專利名稱：基樁地基模型分析方法及用于該方法的試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑、橋梁工程基樁地基反力試驗(yàn)與分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基樁地基模型分析方法及用于該方法的試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
目前，在建筑、橋梁工程領(lǐng)域，樁的水平承載力和壓屈穩(wěn)定設(shè)計(jì)計(jì)算，普遍是采用Winkler假設(shè)的線彈性地基模型，因?yàn)槠浠靖拍蠲鞔_，計(jì)算較為簡單，當(dāng)基樁撓曲變形較小時(shí)，假設(shè)與實(shí)際比較吻合。該線彈性地基反力數(shù)學(xué)模型可用式(I)表示:q(x)=mb0x"y=ky(I)其中式(I)中q(x)為地基反力，X是樁在地面或局部沖刷線以下的計(jì)算深度，m是地基系數(shù)的比例系數(shù)，h是樁身計(jì)算寬度，ω是反映地基反力隨深度變化的指數(shù)，y為樁身撓曲位移，k即為地基系數(shù)。對(duì)線彈性地基模型的假設(shè)與計(jì)算，根據(jù)對(duì)地基系數(shù)k隨X的變化取不同形式，又可分為常數(shù)法、K法、C法 和m法等方法，具體為:
(I)常數(shù)法該法由我國張有齡于上世紀(jì)30年代提出(1937年)，國外又稱“張氏法”。此方法假定樁側(cè)土體地基系數(shù)k沿深度不變，S卩ω=0。試驗(yàn)證明在地面處土體實(shí)際側(cè)向抗力很小，該放法與實(shí)際情況相矛盾，因此對(duì)地面及以下不深的地基，該法不適應(yīng)。(2)Κ法該法由前蘇聯(lián)安蓋爾斯基于1937年提出，曾在我國廣泛采用。K法假定樁側(cè)土地基系數(shù)在第一撓曲變形零點(diǎn)至地面間隨深度增加呈凹形拋物線增長，而在第一撓曲變形零點(diǎn)以下則為常數(shù)。該法在假定、推導(dǎo)方面存在諸多問題，我國已不再使用。(3) C法該法于1964年由日本久保浩一提出。C法假定地基系數(shù)沿深度呈拋物線增加，g卩ω=0.5。由于該法的ω不為整數(shù)，對(duì)基樁的微分方程求解極為復(fù)雜。另有研究表明，ω可能在0.1 2.0之間變化，難以確定ω的準(zhǔn)確值。(4)m法該法由原蘇聯(lián)引入，我國鐵路部門經(jīng)過大量試驗(yàn)與研究后提出了新的m推薦值。“m法”假定地基系數(shù)隨深度呈線性增長關(guān)系。國內(nèi)外許多學(xué)者通過試驗(yàn)和理論分析，證實(shí)在一定條件下，非粘性土和正常固結(jié)粘性土的地基系數(shù)隨深度的變化增長關(guān)系可與線性假設(shè)接近，因此在樁的水平承載力和壓屈穩(wěn)定設(shè)計(jì)計(jì)算中被普遍采用。目前我國鐵路、公路橋梁及建筑樁基規(guī)范均推薦使用“m法”。根據(jù)“m法”，對(duì)式⑴中取ω=1，樁彈性曲線微分方程可寫成如式⑵形式:
權(quán)利要求
1.基樁地基模型分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、建立被測(cè)樁(3)—土相關(guān)作用的離散彈簧支撐模型； 設(shè)地基為任意分層構(gòu)造，所述被測(cè)樁(3)為非嵌巖樁體，將其分割成若干小段，即λ Pλ2- λ η樁段，根據(jù)線彈性地基反力數(shù)學(xué)模型公式:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基樁地基模型分析方法，其特征在于，所述步驟一中被測(cè)樁(3)的每小段分段長度可取0.5— I倍被測(cè)樁(3)樁徑或樁寬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基樁地基模型分析方法，其特征在于，所述步驟四中地基系數(shù)k隨X的變化取不同形式，通過測(cè)定樁(3)在地面處的水平位移y。和轉(zhuǎn)角Θ。雙參數(shù)，可建立的地基反力計(jì)算模型及參數(shù)包括: “m法”模型:假定地基系數(shù)隨深度線性變化，現(xiàn)場試樁僅需要測(cè)定被測(cè)樁(3)的水平加載力Hs，以及水平位移y。和轉(zhuǎn)角Θ。兩者中任意一個(gè)參數(shù)，代入所述編制的相應(yīng)電算程序可以對(duì)m值進(jìn)行搜索，以獲得滿足工程條件的解； 曲線模型:具體方法是可先設(shè)定ω，對(duì)m在可取值范圍內(nèi)根據(jù)所述地基反力分析的基本方程中Ay式編制相應(yīng)電算程序進(jìn)行一維搜索，當(dāng)m值滿足所述AyS條件后，以所述式Δ e對(duì)ω進(jìn)行一維搜索，依次交替進(jìn)行，最后確定m、ω的值； 