本發(fā)明屬于建筑工程領域，尤其涉及一種水上基樁結構水平承載力的動力檢測方法。

背景技術：

水上基樁結構作為一種常用的建筑結構，主要由樁基和上部的結構平臺構成，并且，由于其屬透空結構，對波浪不發(fā)生反射，不影響泄洪，并可減少淤積，因此較適用于軟土地基，尤其是在航道和港口上。

在實際使用的過程中，由于各類船舶在停靠時都會從水平方向對水上基樁結構產生相應的沖擊，并且水流也會沿水平方向對其產生沖擊。因此，水上基樁結構在設計的過程中，需要考慮水上基樁結構在水平方向上的承載力，即水平承載力。然而，在現(xiàn)有技術中，在對水上基樁結構進行測試時，由于水上基樁結構的直徑通常較大，尤其是隨著港口碼頭、橋梁及海上風電等工程的飛速發(fā)展，水上基樁結構的大型化已成為發(fā)展的趨勢情況下，需要搭建大型的反力平臺，而搭建的反力平臺所需的建設費用通?？赡芑ㄙM上千萬元，這無疑極大的增加了檢測成本，并且搭建大型的反力平臺，需要花費很長的周期，無疑增加了測量的時間成本，從而不利工作人員對水上基樁結構在水平方向上的承載力的評估。

因此，如何方便工作人員對水上基樁結構在水平方向上的承載力進行檢測和評估，降低檢測成本，節(jié)省時間，是目前所要解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術的缺點或不足，本發(fā)明要解決的技術問題是方便工作人員對水上基樁結構在水平方向上的承載力進行檢測和評估，降低檢測成本，節(jié)省時間。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種水上基樁結構水平承載力的動力檢測方法，該檢測方法包含以下步驟：

根據(jù)待測的水上基樁結構的規(guī)格和設計要求確定對應的試驗船舶類型；

在水上基樁結構上安裝用于測試變化參數(shù)的第一檢測裝置；

試驗船舶對水上基樁結構施加外力；

第一檢測裝置根據(jù)試驗船舶在受到外力作用時所測得的數(shù)據(jù)，得到水上基樁結構在水平方向上承受的靜力荷載以及水上基樁結構在水平方向上的位移；

根據(jù)靜力荷載和位移繪制N條承載力曲線，并通過承載力曲線對水上基樁結構的水平承載能力進行評估,其中,N為正整數(shù)。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：由于該檢測方法采用了試驗船舶對水上基樁結構進行施加外力的作用方式，充分利用了自然資源和地理條件，從而無須搭建反力系統(tǒng)和相應的基準系統(tǒng)，即可通過第一檢測裝置采集水上基樁結構上產生的數(shù)據(jù)，并得到水上基樁結構在水平方向上的靜力荷載和位移，進而繪制承載力曲線，從而可方便工作人員根據(jù)該承載力曲線對水上基樁結構在水平方向上的承載力進行評估，以降低檢測成本，節(jié)省時間，并實現(xiàn)對水上基樁結構在水平方向上的承載力的有效檢測。

為了滿足實際應用中的操作需求，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力的步驟中，還包含以下子步驟：外力為試驗船舶對水上基樁結構施加的系纜力,且系纜力的作用方向與水上基樁結構的橫向截面相互平行。

或者，外力為試驗船舶對水上基樁結構施加的沖擊力，且沖擊力的作用方向與水上基樁結構的橫向截面相互平行。由此可知，通過這兩種方式，不僅方便了操作，而且還可間接的測量出水上基樁結構在其受外力作用時所產生的應變，以便于后續(xù)靜力荷載的計算。

進一步的，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力作用的過程中，為了防止試驗船舶對水上基樁結構施加外力作用時，由于外力作用過大而造成水上基樁結構的結構損傷，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力的步驟中，還包含以下子步驟：試驗船舶在對水上基樁結構初次施加外力后，按照不同的航速等級對水上基樁結構施加外力；根據(jù)第一檢測裝置記錄對應的變化參數(shù)，得到水上基樁結構上產生的靜力荷載；其中，變化參數(shù)包含：水上基樁結構在受外力作用時產生的速度、加速度、外力荷載。

并且，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力的步驟中，還包含以下子步驟：根據(jù)第一檢測裝置測得的水上基樁結構上對應時刻的外力荷載和位移繪制對應的外力荷載曲線；若外力荷載曲線上對應的參數(shù)的數(shù)據(jù)值大于該參數(shù)對應的預設值時，則終止試驗，否則繼續(xù)試驗。

