一种预制桩桩顶水平位移及桩身应力联合测试装置

摘要

本发明属于土木工程原位试验设备技术领域，涉及一种预制桩桩顶水平位移及桩身应力联合测试装置，自补偿光纤光栅应变传感器串嵌入式安装在测试桩的凹槽内并与光纤光栅传感器解调仪电连接；工程桩通过钢板垫块与千斤顶相接，千斤顶下放置有垫块，荷载传感器与千斤顶的施压端相接触，荷载传感器与荷载传感器显示仪相连；球形铰支座的一侧与荷载传感器接触，另一侧与测试桩接触，第一钻孔角钢和第二钻孔角钢上分别固定安装有第一百分表和第二百分表，测试桩远离千斤顶的一端支有第一基准梁，第一基准梁远离千斤顶的一侧固定有第二基准梁；其结构简单，操作方便，成本低，测试精度高，可操作性强，得出数值结果直接，精度高，误差小。

说明书

技术领域：

本发明属于土木工程原位试验设备技术领域，涉及一种预制桩桩顶水平位移及桩身应力联合测试装置，弥补并改进了目前测试装置的不足，能更准确、更全面、更方便的得出预制桩的水平位移，并通过埋设FBG传感器同时得到桩身的应力分布，为预制桩的试验研究及桩基检测提供依据。

背景技术：

预制桩在土木工程行业应用十分广泛，随着城市开发的深入，建筑技术的不断革新，桥梁及港口工程建设越来越多，载荷要求也越来越高，而在此类工程中，桩基除了要承受较大的竖向荷载外，往往由于波浪力、风力、震动力、船舶撞击力以及车辆荷载的制动力等原因使得基桩承受较大的水平荷载，所以对此类工程桩的水平荷载作用下，桩基的承载特性及应力分布研究及检测尤为重要。在现有的工程桩水平荷载试验及检测时，只是对桩的水平承载力进行了研究及检测，而且由于建筑场地的不一，加载装置也不尽相同，有时由于加载装置安装不理想、不规范会造成试验结果不准确甚至失败，所以加载装置的合理安装及搭配对桩的水平荷载特性的研究及检测非常重要。FBG传感技术是伴随着光纤通信技术和纤维光学的发展而产生的一种新型的光电子学技术，具有测试数据稳定性好、精度高、体积小、质量轻、便于铺设安装、抗干扰能力强、防水、防潮、耐高温、抗腐蚀、多串联等特点而被广泛应用于桥梁、隧道及导管架海上平台的沉降监控等工程领域，在目前的FBG传感器埋设测桩身特性的试验中，由于其易脱落，测试结果受温度影响大的特性，会使测量数据不准确，从而导致试验不成功。因此寻求一种全新的可测试桩身应力的桩水平荷载测试装置对工程的研究及检测有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种预制桩桩顶水平位移及桩身应力联合测试装置，对预制桩水平载荷试验加入桩身应力测试，用于直接测定预制桩的水平位移及桩身应力，便于研究预制桩的水平荷载承载力及受力特性。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括工程桩、钢板垫块、千斤顶、荷载传感器、球形铰支座、测试桩、第一百分表、第一磁性表座、第一基准梁、第二百分表、第二磁性表座、第二基准梁、自补偿光纤光栅应变传感器串、载荷传感器显示仪、光纤光栅传感器解调仪、第一钻孔角钢、垫块和第二钻孔角钢；测试桩的两侧竖向刻有横截面为5mm×5mm的凹槽，上密下疏结构的自补偿光纤光栅应变传感器串嵌入式安装在测试桩的凹槽内并用结构胶密封，自补偿光纤光栅应变传感器串与光纤光栅传感器解调仪电连接；工程桩为测试桩提供反力，选取承载力大于等于测试桩的相近桩；工程桩通过钢板垫块与千斤顶相接，钢板垫块的个数根据测试桩和工程桩之间的距离确定，以保证工程桩能充分提供反力；千斤顶下放置有垫块，荷载传感器与千斤顶的施压端相接触，用于准确测量千斤顶施加的压力值，荷载传感器与荷载传感器显示仪相连；球形铰支座的一侧与荷载传感器接触，另一侧与测试桩接触，保证千斤顶施加的力均匀作用在测试桩上；测试桩与水平力作用中心平行处的两侧采用膨胀螺丝固定安装有第一钻孔角钢，测试桩与水平力作用中心平行处往上50cm处两侧垂直位置用相同方式固定安装有第二钻孔角钢，第一钻孔角钢和第二钻孔角钢上分别固定安装有第一百分表和第二百分表，第一百分表和第二百分表的表盘均与地面平行；测试桩远离千斤顶的一端距离测试桩30cm处支有第一基准梁，第一百分表与第一基准梁上放置的第一磁性表座连接；第一基准梁远离千斤顶的一侧固定有第二基准梁，第二基准梁与第一基准梁相距10cm,且第二基准梁的高度高于第一基准梁，第二基准梁上与第一基准梁相同位置处对应放置有与第二百分表相连的第二磁性表座。

