测量钢板31的2点位和1点位的内壁应变传感器51测得的轴向应力计算得到钢管桩10在1点位至2点位之间的内侧摩阻力Qnc,1，并通过安装在外测量钢板32的2点位和1点位的外壁应变传感器52测得的轴向应力计算得到钢管桩10在1点位至2点位之间的内侧摩阻力Qwc,1。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (3)

1.一种原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置，包括一对内辅助钢板、一对外辅助钢板、内测量钢板、外测量钢板、多个内壁应变传感器、多个外壁应变传感器、内壁端阻压力传感器和外壁端阻压力传感器，其特征在于，

所述内辅助钢板为与所述钢管桩的内壁面的弧度适配的弧形板，内辅助钢板的一头设有阴止口；一对内辅助钢板沿圆周方向间隔地焊接在所述钢管桩的内壁面上，并且一对内辅助钢板的阴止口相对；

所述外辅助钢板为与所述钢管桩的外壁面的弧度适配的弧形板，外辅助钢板的一头设有阴止口；一对外辅助钢板与一对内辅助钢板一一对应于地焊接在所述钢管桩的外壁面上，并且一对外辅助钢板的阴止口相对；

所述内测量钢板为弧形板且长度与所述钢管桩的长度相同，内测量钢板的两侧各自设有与内辅助钢板的阴止口搭接的阳止口，使内测量钢板通过两侧的阳止口连接在一对内辅助钢板之间，内测量钢板的外侧面与钢管桩的内壁面之间还填充橡胶；

所述外测量钢板为弧形板且长度与所述钢管桩的长度相同，外测量钢板的两侧各自设有与外辅助钢板的阴止口搭接的阳止口，使外测量钢板通过两侧的阳止口连接在一对外辅助钢板之间，外测量钢板的内侧面与钢管桩的外壁面之间还填充橡胶；

多个所述内壁应变传感器沿所述钢管桩的长度方向间隔地安装在所述内测量钢板的内侧面中部；

多个所述外壁应变传感器沿所述钢管桩的长度方向并与多个内壁应变传感器的安装位置一一对应地安装在所述外测量钢板的外侧面中部；

所述内壁端阻压力传感器安装在所述内测量钢板的底面中部；

所述外壁端阻压力传感器安装在所述外测量钢板的底面中部。

2.根据权利要求1所述的原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置，其特征在于，所述钢管桩的内壁面顶部和外壁面顶部一一对应地焊接一块内肋板和一块外肋板；所述内肋板的底面与内测量钢板的顶面焊接；所述外肋板的底面与外测量钢板的顶面焊接。

3.根据权利要求1或2所述的原位测量超大直径钢管桩的承载力的装置，其特征在于，所述内测量钢板的弧长为所述钢管桩的内壁面的2％～5％周长；所述外测量钢板的弧长为所述钢管桩的外壁面的2％～5％周长。