進一步的，為了保證得到的對應的靜力荷載的精度，并繪制對應的承載力曲線，在第一檢測裝置根據(jù)試驗船舶在受到外力作用時所測得的數(shù)據(jù)，得到水上基樁結構在水平方向上承受的靜力荷載以及水上基樁結構在水平方向上的位移的步驟中，還包含以下子步驟：通過對水上基樁結構在受外力作用時產生的速度或加速度進行積分，以獲取水上基樁結構在水平方向上的位移；通過靜動法對第一檢測裝置測得的變化參數(shù)進行處理，并得到水上基樁結構在不同等級航速的試驗船舶所施加的外力下產生位移時，所對應的靜力荷載。由此可知，通過速度或加速度進行積分來獲取水上基樁結構受外力作用時所產生位移，可避免通過在水上基樁結構上直接設置位移傳感器的方式來獲取，以防止位移傳感器因水上基樁結構的初始移動而造成的測量誤差。

進一步的，為了便于工作人員能夠得到較好的承載力曲線，以提升對水上基樁結構的水平承載能力的評估精度。在根據(jù)靜力荷載和位移繪制承載力曲線，并通過承載力曲線對水上基樁結構的水平承載能力進行評估的步驟中，還包含以下子步驟：判斷是否存在斜率變化率大于預設值的承載力曲線，若是，則選取斜率變化率大于預設值的承載力曲線，并根據(jù)選取的承載力曲線中靜力荷載所達到的最大極限值，確定水上基樁結構的最大水平承載力；若否，則選取斜率變化率小于預設值的承載力曲線，并根據(jù)選取的承載力曲線中靜力荷載所達到的最大極限值，確定水上基樁結構的最大水平承載力。由此可知，通過得到的多條承載力曲線對水上基樁結構的最大水平承載力進行綜合比較和判斷，可以較好的反映水上基樁結構的最大水平承載力，從而方便工作人員對水上基樁結構的最大水平承載力作出精確的評估。

進一步的，為了便于工作人員對試驗船舶的航速等級進行控制，并確保試驗船舶能夠沿任意方向對水上基樁結構施加外力，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力的步驟中，還包含以下子步驟：在試驗船舶對水上基樁結構施加外力前，通過第二檢測裝置測得試驗船舶的運行參數(shù)；其中，運行參數(shù)包含試驗船舶的航行速度、對水上基樁結構施加的外力的作用方向。

進一步的，為了便于工作人員能夠得到較好的承載力曲線，以提升對水上基樁結構的水平承載能力的評估精度，在水上基樁結構上安裝用于測試變化參數(shù)的第一檢測裝置的步驟中，還包含以下子步驟；在水上基樁結構的受力方向上設置用于檢測水上基樁結構受到外力作用時產生的應變的應變檢測點；通過第一檢測裝置測得檢測點上產生的應變數(shù)據(jù)，并根據(jù)應變數(shù)據(jù)得到水上基樁結構上所承載的水平外載；將水平外載與對應時刻的外力荷載進行對比校驗。

本發(fā)明還提供了一種基于水上基樁結構在水平方向上的承載力的檢測系統(tǒng)，包括：水上基樁結構對應的試驗船舶類型、安裝于水上基樁結構上的第一檢測裝置，與第一檢測裝置通信連接的處理裝置；其中，試驗船舶用于對設置有第一檢測裝置的水上基樁結構施加外力；處理裝置用于根據(jù)試驗船舶在受到外力作用時第一檢測裝置所測得的數(shù)據(jù)，得到水上基樁結構在水平方向上承受的靜力荷載以及水上基樁結構在水平方向上的位移，并根據(jù)靜力荷載和位移的對應關系繪制承載力曲線，以通過承載力曲線對水上基樁結構的水平承載能力進行評估。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明還具有如下有益效果：由于該檢測系統(tǒng)采用了試驗船舶對水上基樁結構進行施加外力的作用方式，充分利用了自然資源和地理條件，從而無須搭建反力系統(tǒng)和相應的基準系統(tǒng)，即可通過處理裝置對第一檢測裝置采集水上基樁結構在受外力作用時所產生的數(shù)據(jù)，得到水上基樁結構在水平方向上的靜力荷載和位移，并以此繪制承載力曲線，從而可方便工作人員根據(jù)該承載力曲線對水上基樁結構在水平方向上的承載力進行評估，以降低檢測成本，節(jié)省時間，并實現(xiàn)對水上基樁結構在水平方向上的承載力的有效檢測。

