一種預(yù)制開口混凝土管樁樁身內(nèi)壁剪應(yīng)力測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于管粧內(nèi)壁剪應(yīng)力測試設(shè)備及工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種地基與基礎(chǔ)工程中預(yù)制混凝土管粧貫入及休止階段粧壁剪應(yīng)力的測試設(shè)備及方法，特別是一種預(yù)制開口混凝土管粧粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力測試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]預(yù)制開口混凝土管粧具有產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、運輸方便、穿透力強、施工方便、承載力高、無泥漿污染等優(yōu)點，在我國東南沿海地區(qū)應(yīng)用廣泛。目前，預(yù)制開口混凝土管粧沉粧方式主要有振動法、錘擊法及靜力壓粧法三種形式，相比其他沉粧方法，靜力壓粧法是利用粧機自重及配重將預(yù)制粧送至預(yù)定深度的一種施工工藝，該方法施工過程中無噪聲及振動影響，較為環(huán)保，在對施工環(huán)境要求較高的市區(qū)應(yīng)用廣泛。預(yù)制開口混凝土管粧屬部分?jǐn)D土粧，貫入過程中因粧端開口土體涌入粧內(nèi)腔形成土塞，土塞的存在使預(yù)制開口混凝土管粧貫入及承載性狀不同于實體粧，預(yù)制開口混凝土管粧粧身外壁剪應(yīng)力測試大多通過粧身外壁安裝測試元件獲得，傳統(tǒng)的測試元件易受測試環(huán)境影響，導(dǎo)致粧身外壁剪應(yīng)力測試準(zhǔn)確度不高?；捝硗獗诎惭b電阻式應(yīng)變片貫入過程中易受粧周土體磨損破壞，導(dǎo)致應(yīng)變片可靠性及成活率不高，測試精度不能保證；應(yīng)變式鋼筋應(yīng)力計及振弦式鋼筋應(yīng)力計較應(yīng)變片穩(wěn)定，但需與鋼筋焊接才能進(jìn)行測試，不適用于預(yù)制開口混凝土管粧粧身剪應(yīng)力測試；傳統(tǒng)的FBG傳感器體積大，粧身開槽面積較大，對粧身彈性模量造成一定損傷并且封裝后粧土界面摩擦性狀與完整粧體也有一定差異，導(dǎo)致粧土摩擦系數(shù)發(fā)生變化，測試精度不高，而且預(yù)制開口混凝土管粧內(nèi)徑小，大體積傳感器安裝不易進(jìn)行，測試較為困難。因此，大多數(shù)情況下將粧內(nèi)壁剪應(yīng)力等效為粧外壁剪應(yīng)力，然而貫入過程中預(yù)制開口混凝土管粧管腔內(nèi)土塞受到擠壓，土體物理力學(xué)性狀不同于粧外壁土體，勢必造成粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力不同于外壁剪應(yīng)力，粧內(nèi)壁剪應(yīng)力的測試對預(yù)制開口混凝土管粧沉粧性狀及長期承載特性研宄具有重要意義。因此，尋求一種預(yù)制開口混凝土管粧粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力測試裝置及方法，準(zhǔn)確測定貫入及休止階段粧內(nèi)壁剪應(yīng)力，更好地完善預(yù)制開口混凝土管粧粧土界面剪切機理，提升預(yù)制開口混凝土管粧貫入機理及承載特性研宄理論。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，在不破壞粧身完整性及保證粧土摩擦系數(shù)不變的前提下，提供一種預(yù)制開口混凝土管粧粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力測試裝置及方法。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述預(yù)制開口混凝土管粧粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力測試裝置的主體結(jié)構(gòu)包括裸FBG傳感器、光纖連接線、鎧裝光纜、光柵傳感分析儀、計算機、預(yù)鉆孔、連接線端頭和粧身，各個裸FBG傳感器之間用光纖連接線串聯(lián)后分別設(shè)置在粧身的內(nèi)壁和外壁上組成內(nèi)壁光纖串和外壁光纖串，裸FBG傳感器的間距和數(shù)量根據(jù)施工現(xiàn)場的土層確定；粧身的頂端設(shè)有預(yù)鉆孔，粧身的內(nèi)壁和外壁上分別豎向均勻刻有三道淺槽，內(nèi)壁光纖串和外壁光纖串分別與淺槽的底面采用高強粘結(jié)劑粘結(jié)牢固，內(nèi)壁光纖串和外壁光纖串的表面采用環(huán)氧樹脂封裝保護(hù)，光纖連接線的端部連接有鎧裝光纜，鎧裝光纜的端部設(shè)有連接線端頭，外壁光纖串上的光纖連接線通過預(yù)鉆孔由粧身內(nèi)壁引出，內(nèi)壁光纖串上的光纖連接線直接由粧身的內(nèi)壁引出，內(nèi)壁光纖串和外壁光纖串分別通過鎧裝光纜端部的連接線端頭與光柵傳感分析儀連接，光柵傳感分析儀與計算機連接組成數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明采用預(yù)制開口混凝土管粧粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力測試裝置進(jìn)行粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力測試，其具體測試過程為:
