本發(fā)明涉及一種整體式橋臺、樁基與土相互作用擬靜力試驗測量裝置及其安裝方法。

背景技術(shù)：
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目前我國使用較多的橋梁之一為簡支梁，簡支梁雖然結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定，但隨著時間的累積而使其伸縮縫裝置易損壞而使其易發(fā)生橋頭跳車想象，施工工序復(fù)雜，支座易老化等特點；其次，伸縮縫裝置與支座更換的不易和所需費用較昂貴；隨著工程技術(shù)的不斷完善，一種新型整體式橋臺橋梁應(yīng)運而生；相比簡支梁橋而言，因其施工簡便，節(jié)約橋梁生命周期的維護費用，整體性能好，提高行車質(zhì)量等特點而深受工程師的青睞；但整體式橋臺橋梁因其結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜而不能在我國大量普及使用，現(xiàn)有的整體式橋臺橋梁的建設(shè)還沒有確切可行的理論指導(dǎo)，只憑借工程師自身的經(jīng)驗、不斷總結(jié)、不斷觀察、不斷實驗地進行設(shè)計；整體式橋臺橋梁的概念不是從本質(zhì)上改變上部結(jié)構(gòu)受季節(jié)性溫差產(chǎn)生變形和內(nèi)力的物理性質(zhì)，而是在位移量的大小以及位移導(dǎo)致橋臺后填土壓力變化等問題上與非整體式橋梁（設(shè)置伸縮裝置橋梁）有所區(qū)別此外，土壤的響應(yīng)還是樁基（橋臺）變形的非線性作用；問題主要是復(fù)雜的土與結(jié)構(gòu)相互間的力學(xué)作用以及橋臺與周圍土的相對位移關(guān)系。而以往學(xué)者的研究局限于理論分析以及數(shù)值模擬，缺乏試驗的驗證，現(xiàn)場原型試驗研究是整體式橋臺-樁基-土相互作用問題中最有意義的。但是由于人力、物力、財力以及時間等因素，現(xiàn)場原型試驗往往不能實現(xiàn)。為了進一步的了解整體式橋臺-樁基-土相互作用的工作機理，進行該模型試驗顯得十分必要，為理論分析以及數(shù)值模擬的合理性和可靠性提供參考依據(jù)。整體式橋臺-樁基-土相互作用是指上部結(jié)構(gòu)在溫度循環(huán)作用下會迫使橋臺、樁基結(jié)構(gòu)與樁周土、臺后土之間的相互作用，主要依靠柔性樁與土兩者相互作用，臺后填土變形受力等兩大類作用來吸納橋梁上部的變形與位移，故研究整體式橋臺-樁基構(gòu)件中臺后土壓力變化及分布規(guī)律與樁-土相互作用是解決整體式橋臺橋梁關(guān)鍵性問題。常規(guī)的研究方法是將橋臺、樁二者分別分析，現(xiàn)有橋臺后土壓力測量技術(shù)原理是通過量測臺后表面布設(shè)的土壓力盒值直接得出臺后土壓力變化及分布，而未考慮橋臺變形、轉(zhuǎn)角與位移等因素對臺后的土壓力的影響；現(xiàn)有樁土相互作用主要是通過P-Y曲線來體現(xiàn)二者的相互作用，常規(guī)的P-Y曲線測量技術(shù)原理是通過測量樁身測試截面處的拉應(yīng)變和壓應(yīng)變得到樁身彎矩，再通過彎矩求得樁身撓度和樁側(cè)土壓力；同時將兩者分別研究對基于柔性樁基的整體式橋臺的研究并不精確。