為了滿足實際應用中的測試需求，外力為試驗船舶對水上基樁結構施加的系纜力,且系纜力的作用方向與水上基樁結構的橫向截面相互平行；第一檢測裝置還包含：套設在水上基樁結構上的支架、與支架相連并用于連接船舶的纜繩；設置在水上基樁結構上，并分別用于檢測水上基樁結構受到系纜力作用時產生的變化參數(shù)的速度傳感器或加速度傳感器；設置在纜繩上的拉力傳感器；與各傳感器電性相連的測試設備。

或者，外力為試驗船舶對水上基樁結構施加的沖擊力，且沖擊力的作用方向與水上基樁結構的橫向截面相互平行；第二檢測裝置還包含：壓力傳感器、設置在水上基樁結構上用于固定壓力傳感器的支撐座、與力傳感器相連的支撐面板；設置在水上基樁結構上，并分別用于檢測水上基樁結構受到沖擊力作用時產生的變化參數(shù)的速度傳感器或加速度傳感器；與各傳感器電性相連的測試設備。由此可知，由于該檢測系統(tǒng)采用了試驗船舶對水上基樁結構進行沖擊或通過借助纜繩對水上基樁結構施加外力的方式，充分利用了自然資源和地理條件，并可在滿足測試精度的前提下，替代反力系統(tǒng)來對水上基樁結構施加外力作用，從而可降低檢測成本，節(jié)省時間。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本第一實施例中水上基樁結構水平承載力的動力檢測方法流程圖；

圖2為本第一實施例中水上基樁結構受力分析時的示意圖；

圖3為本第一實施例中質量塊的結構示意圖；

圖4為本第一實施例中質量塊受力分析時的示意圖；

圖5為本第一實施例中水上基樁結構的外力荷載曲線的示意圖；

圖6為本第一實施例中根據(jù)外力荷載曲線判斷是否終止試驗的流程圖；

圖7為本第一實施例中水上基樁結構的承載力曲線的示意圖；

圖8為本第一實施例中通過承載力曲線對水上基樁結構的水平承載能力進行評估的流程圖；

圖9為本第三實施例中檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖；

圖10為本第三實施例中支架的俯視圖；

圖11為本第三實施例中檢測裝置的電路模塊圖；

圖12為本第四實施例中支架的側視圖；

圖13為本第四實施例中第一檢測裝置的電路模塊圖；

圖14為本第四實施例中支撐面板與壓傳感器相連時的結構示意圖；

圖15為本第四實施例中支撐座固定壓傳感器時的結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

本發(fā)明的第一實施例涉及一種水上基樁結構水平承載力的動力檢測方法，如圖1所示，該檢測方法包含以下步驟：

首先確定根據(jù)待測的水上基樁結構的規(guī)格和設計要求確定對應的試驗船舶類型，如根據(jù)水上基樁結構(如圓柱樁、橢圓樁、方形樁等)的結構尺寸和試驗設計時水上基樁結構所要承受的最大靜力載荷來選擇合適的試驗船舶類型，具體的一種優(yōu)選方式，可參考《港口工程荷載規(guī)范》(JTS144-1-2010)第10.2.5條，并將水上基樁結構最大靜力載荷的五分之一作為對應試驗船舶的系攬力來選取對應的試驗船舶，其中，本實施例僅以圓柱樁作為優(yōu)選的測試對象為例說明。

在水上基樁結構上安裝用于測試變化參數(shù)的第一檢測裝置。

在第一檢測裝置安裝好后，可通過試驗船舶對水上基樁結構施加外力，而第一檢測裝置在這一過程中，會采集相關的參數(shù)數(shù)據(jù)，并根據(jù)試驗船舶在受到外力作用時所測得的數(shù)據(jù)，得到水上基樁結構在水平方向上承受的靜力荷載以及水上基樁結構在水平方向上的位移。

根據(jù)靜力荷載和位移繪制單條或多條承載力曲線，本實施例中，優(yōu)選為多條承載力曲線，并通過承載力曲線對水上基樁結構的水平承載能力進行評估。

通過上述內容可知，由于該檢測方法采用了試驗船舶對水上基樁結構進行施加外力的作用方式，充分利用了自然資源和地理條件，從而無須搭建反力系統(tǒng)和相應的基準系統(tǒng)，即可通過第一檢測裝置采集水上基樁結構上產生的數(shù)據(jù)，并得到水上基樁結構在水平方向上的靜力荷載和位移，進而繪制承載力曲線，從而可方便工作人員根據(jù)該承載力曲線對水上基樁結構在水平方向上的承載力進行評估，以降低檢測成本，節(jié)省時間，并實現(xiàn)對水上基樁結構在水平方向上的承載力的有效檢測。

具體地，在本實施方式中，如圖2所示，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力的步驟中，還包含以下子步驟：外力為試驗船舶對水上基樁結構施加的系纜力,且系纜力的作用方向與水上基樁結構的橫向截面相互平行。