[0006](I)、在粧身的內(nèi)壁和外壁上周向間隔120°沿粧身軸線方向分別畫3條定向線，然后沿定向線切割出寬15mm、深15mm的淺槽，將淺槽清掃干凈后將3條內(nèi)壁光纖串和3條外壁光纖串分別在內(nèi)壁和外壁上沿淺槽方向布設(shè)安裝，并用高強粘結(jié)劑將3條內(nèi)壁光纖串和3條外壁光纖串與淺槽底部粘結(jié)牢固，然后用環(huán)氧樹脂對3條內(nèi)壁光纖串和3條外壁光纖串進(jìn)行封裝保護(hù)；
[0007](2)、環(huán)氧樹脂強封裝完成后，在粧身的頂端用鉆孔機鉆制直徑為20mm的預(yù)鉆孔，并將外壁光纖串從預(yù)鉆孔沿粧身的內(nèi)壁引出，內(nèi)壁光纖串直接由粧身內(nèi)壁引出，然后將內(nèi)壁光纖串、外壁光纖串與鎧裝光纜以熔接的方式連接；
[0008](3)、利用靜壓粧機上自帶旋轉(zhuǎn)吊車將粧身貫入粧箍內(nèi)，然后將鎧裝光纜通過連接線端頭與光柵傳感分析儀連接，然后將光柵傳感分析儀與計算機連接組成光纖傳感測試系統(tǒng)，并對光纖傳感測試系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試；
[0009](4)、分別記錄粧身貫入開始前內(nèi)壁光纖串、外壁光纖串上裸FBG傳感器的初始波長讀數(shù)，然后每間隔I秒記錄貫入過程中內(nèi)壁光纖串、外壁光纖串上裸FBG傳感器的波長，計算出各個截面處裸FBG傳感器波長變化，根據(jù)波長變化反算出貫入過程中粧內(nèi)壁剪應(yīng)力與粧外壁剪應(yīng)力大?。?br>[0010](5)、在休止期內(nèi)每間隔2天記錄內(nèi)光壁纖串、外壁光纖串上裸FBG傳感器波長變化，根據(jù)波長變化獲得休止期內(nèi)粧內(nèi)壁剪應(yīng)力及外壁剪應(yīng)力大小，完成對預(yù)制開口混凝土管粧粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力的測試。
[0011]本發(fā)明分別利用下列公式獲得貫入過程中及休止期內(nèi)壁剪應(yīng)力及外壁剪應(yīng)力大小:
[0012]f?= ΕΑ(Δ λ ω-Δ An)/(KshJ (I)
[0013]fjj = EA ( Δ λ 廠 Λ λ J) / (Kshij) (2)
[0014]式中，f.,匕分別為粧身內(nèi)壁裸FBG傳感器m、η之間剪應(yīng)力，粧身外壁裸FBG傳感器1、j之間剪應(yīng)力；E為預(yù)制開口混凝土管粧粧身彈性模量；A為預(yù)制開口混凝土管粧粧身截面積；Δ Am，Δ λ別為粧內(nèi)壁裸FBG傳感器m、η波長變化；Δ λ ρ Δ λ」分別為粧外壁裸FBG傳感器1、j波長變化；KS為粧身裸FBG傳感器應(yīng)變靈敏系數(shù)；h ?，別為粧內(nèi)壁傳感器m、η，粧外壁傳感器1、j之間的距離。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在預(yù)制開口混凝土管粧粧身內(nèi)、外壁分別安裝裸FBG傳感器，并用光纖串聯(lián)在一起形成內(nèi)壁光纖串及外壁光纖串，在管粧貫入過程中粧身內(nèi)壁土塞、外壁土體分別對粧身內(nèi)、外壁產(chǎn)生剪切作用，致使裸FBG傳感器波長發(fā)生變化，利用貫入前后波長變化可以求得傳感器截面處粧身內(nèi)、外壁軸力，進(jìn)而獲得預(yù)制開口混凝土管粧粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力及外壁剪應(yīng)力，該方法利用裸FBG傳感器直徑細(xì)、體積小、安裝靈活方便的特點，并結(jié)合光纖光柵傳感測試技術(shù)測量精度高、受環(huán)境因素影響小、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢實現(xiàn)了貫入過程中粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力測試，并將其延伸至休止期內(nèi)粧身內(nèi)壁剪應(yīng)力測試，其裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低，測試結(jié)果精確，同時實現(xiàn)了對粧身內(nèi)壁和外壁剪應(yīng)力的測試。
【附圖說明】
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[0016]圖1為本發(fā)明所述內(nèi)壁光纖串上裸FBG傳感器布