然而，在整體式橋臺-樁基-土相互作用擬靜力模型試驗中，在樁基部分由這種技術(shù)得到的樁側(cè)位移和土反力無法考慮到樁體抗彎剛度彎矩、樁截面形狀、樁頂約束邊界條件的影響，通過理論求導(dǎo)或積分得到結(jié)果，往往與實際結(jié)果不符，對工程實際應(yīng)用造成極大的不便。在橋臺部分不能較準(zhǔn)確的反應(yīng)臺后土壓力變化與分布及橋臺位移、轉(zhuǎn)角對其的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種整體式橋臺、樁基與土相互作用擬靜力試驗測量裝置及其安裝方法，該整體式橋臺、樁基與土相互作用擬靜力試驗測量裝置可以有效的解決測量不準(zhǔn)、測量內(nèi)容不全等一系列問題，進而得出臺后填土土壓力變化及分布，樁身土抗力，彎矩等參數(shù)值。

本發(fā)明整體式橋臺、樁基與土相互作用擬靜力試驗測量裝置，其特征在于：包括模型箱、豎直固定設(shè)在模型箱內(nèi)的混凝土樁和位于混凝土樁上方的橋臺，所述混凝土樁表面垂直連接尼龍繩的一端，所述尼龍繩的另一端伸出模型箱體外，所述混凝土樁朝向和相背于尼龍繩的一側(cè)表面自上而下間隔布設(shè)有應(yīng)變片，相鄰兩應(yīng)變片之間設(shè)有土壓力盒，所述模型箱內(nèi)且位于混凝土樁與橋臺外圍設(shè)有填土，所述尼龍繩位于模型箱外部的位置設(shè)有位移計。

進一步的，上述尼龍繩的外圍套設(shè)有第一不銹鋼管，所述第一不銹鋼管的外端外圍套設(shè)有第二不銹鋼管。

進一步的，上述橋臺周邊的土壤中設(shè)有土壓力盒。

進一步的，上述橋臺和混凝土樁的上部位置設(shè)有傾角儀。

進一步的，上述應(yīng)變片、土壓力盒和傾角儀通過導(dǎo)電連接線連接采集箱。

進一步的，上述土壓力盒安裝在混凝土樁表面的凹坑內(nèi)，并用熱熔膠固接，所述土壓力盒的表面設(shè)有薄鐵片以均勻壓力。

本發(fā)明整體式橋臺、樁基與土相互作用擬靜力試驗測量裝置的安裝方法，其特征在于：

（1）根據(jù)試驗要求，確定模型箱和整體式橋臺-樁基構(gòu)件之間的距離，從而得到尼龍線7和第一不銹鋼管8、第二不銹鋼管9的長度，尼龍線7和不銹鋼管的長度應(yīng)稍大于模型箱1至混凝土樁3或橋臺的距離10~20cm，尼龍線7比不銹鋼管組（8與9）略長2~3cm，第一不銹鋼管8的直徑約為10mm，第一不銹鋼管8直徑應(yīng)比第二不銹鋼管9直徑小1~2cm，長度約為30cm；

（2）根據(jù)實驗要求，為更好地測量構(gòu)件的位移與應(yīng)變，限于試驗器材數(shù)量的限制，一般取200~300mm間距布置系有尼龍線7的位移計11與應(yīng)變片6，同時為方便起見，在兩相鄰應(yīng)變片之間安裝土壓力盒12，在安裝之前，將其與薄鐵片13粘結(jié)一起；本發(fā)明中可取圓柱形混凝土樁3直徑115mm，高度2.9米，橋臺高度1米，橋臺的橫截面為矩形，其長、寬為66厘米和56厘米。

（3）將打磨機打磨試件測試點打磨平整，在第一不銹鋼管8、第二不銹鋼管9外壁涂抹潤滑劑10并將兩管連接組成不銹鋼管組件，將整體橋樁橋臺-樁基構(gòu)件表面按規(guī)定的位置貼應(yīng)變片6、連接尼龍線7及安裝樁基部分的土壓力盒12，再將整個構(gòu)件放入模型箱1中，樁2底在模型箱1底部固定；

（4）待構(gòu)件安裝好后，往模型箱1中填土2，一次填土層厚度為20cm，用鐵磚壓實，在樁基部分填土壓實的過程中，將尼龍線7、第一不銹鋼管8、第二不銹鋼管9水平連接并貫穿模型箱1，外與位移計11相連，每壓實到系尼龍線7與樁3連接處先安裝不銹鋼管組件，并將不銹鋼管與土體一起夯實；