由此可知，通過這種方式，不僅方便了操作，而且還可間接的測量出水上基樁結構在其受外力的作用時所產生的應變，以便于后續(xù)靜力荷載的計算。

并且，在試驗船舶試驗的過程中，為了防止試驗船舶對水上基樁結構施加外力作用時，由于外力作用過大而造成水上基樁結構的結構損傷，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力的步驟中，還包含以下子步驟：試驗船舶在對水上基樁結構初次施加外力后，可開啟動力，按照不同的航速等級對水上基樁結構施加外力。根據(jù)第一檢測裝置記錄對應的變化參數(shù)，得到水上基樁結構上產生的靜力荷載。其中，變化參數(shù)包含：水上基樁結構在受外力作用時產生的速度、加速度、外力荷載。

詳細地，第一檢測裝置還包含：套設在水上基樁結構上的支架、與支架相連并用于連接船舶的纜繩；設置在水上基樁結構上，并分別用于檢測水上基樁結構受到系纜力作用時產生的變化參數(shù)的速度傳感器或加速度傳感器；設置在纜繩上的拉力傳感器；與各傳感器電性相連的測試設備。顯然，在本實施例中，第一檢測裝置也可以同時采用速度傳感器和加速度傳感器分別測得對應的變化參數(shù)，且速度傳感器和加速度傳感器通常設置在水上基樁結構的側壁上，并靠近水上基樁結構的受力區(qū)域，而本實施例對此不作過多舉例和說明。

在第一檢測裝置安裝完成后，可在試驗船舶對水上基樁結構施加外力前，對第一檢測裝置進行校驗。當校驗完成后，首選可使試驗船舶在無動力的作用下通過水流的作用對水上基樁結構進行初次試驗，并再次對第一檢測裝置進行校驗。同時，在試驗期間，試驗船舶要在風浪較小在的環(huán)境下進行試驗，以降低水流、波浪等的擾動而造成的影響。并且在初次試驗時，可采用多次讀取相關參數(shù)數(shù)據(jù)，并取均值的方式作為初次試驗時得到的參數(shù)值。

在此，值得一提的是，為了便于工作人員對試驗船舶的航速等級進行控制，并確保試驗船舶能夠沿任意方向對水上基樁結構施加外力，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力的步驟中，還包含以下子步驟：在試驗船舶對水上基樁結構施加外力前，通過第二檢測裝置測得試驗船舶的運行參數(shù)；其中，運行參數(shù)包含試驗船舶的航行速度、對水上基樁結構施加的外力的作用方向。

詳細地，第二檢測裝置可以由用于檢測試驗船舶的運行軌跡的信號接收機、與信號接收機電性連接的測試儀器構成。其中，該信號接收機可以是GPS信號接收機，也可以是北斗信號接收機等其他類型的，而測試儀器可以是手機，也可以是試驗船舶自帶的導航設備等，以便于用戶根據(jù)具體的情況來組建第檢測裝置不僅方便了用戶的操作，也節(jié)省了成本。

具體地，為了提升測試的精度，避免因采用在水上基樁結構上直接設置位移傳感器而導致出現(xiàn)位移誤差，在第一檢測裝置根據(jù)試驗船舶在受到外力作用時所測得的數(shù)據(jù)，得到水上基樁結構在水平方向上承受的靜力荷載以及水上基樁結構在水平方向上的位移的過程中。

首先通過對水上基樁結構在受外力作用時產生的速度或加速度的數(shù)值進行積分，如公式(1)以獲取水上基樁結構在水平方向上的位移數(shù)值。

u＝∫vdt＝∫∫adtdt (1)

其中，u、v、a分別為水上基樁結構上檢測點處的位移、速度或加速度。

然后通過靜動法對第一檢測裝置測得的變化參數(shù)進行處理，并得到水上基樁結構在不同等級航速的試驗船舶所施加的外力下產生位移時，所對應的靜力荷載。其原理參照圖2和圖3可知：

根據(jù)上述方法得到的外力荷載、位移、速度或加速度，滿足動平衡方程式(2)：

F_d＝F_s+F_v+F_a＝k*u+c*v+m*a (2)

式中：F_d為實測的外力荷載；F_s為所測結構的靜阻力；F_v為所測結構的阻尼力；F_a所測結構的為慣性力；k、c、m分別為所測結構的等效剛度、等效阻尼、等效質量；