本发明所述工程桩包括预应力空心管桩、预应力空心方桩和实心方桩。

本发明实现预制桩水平位移及桩身应力的测试过程为：

(1)在压桩前，将测试桩正对的两侧刻5mm×5mm的凹槽，将提前预制好的自补偿光纤光栅应变传感器串放入两个凹槽内，并用结构胶密封，养护两天，自补偿光纤光栅应变传感器串形成上密下疏结构；

(2)测试桩能正常使用时，选取合适的工程桩提供反力，保证其承载力大于等于测试桩；

(3)在测试桩与工程桩之间依次摆放球形铰支座、荷载传感器、千斤顶、钢板垫块，钢板垫块的个数根据试桩与工程桩之间的距离确定，保证工程桩能充分提供反力，千斤顶下放置垫块，保证千斤顶作用形心与测试装置各部分中心重合，各测试装置部件中心与埋置好的自补偿光纤光栅应变传感器串垂直；

(4)用钻机在测试桩与水平力作用中心平行处两侧正对钻两个孔，用膨胀螺丝固定钻孔角钢，同样的方法，在第一钻孔角钢两边正上方50cm处固定第二钻孔角钢；

(5)在测试桩远离千斤顶一端距测试桩30cm处支第一基准梁并在第一基准梁上放第一磁性表座，将第一百分表固定在第一钻孔角钢上，第一百分表表盘与地面平行；在第二基准梁远离千斤顶一侧固定第二基准梁，第二基准梁与第一基准梁相距10cm，保证第二基准梁高于第一基准梁，第二基准梁上放第二磁性表座，将第二百分表固定在第二钻孔角钢上，第二百分表表盘与地面平行；

(6)将自补偿光纤光栅应变传感器串与光纤光栅传感器解调仪相连，荷载传感器与载荷传感器显示仪相连；

(7)检查测试装置各部件安装正确无误后，对测试桩进行载荷测试，记录相应的位移和应力变化值，完成对预制桩的水平位移及桩身应力的测试。

本发明与现有测试装置相比，其结构简单，操作方便，成本低，测试精度高，可操作性强，得出数值结果直接，精度高，误差小。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理图。