（5）重復(fù)（4）中的步驟，待到填土2填到橋臺4底部水平面時，在與橋臺4背對面上、下中心線各安裝一個傾角儀14，橋臺4背對面每隔250mm安裝應(yīng)變片6與位移計11；在其臺后表面預(yù)留土壓力孔子安裝土壓力盒12并用熱熔膠15在其邊緣固定；待前者完成后，進行臺4后填土2并按每隔20cm分層壓實，在土中按預(yù)先確定的位置安裝粘結(jié)有薄鐵片13的土壓力盒12，直到填土2與搭板5頂面齊平。

（6）進行試驗數(shù)據(jù)采集。

本發(fā)明整體式橋臺、樁基與土相互作用擬靜力試驗測量裝置在工作時，通過推動橋臺上部，使橋臺、混凝土樁發(fā)生位移，從位移計即可讀取位移量，從應(yīng)變片和土壓力盒獲得應(yīng)變量值和壓力值，以此獲得整體式橋臺臺后土壓力變化與分布規(guī)律，樁土相互作用及其對支撐上部橋臺結(jié)構(gòu)的受力影響更真實，更加接近實際情況，進而為整體式橋臺-樁基-土受力分析提高一定的數(shù)據(jù)支持。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明實例結(jié)構(gòu)立面示意圖；

圖2為本發(fā)明混凝土樁和橋臺連接的左、右示意圖；

圖3是圖2的A-A剖面圖；

其中：1—模型箱；2—填土；3—混凝土樁；4—橋臺；5—搭板；6—應(yīng)變片；7—尼龍線；8—第一不銹鋼管；9—第二不銹鋼管B；10—潤滑劑；11—位移計；12—土壓力盒；13—薄鐵片；14—傾角儀；15—熱熔膠。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，一種整體橋臺-樁基-土相互作用擬靜力試驗測量裝置，包括預(yù)埋在模型箱內(nèi)的整體式橋臺-樁基試驗構(gòu)件，所述試驗構(gòu)件中的混凝土樁3與橋臺4之間固結(jié)連接，混凝土樁3底與模型箱1底部固定，模型箱1為鋼板材質(zhì)且可組裝而成。

在本實例中，混凝土樁3與橋臺4各截面處連接有垂直于其軸線的尼龍線7，尼龍線7一端與試件固定連接，另一端貫穿模型箱1側(cè)壁后垂直連接有用來測量承載試件位移的位移計11；尼龍線7與承載構(gòu)件連接處混凝土表面貼有混凝土應(yīng)變片6，并在混凝土樁3與橋臺4兩邊對稱布置；

在本實例中，所述構(gòu)件樁基部分，在相鄰兩應(yīng)變片6處的中點安裝土壓力盒12，并在其表面預(yù)先粘有一方形薄鐵片13，尼龍繩的外圍套設(shè)有第一不銹鋼管8，所述第一不銹鋼管8的外端外圍套設(shè)有第二不銹鋼管9，第一不銹鋼管8一端與承載混凝土樁3垂直連接，另一端與第二不銹鋼管9一端套接，所述第二不銹鋼管9另一端貫穿模型箱1；第一不銹鋼管8套設(shè)在第二不銹鋼管9內(nèi)壁，第一不銹鋼管8與第二不銹鋼管9連接部位涂有潤滑劑10，且第一不銹鋼管8外徑略小于第二不銹鋼管9內(nèi)徑。

在本實例中，橋臺4背表面豎向方向與臺后填土中皆布置有土壓力盒12，整個臺后填土中土壓力盒為均勻的空間布置；在與臺背相對面的中心線上布置有2個傾角儀14，所述傾角儀分別布置在該面的中心線上、下端；