通常情況下，對于實際的水上基樁結構，參與結構響應的等效剛度K、等效阻尼c和等效質量m均隨著外載的變化而變化。而由于水上基樁結構在水平方向上受外力荷載與垂直方向上受外力荷載的不同之處在于，對于垂直方向上受外力荷載的水上基樁結構，外載作用于水上基樁結構的頂部，其整體產生向下的位移、速度、加速度，即整體質量m參與結構響應；而對于水平荷載作用下的水上基樁結構，其水上基樁結構上各個點受到的位移、速度、加速度均不相同，如圖3所示，可將樁基分成n個足夠小的質量塊，對每一個質量塊進行受力分析，如圖4所示，并得到如下公式。

對質量塊1，根據(jù)公式(2)，得到公式(3)：

F_d1-F_d2＝k₁u₁+c₁v₁+m₁a₁ (3)

同理，應當有：

F_d2-F_d3＝k₂u₂+c₂v₂+m₂a₂

……

F_dn-1-F_dn＝k_n-1u_n-1+c_n-1v_n-1+m_n-1a_n-1

F_dn＝k_nu_n+c_nv_n+m_na_n

對上述n個式子進行求和，可得：

上述公式(4)可改寫成：

令則公式(5)可改寫為：

F_d1＝Ku₁+Cv₁+Ma₁ (6)

其中，F(xiàn)_dn代表質量塊n所受的外力荷載，u_n、v_n、a_n分別代表質量塊n的位移、速度和加速度。k_n、c_n、m_n分別代表質量塊n的剛度、阻尼和質量。

由公式(6)可以看出，水上基樁結構參與結構響應的等效剛度K、等效阻尼C和等效質量M均隨著外力荷載的變化而變化。

隨著測試技術的進步，目前傳感器已可達到上萬Hz的采集精度，因此選取時間極短范圍內測得的數(shù)據(jù)點，由于間隔時間極短，可認為K、C、M保持不變，從而可聯(lián)立方程求解。為了保證測量的精度和計算的方便，利用位移最大點處速度v＝0的條件，使相應的阻尼力F_v＝0，這樣可通過動平衡方程式(6)推導出公式(7)

F_d＝K*u+m*a(7)；F'＝K'*u' (8)

式中，K'為*根據(jù)公式(7)求得的剛度的數(shù)值組；u'為第一檢測裝置實測的水上基樁結構在不同等級航速的試驗船舶施加外力時產生的最大位移的數(shù)值組；F'為根據(jù)公式(8)求得的靜力載荷的數(shù)值組；

根據(jù)公式(7)即可以求得該位移最大值對應的K值。開展不同等級航速的試驗船舶的沖擊試驗，采用上述方法得到不同位移下所對應的K值，進而可得到K'，*并根據(jù)公式(8)繪制出對應的承載力曲線。并且，需要說明的是，本實施例中除采用靜動法對第一檢測裝置測得的變化參數(shù)進行處理，以得到外力荷載外，還可以采用其他的以結構動力學為基礎的方法，對此，本實施例不作過多的闡述和說明。

另外，值得一提的是，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力作用的過程中，為了防止水上基樁結構在水平方向上所受的承載力過大而導致破損，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力的步驟中，如圖5和圖6所示，還包含以下子步驟：根據(jù)第一檢測裝置測得的水上基樁結構上對應時刻的外力荷載和位移繪制對應的外力荷載曲線。

若外力荷載曲線上對應的參數(shù)的數(shù)據(jù)值大于該參數(shù)對應的預設值時，則終止試驗，否則繼續(xù)試驗。其中，優(yōu)選的，該參數(shù)可以是位移峰值的變化快慢、外力荷載峰值或最大位移值中的一種，而預設值則根據(jù)水上基樁結構的材質而決定。即，當下列中至少有一種情況發(fā)生時，如位移峰值的變化較快，或者外力荷載達到試驗設計時所要求的最大外力荷載峰值，及位移達到最大位移峰值時，即可停止終止試驗(可參考《港口工程樁基規(guī)范》JTS 167-4-2012)。

由此可知，通過第一檢測裝置測得的水上基樁結構上對應時刻的外力荷載和位移來繪制外力荷載曲線，可使得方便工作人員及時的根據(jù)外力荷載曲線來終止試驗，以防止水上基樁結構因受試驗船舶施加的外力過大而造成永久性損傷。

另外，作為優(yōu)選的，為了便于工作人員能夠得到較好的承載力曲線，以提升對水上基樁結構的水平承載能力的評估精度。在根據(jù)靜力荷載和位移繪制承載力曲線，并通過承載力曲線對水上基樁結構的水平承載能力進行評估的步驟中，如圖7和圖8所示，還包含以下子步驟：