折線模型:設(shè)地基反力系數(shù)在地面以下一定深度hz時(shí)，k隨深度線性變化；在此深度以下k為常數(shù)不變；數(shù)學(xué)運(yùn)算采用逼近法，編制相應(yīng)電算程序；先預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度hz值，由所述地基反力分析的基本方程分別計(jì)算m值，然后調(diào)整轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度hz值，使兩式計(jì)算m值趨于一致; 分層模型:通過試樁測(cè)定被測(cè)樁(3)樁側(cè)土體兩層土質(zhì)的Hl1和Hl2值，兩層土的反力隨深度變化指數(shù)取ω =1，或下層反力系數(shù)k取常數(shù)；采用數(shù)學(xué)逼近法，首先確定上層土深度hf，預(yù)設(shè)下層土地基反力比例系數(shù)Hi1、，由所述地基反力分析的基本方程分別計(jì)算上層土比例系數(shù)m2,再電算搜索IH1,使兩式計(jì)算的m2值趨于一致。
4.一種用于基樁地基模型分析方法的基樁地基試驗(yàn)裝置，包括設(shè)于地面的基準(zhǔn)梁(11)、基準(zhǔn)樁(12)，其特征在于，所述基準(zhǔn)梁(11)內(nèi)設(shè)有被測(cè)樁(3)和至少一個(gè)反力樁(7)，所述反力樁(7)、被測(cè)樁(3)表面分別設(shè)有支座(4);所述兩個(gè)支座(4)之間連接有千斤頂(6)和力傳感器(5)，所述力傳感器(5)通過力傳感控制器(2)進(jìn)行控制，并保證所述千斤頂(6)作用力水平且分別與所述反力樁(7)樁身軸線、被測(cè)樁(3)樁身軸線均處于同一平面；在所述被測(cè)樁(3)上設(shè)有能測(cè)量所述被測(cè)樁(3)轉(zhuǎn)角的測(cè)角裝置，在所述被測(cè)樁(3)和基準(zhǔn)梁(11)之間設(shè)有測(cè)量所述被測(cè)樁(3)水平位移的位移測(cè)量裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基樁地基試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述測(cè)角裝置為位于所述被測(cè)樁(3)頂部的水平儀測(cè)角裝置(10)，所述水平儀測(cè)角裝置(10)包括設(shè)置在被測(cè)樁樁頂(17)的固定架(13)，所述固定架(13)上相對(duì)被測(cè)樁(3)軸線垂直連接有擱板(15)，所述擱板(15)上設(shè)有能測(cè)量并記錄所述被測(cè)樁樁頂(17)轉(zhuǎn)角的合像水平儀(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基樁地基試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述位移測(cè)量裝置包括設(shè)置在被測(cè)樁(3)與基準(zhǔn)梁(11)之間兩組位移計(jì)(8，9)，其中每組位移計(jì)(8，9)包括至少一個(gè)位移計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基樁地基試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述兩組位移計(jì)(8，9)相互平行，其中每組位移計(jì)(8，9)包括兩個(gè)所述位移計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基樁地基試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述位移計(jì)(8，9)為百分表或位移傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基樁地基試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述支座(4)為球形支座。
全文摘要
本發(fā)明公開了基樁地基模型分析方法及用于該方法的試驗(yàn)裝置，其基樁地基模型分析方法包括建立被測(cè)樁—土相關(guān)作用的離散彈簧支撐模型、構(gòu)建被測(cè)樁的內(nèi)力及變形方程以及傳遞矩陣、被測(cè)樁地基反力分析基本方程、建立不同地基反力模型并編制相應(yīng)電算程序、現(xiàn)場布置基樁地基試驗(yàn)裝置、測(cè)量被測(cè)樁在地面處水平位移和轉(zhuǎn)角、根據(jù)電算程序計(jì)算分析并確定相應(yīng)地基反力模型參數(shù)；其所用基樁地基試驗(yàn)裝置包括設(shè)于地面的基準(zhǔn)梁、基準(zhǔn)樁、反力樁、被測(cè)樁，所述反力樁、被測(cè)樁之間連接有千斤頂和力傳感器，在所述被測(cè)樁上設(shè)置有測(cè)角裝置和位移測(cè)量裝置。本發(fā)明通過現(xiàn)場試樁，即可對(duì)基樁地基建立多種假設(shè)模型，能確定其相關(guān)模型參數(shù)，具有一定通用性。
文檔編號(hào)E02D33/00GK103195112SQ20131013520
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者劉成毅, 李玲 申請(qǐng)人:四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院