具體安裝實施過程：

（1）根據(jù)試驗要求，確定模型箱和整體式橋臺-樁基構(gòu)件之間的距離，從而得到尼龍線7和第一不銹鋼管8、第二不銹鋼管9的長度，尼龍線7和不銹鋼管的長度應(yīng)稍大于模型箱1至混凝土樁3或橋臺的距離10~20cm，尼龍線7比不銹鋼管組（8與9）略長2~3cm，第一不銹鋼管8的直徑約為10mm，第一不銹鋼管8直徑應(yīng)比第二不銹鋼管9直徑小1~2cm，長度約為30cm；

（2）根據(jù)實驗要求，為更好地測量構(gòu)件的位移與應(yīng)變，限于試驗器材數(shù)量的限制，一般取200~300mm間距布置系有尼龍線7的位移計11與應(yīng)變片6，同時為方便起見，在兩相鄰應(yīng)變片之間安裝土壓力盒12，在安裝之前，將其與薄鐵片13粘結(jié)一起；本發(fā)明中可取圓柱形混凝土樁3直徑115mm，高度2.9米，橋臺高度1米，橋臺的橫截面為矩形，其長、寬為66厘米和56厘米。

（3）將打磨機打磨試件測試點打磨平整，在第一不銹鋼管8、第二不銹鋼管9外壁涂抹潤滑劑10并將兩管連接組成不銹鋼管組件，將整體橋樁橋臺-樁基構(gòu)件表面按規(guī)定的位置貼應(yīng)變片6、連接尼龍線7及安裝樁基部分的土壓力盒12，再將整個構(gòu)件放入模型箱1中，樁2底在模型箱1底部固定；

（4）待構(gòu)件安裝好后，往模型箱1中填土2，一次填土層厚度為20cm，用鐵磚壓實，在樁基部分填土壓實的過程中，將尼龍線7、第一不銹鋼管8、第二不銹鋼管9水平連接并貫穿模型箱1，外與位移計11相連，每壓實到系尼龍線7與樁3連接處先安裝不銹鋼管組件，并將不銹鋼管與土體一起夯實；

（5）重復(fù)（4）中的步驟，待到填土2填到橋臺4底部水平面時，在與橋臺4背對面上、下中心線各安裝一個傾角儀14，橋臺4背對面每隔250mm安裝應(yīng)變片6與位移計11；在其臺后表面預(yù)留土壓力孔子安裝土壓力盒12并用熱熔膠15在其邊緣固定；待前者完成后，進行臺4后填土2并按每隔20cm分層壓實，在土中按預(yù)先確定的位置安裝粘結(jié)有薄鐵片13的土壓力盒12，直到填土2與搭板5頂面齊平。

（6）進行試驗數(shù)據(jù)采集。

本發(fā)明所用到的應(yīng)變片，土壓力盒，位移計；

應(yīng)變片：采用黃巖測試儀器廠BX120-50AA型號的混凝土應(yīng)變片，可接半橋路。

土壓力盒：采用丹陽市龍宇土木工程儀器廠LY-350型土壓力盒，儀器規(guī)格：100kpa，測試范圍：0~100kpa；采用,其中P為土壓力，單位為；K為標(biāo)定而確定的值，同一型號K值也存在不一致，對于LY-350型號的K值一般為0.0525~0.0595之間，K的單位為；該土壓力盒可接全橋或半橋路，靜態(tài)采集儀器中讀取的是為應(yīng)變的形式，即。

位移計：采用溧陽市儀表廠YHD系列，主要選用的時YHD-100~YHD-600型號之間，其技術(shù)指標(biāo)也會隨不同型號而不一致；接橋方式為半橋或全橋，工作原理為：當(dāng)任何機械量轉(zhuǎn)為直線位移的變化量ΔL，推動機械傳動機構(gòu)，使雙觸頭在可變電阻上產(chǎn)生一個相應(yīng)的 的變化，為了測試出 的微小變化量，由位移傳感器中特制的雙線密繞的無感電阻組成了外橋電阻，組成為應(yīng)變電橋，從而實現(xiàn)了機械量換成電量的目的，這種機械量（位移）轉(zhuǎn)換成為電量的關(guān)系，可用通用的電阻應(yīng)變儀關(guān)系式表達(dá)。

上述實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。