判斷是否存在斜率變化率大于預設值的承載力曲線，若是，則選取斜率變化率大于預設值的承載力曲線，并根據(jù)選取的承載力曲線中靜力荷載所達到的最大極限值，確定所述水上基樁結構的最大水平承載力。若否，則選取斜率變化率小于預設值的承載力曲線，并根據(jù)選取的承載力曲線中靜力荷載所達到的最大極限值，確定所述水上基樁結構的最大水平承載力。

詳細地，在根據(jù)選取的承載力曲線中靜力荷載所達到的最大極限值，確定所述水上基樁結構的最大水平承載力的步驟中，首先判斷選取的承載力曲線的個數(shù)是否大于1。若是，將選取的各承載力曲線中靜力荷載所達到的最大極限值進行比較，并將最小的最大極限值作為水上基樁結構的最大水平承載力。若否，則將該承載力曲線中靜力荷載所達到的最大極限值為水上基樁結構的最大水平承載力

由此可知，通過得到的多條承載力曲線對水上基樁結構的最大水平承載力進行綜合比較和判斷，可以較好的反映水上基樁結構的最大水平承載力，從而方便工作人員對水上基樁結構的最大水平承載力作出精確的評估。

其中，需要說明的是，上述預設值由水上基樁結構的材質、結構等決定。而在實際應用中，對于承載力曲線的判斷標準，除了采用斜率變化率，還可以采用其他的判斷標準，如曲線的拐點、極值等判斷，因此，本實施例中對于承載力曲線的判斷標準采用何種類型，不作具體的限定和過多的闡述。

詳細地，在實際操作中，為了較好的保證在不同航速等級下試驗船舶對水上基樁結構進行施加外力時，第一檢測裝置對外力荷載的測量精度，在同一航速等級下，試驗船舶可對水上基樁結構進行多次施加外力，并記錄相關的變化參數(shù)，以繪制出多條對應的承載力曲線。

另外，需要說明的是，為了進一步保證第一檢測裝置所測的外力荷載的精度，在本實施例中，在水上基樁結構上安裝用于測試變化參數(shù)的第一檢測裝置的步驟中，還包含以下子步驟；在水上基樁結構的受力方向上設置用于檢測水上基樁結構受到外力作用時產生的應變的應變檢測點；通過第一檢測裝置測得檢測點上產生的應變數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述應變數(shù)據(jù)得到水上基樁結構上所承載的水平外載；將水平外載與對應時刻的外力荷載進行對比校驗。

具體步驟如下所示，在待測的水上基樁結構上選取多個相互平行的測試斷面，且各測試斷面所處的平面與水上基樁結構的軸線相互垂直，并在各測試斷面的相對兩側上確定用于檢測測試斷面所受應力的應變檢測點，并在各檢測點上安裝對應的應變傳感器，并將各應變傳感器和對應的測試設備電性連接，如電線連接，或無線通信連接等。

其中，b₀為各測試斷面上相鄰的檢測點之間的間距；Δε為各測試斷面的相對兩側的檢測點處所測的應變差值的絕對值；EI為所述樁基測試段的抗彎剛度；ΔH為相鄰的兩個測試斷面之間的間距，ΔM為相鄰兩截面的彎矩的差值；F為樁基測試段上產生的外力荷載。此外，值得一提的是，第一檢測裝置需要采用防雨、防曬和防碰撞等措施，以防止第一檢測裝置在使用過程中出現(xiàn)損傷。

本發(fā)明的第二實施例涉及一種水上基樁結構水平承載力的動力檢測方法，本第二實施例與第一實施例大致相同，其不同之處在于，在本第一實施例中，外力為試驗船舶對水上基樁結構施加的系纜力，而在本第二實施例中，在試驗船舶對水上基樁結構施加外力的步驟中，還包含以下子步驟：外力為試驗船舶對水上基樁結構施加的沖擊力，且沖擊力的作用方向與水上基樁結構的橫向截面相互平行。

由此可知，通過這種方式，不僅方便了操作，而且還可間接的測量出水上基樁結構的樁基在其受外力的作用時所產生的應變，以便于后續(xù)靜力荷載的計算。

本發(fā)明的第三實施例涉及一種基于水上基樁結構在水平方向上的承載力的檢測系統(tǒng)，如圖9所示，包括：水上基樁結構對應的試驗船舶類型、安裝于待測水上基樁結構上的第一檢測裝置，與第一檢測裝置通信連接的處理裝置。