图2为本发明的自补偿光纤光栅应变传感器串安装示意图。

图3为本发明的千斤顶与钢板垫块接触示意图。

图4为本发明的基准梁摆放示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

实施例：

本实施例的主要结构包括工程桩1、钢板垫块2、千斤顶3、荷载传感器4、球形铰支座5、测试桩6、第一百分表7、第一磁性表座8、第一基准梁9、第二百分表10、第二磁性表座11、第二基准梁12、自补偿光纤光栅应变传感器串13、载荷传感器显示仪14、光纤光栅传感器解调仪15、第一钻孔角钢16、垫块17和第二钻孔角钢18；测试桩6的两侧竖向刻有横截面为5mm×5mm的凹槽，上密下疏结构的自补偿光纤光栅应变传感器串13嵌入式安装在测试桩1的凹槽内并用结构胶密封，自补偿光纤光栅应变传感器串13与光纤光栅传感器解调仪15电连接；工程桩1为测试桩6提供反力，选取承载力大于等于测试桩6的相近桩；工程桩1通过钢板垫块2与千斤顶3相接，钢板垫块2的个数根据测试桩6和工程桩1之间的距离确定，以保证工程桩1能充分提供反力；千斤顶3下放置有垫块17，荷载传感器4与千斤顶3的施压端相接触，用于准确测量千斤顶3施加的压力值，荷载传感器4与荷载传感器显示仪14相连；球形铰支座的一侧5与荷载传感器4接触，另一侧与测试桩6接触，保证千斤顶3施加的力均匀作用在测试桩6上；测试桩6与水平力作用中心平行处的两侧采用膨胀螺丝固定安装有第一钻孔角钢16，测试桩6与水平力作用中心平行处往上50cm处两侧垂直位置用相同方式固定安装有第二钻孔角钢18，第一钻孔角钢16和第二钻孔角钢18上分别固定安装有第一百分表7和第二百分表10，第一百分表7和第二百分表10的表盘均与地面平行；测试桩6远离千斤顶3的一端距离测试桩630cm处支有第一基准梁9，第一百分表7与第一基准梁9上放置的第一磁性表座8连接；第一基准梁9远离千斤顶3的一侧固定有第二基准梁12，第二基准梁12与第一基准梁9相距10cm,且第二基准梁12的高度高于第一基准梁9，第二基准梁12上与第一基准梁9相同位置处对应放置有与第二百分表10相连的第二磁性表座11。

本实施例所述工程桩1包括预应力空心管桩、预应力空心方桩和实心方桩。

本实施例实现预制桩水平位移及桩身应力的测试过程为：

(1)在压桩前，将测试桩6正对的两侧刻5mm×5mm的凹槽，将提前预制好的自补偿光纤光栅应变传感器串13放入两个凹槽内，并用结构胶密封，养护两天，自补偿光纤光栅应变传感器串13形成上密下疏结构；

(2)测试桩能正常使用时，选取合适的工程桩1提供反力，保证其承载力大于等于测试桩6；

(3)在测试桩6与工程桩1之间依次摆放球形铰支座5、荷载传感器4、千斤顶3、钢板垫块2，钢板垫块2的个数根据试桩6与工程桩1之间的距离确定，保证工程桩1能充分提供反力，千斤顶3下放置有垫块17，保证千斤顶3作用形心与测试装置各部分中心重合，各测试装置部件中心与埋置好的自补偿光纤光栅应变传感器串13垂直；

(4)用钻机在测试桩6与水平力作用中心平行处两侧正对钻两个孔，用膨胀螺丝固定钻孔角钢16，同样的方法，在第一钻孔角钢16两边正上方50cm处固定第二钻孔角钢18；

(5)在测试桩6远离千斤顶3一端距测试桩630cm处支第一基准梁9并在第一基准梁9上放第一磁性表座8，将第一百分表7固定在第一钻孔角钢16上，第一百分表7表盘与地面平行；在第二基准梁9远离千斤顶3一侧固定第二基准梁12，第二基准梁12与第一基准梁9相距10cm，保证第二基准梁12高于第一基准梁9，第二基准梁12上放第二磁性表座11，将第二百分表10固定在第二钻孔角钢18上，第二百分表10表盘与地面平行；

(6)将自补偿光纤光栅应变传感器串13与光纤光栅传感器解调仪15相连，荷载传感器4与载荷传感器显示仪14相连；

(7)检查测试装置各部件安装正确无误后，按照相应的规范对测试桩6进行载荷测试，记录相应的位移和应力变化值，完成对预制桩的水平位移及桩身应力的测试。