其中，試驗船舶用于對設置有第一檢測裝置的水上基樁結構施加外力。

處理裝置用于根據(jù)試驗船舶在受到外力作用時第一檢測裝置所測得的數(shù)據(jù)，得到水上基樁結構在水平方向上承受的靜力荷載以及水上基樁結構在水平方向上的位移，并根據(jù)靜力荷載和位移的對應關系繪制承載力曲線，以通過承載力曲線對水上基樁結構的水平承載能力進行評估。

通過上述內容可知，由于該檢測系統(tǒng)采用了試驗船舶對水上基樁結構進行施加外力的作用方式，充分利用了自然資源和地理條件，從而無須采用搭建反力系統(tǒng)和相應的基準系統(tǒng)，即可通過處理裝置對第一檢測裝置采集水上基樁結構在受外力作用時產生的數(shù)據(jù)，得到水上基樁結構在水平方向上的靜力荷載和位移，并以此繪制承載力曲線，從而可方便工作人員根據(jù)該承載力曲線對水上基樁結構在水平方向上的承載力進行評估，以降低檢測成本，節(jié)省時間，并實現(xiàn)對水上基樁結構在水平方向上的承載力的有效檢測。

具體的說，在本實施方式中，如圖9、圖10和圖11所示，外力為試驗船舶對水上基樁結構5施加的系纜力,且系纜力的作用方向與水上基樁結構5的橫向截面相互平行，第一檢測裝置還包含：套設在水上基樁結構5上的支架、與支架相連并用于連接船舶的纜繩1；設置在水上基樁結構5上，并分別用于檢測水上基樁結構5受到系纜力作用時產生的變化參數(shù)的速度傳感器或加速度傳感器；設置在纜繩1上的拉力傳感器2；與各傳感器電性相連的測試設備(圖中未標示)。

由此可知，由于該檢測系統(tǒng)通過借助纜繩1，使得試驗船舶對水上基樁結構5施加外力，從而充分利用了自然資源和地理條件，并可在滿足測試精度的前提下，替代反力系統(tǒng)來對水上基樁結構5施加外力作用，從而可降低檢測成本，節(jié)省時間。同時，需要說明的是，在本實施方式中，作為優(yōu)選的，僅采用加速度傳感器(圖中未標示)來測量水上基樁結構受到拉力作用時產生的加速度數(shù)值，并通過處理裝置對加速度數(shù)值積分得到水上基樁結構受到拉力作用時產生的位移數(shù)值、速度數(shù)值等，，且加速度傳感器通常設置在水上樁基的側壁上，并靠近支架，以保證在滿足測量精度的情況下，降低生產成本。

詳細地，如圖10所示，支架包含：與水上基樁結構5相連的第一本體，分別與第一本體和纜繩1相連的第二本體。其中，第一本體上開設有用于容納水上基樁結構5的鏤空部(圖中未標示)，且鏤空部的形狀與水上基樁結構5的橫向截面的形狀相適配。

由此可知，支架是由第一本體和第二本體構成，并且由于第一本體具有一個容納水上基樁結構5的鏤空部，且鏤空部的形狀與水上基樁結構5的橫向截面的形狀相適配，從而可使得支架緊密的套設在水上基樁結構5上，同時由于支架通過第二本體與纜繩1相連，從而使得水上基樁結構5在受外力的作用時，水上基樁結構5的受力方向是沿水平方向的。

并且，上述第二本體的縱向與水上基樁結構5的縱向相互平行。

由此可知，由于第二本體的縱向與水上基樁結構5的縱向相互平行，從而可方便工作人員將纜繩1系在試驗船舶上，并使得纜繩1在試驗船舶航行的過程中，始終沿水平方向對水上基樁結構5進行施加拉力，進而可最大限度地保證力學傳感器所測得的外力荷載為水上基樁結構5在水平方向上所承受的外力荷載。

值得說的是，在本實施例中，如圖10和圖12所示，作為優(yōu)選，第一本體可以由用于套設在樁基上的抱箍6、分別與抱箍6和第二本體相連的鋼板4組成。而第二本體可以為系纜柱3。

另外，為了提升第一檢測裝置的測試精度，第一檢測裝置還包含用于檢測水上基樁結構5受到外力時所產生應變的應變傳感器，其中，應變傳感器用于檢測設置在水上基樁結構5受力方向上的應變檢測點上產生的應變數(shù)據(jù)(其應變傳感器設置的具體位置可參照上述實施例)。而第一檢測裝置可根據(jù)所述應變數(shù)據(jù)得到水上基樁結構5上所承載的水平外載，并將水平外載與對應時刻的外力荷載進行對比校驗。

并且，優(yōu)選的，為了降低應變傳感器的測量誤差，上述應變傳感器為電阻式應變傳感器，同時第一檢測裝置還包含：與應變傳感器的電阻應變片橋接的溫度補償片，且該溫度補償片和該電阻應變片鄰近設置，以使得電阻應變片和溫度補償片處于相同的光照區(qū)域。

另外，為了便于工作人員對試驗船舶的航速等級進行控制，并確保試驗船舶能夠沿水平方向對水上基樁結構5施加外力作用，上述檢測系統(tǒng)還包括用于測得試驗船舶的運行參數(shù)的第二檢測裝置。其中，第二檢測裝置主要由用于檢測試驗船舶的運行軌跡的信號接收機、與信號接收機電性連接的測試儀器構成。

詳細地，該信號接收機可以是GPS信號接收機，也可以是北斗信號接收機等其他類型的，而測試儀器可以是手機，也可以是試驗船舶自帶的導航設備等，因此，在本實施例中，對于信號接收機和測試儀器具體為何種類型不作具體的限定和說明。并且，上述處理裝置可以為臺式電腦、筆記本電腦等智能終端，以根據(jù)第一檢測裝置采集的數(shù)據(jù)得到靜力荷載等其他數(shù)據(jù)，并繪制出對應的靜力荷載曲線，且優(yōu)選的，第一檢測裝置中的測試裝備則可以為多功能記錄儀，如TMR(Tokyo Multi-Recorder)等，用于將各傳感器測得的數(shù)據(jù)傳輸給處理裝置，并繪制外力荷載曲線等。

本發(fā)明的第四實施例涉及一種基于水上基樁結構5在水平方向上的承載力的檢測系統(tǒng)，本發(fā)明的第四實施例與本發(fā)明的第三實施例大致相同，其不同之處在，在本第三實施例中，試驗船舶對水上基樁結構5作用的外力為系纜力，且第一檢測裝置包含支架、纜繩1、拉力傳感器2等，而在本第四實施例中，如圖13、圖14和圖15所示，外力為試驗船舶對水上基樁結構5施加的沖擊力，且沖擊力的作用方向與水上基樁結構5的橫向截面相互平行，而第一檢測裝置包含壓力傳感器7、設置在水上基樁結構5上用于固定壓力傳感器7的支撐座9、與壓傳感器相連的支撐面板8。設置在水上基樁結構5上，并分別用于檢測水上基樁結構5受到沖擊力作用時產生的變化參數(shù)的速度傳感器或加速度傳感器；與各傳感器電性相連的測試設備。

通過上述內容不難發(fā)現(xiàn)，由于該檢測系統(tǒng)采用了試驗船舶對水上基樁結構5進行沖擊的方式，充分利用了自然資源和地理條件，并可在滿足測試精度的前提下，替代反力系統(tǒng)來對水上基樁結構5施加外力作用，從而可降低檢測成本，節(jié)省時間。同時，需要說明的是，在本實施方式中，作為優(yōu)選的，僅采用加速度傳感器(圖中未標示)來測量水上基樁結構5受到沖擊力作用時產生的加速度數(shù)值，并通過處理裝置對加速度數(shù)值積分得到水上基樁結構5受到沖擊力作用時產生的位移數(shù)值、速度數(shù)值等，且加速度傳感器通常設置在水上樁基的側壁上，并靠近支撐座，以保證在滿足測量精度的情況下，降低生產成本。

具體地，如圖14和圖15所示，壓力傳感器7和支撐座9的個數(shù)為大于1的整數(shù)，且位置關系一一對應。其中，至少有一壓力傳感器7位于支撐面板8的中心，且其余的力傳感器以支撐面板8的中心為中心等距環(huán)繞設置。并且，在本實施例中，作為優(yōu)選的，壓力傳感器7和支撐座9的個數(shù)為5個。并且，如圖7所示，僅以五個傳感器為例作簡要說明，在實際運行的過程中，試驗船舶在沖擊支撐面板8時，支撐面板4在試驗船舶的沖擊下被擠壓，從而使得各壓力傳感器3測得相應的壓力數(shù)值，并將測得的壓力數(shù)值求和，作為沖擊船舶的對水上樁基在水平方向上產生的外力荷載。

由此可知，由于支撐座9上等距環(huán)繞設置在支撐面板8上，且至少有一支撐座9設置在支撐面板8的中心，因而使得各壓力傳感器7也在等距環(huán)繞設置在支撐面板8上，且至少有一壓力傳感器7位于支撐面板8的中心，從而使得壓力傳感器7的受力也較為均勻，以確保即使在試驗船舶的沖擊角度發(fā)生改變的情況下，仍能通過各壓力傳感器7測得相應的壓力數(shù)值的的求和，保證得出的外力荷載的準確性。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限定，僅僅參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明。本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍。