[發明專利]一種模擬波浪荷載的鋼管樁水平循環實驗裝置

在審

• 申請號: 201710113179.5
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN107059952A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 張鴻;關欣;居炎飛;張陽;謝鋒;王凱默
• 申請（專利權）人: 中交武漢港灣工程設計研究院有限公司;武漢港灣工程質量檢測有限公司
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 俞鴻

技術領域

本發明涉及樁基工程研究技術領域，具體地指一種模擬波浪荷載的鋼管樁水平循環實驗裝置。

背景技術

作為跨海大橋和海上平臺的基礎，鋼管樁往往會承受波浪等多種水平荷載，這些動力循環荷載通過樁基作用于樁側土中，導致樁側摩阻力降低，另外在波浪沖擊樁基礎時，樁身對土體會產生相應的擠壓作用，同時土體也會反作用在樁體上造成樁體自身結構的變形。尤其在施工階段，海洋深水環境中的鋼管樁處于單樁狀態，在波浪及水流作用下，樁頂很容易發生較大的位移，水深大，自由端懸臂時間長，在長期循環荷載作用下，由于振動效應的重復累加，鋼管樁又容易產生疲勞破壞，不僅造成安全事故及經濟損失，甚至會極大的破壞海洋環境。

波浪荷載作用下的樁-土系統與短期靜載有明顯不同的作用效應:①在波浪荷載作用下，樁的水平位移會有較大的增大，土的水平地基反力系數減小，水平承載力降低；②當水平位移達到一定程度后，隨著位移的增大土抗力逐漸減小，樁土系統會發生軟化現象。③對于承受波浪等循環荷載的樁，由于荷載循環次數的增加而累積殘余變形，會產生樁的“震蕩”破壞。

基樁水平承載實驗目前國內主要參照兩本規范《港口工程基樁靜載荷實驗規程》JTJ255-2002，《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106-2014)，無論是單向單循環還是單向多循環，規范僅對荷載分級、維持時間、讀數間隔時間等有固定要求。而在波浪荷載作用下樁與土之間的關系錯綜復雜，其作用關系還受到循環次數、加載方式、荷載水平等影響，數據穩定標準也需現場靈活掌握。

雖然國內外大量學者針對水平單調和循環荷載作用下樁基的受力變形分析開展了相應的研究，然而由于開展工程現場實驗的困難，受到側向加荷設備條件的限制，以及問題本身的復雜性，迄今關于水平荷載作用下海洋高樁基礎的現場實測數據仍非常有限。

有人提出了在室內設計實驗結構進行模擬測試，如專利號為“CN105002938A”的名為“一種一維水平循環荷載加載裝置及其實驗方法”的中國發明專利，該專利介紹了一種室內的水平循環荷載加載實驗裝置，該裝置包括水平反力架和豎向反力架，通過設置在豎向反力架上的豎向千斤頂將實驗樁壓入到模型槽中，通過設置在水平反力架上的液壓伺服對實驗樁施加水平荷載，然后通過檢測液壓伺服施加的荷載力對實驗樁荷載情況進行分析，通過該實驗結構模擬鋼管樁受到水平荷載的作用情況，以此來推斷實際情況下的鋼管樁的水平荷載情況。該裝置操作方便，能夠在一定程度上反映實際鋼管樁的水平荷載情況，但是由于該實驗裝置屬于實驗室內的縮尺模型實驗，實驗樁是放置于實驗槽內的軟土層內的，軟土層只能在一定程度上模擬實際鋼管樁的插入地層，但是并不能完全代替，使用人工配制的軟土層作為實驗土層，只能在一定程度上反映鋼管樁的受力情況，并不能準確地反映鋼管樁在原狀土荷載情況。

發明內容

本發明的目的就是要解決上述背景技術的不足，提供一種模擬波浪荷載的鋼管樁水平循環實驗裝置。

本發明的技術方案為：一種模擬波浪荷載的鋼管樁水平循環實驗裝置，其特征在于：包括插打在鋼管樁施工水域附近的陸地上的試樁和反力樁，兩根鋼管樁位于土體之上的樁身之間設置有對兩根鋼管樁施加水平荷載的施力裝置；所述的試樁的樁身上安裝有位移傳感裝置和壓力傳感裝置；所述的位移傳感裝置包括基準梁；所述的基準梁上設置有多個位移傳感器，多個位移傳感器沿豎直方向相對間隔布置于試樁相對于千斤頂一側的管壁上，多個位移傳感器中至少有一個位移傳感器與施力裝置對試樁的施力點處于同一水平面。

進一步的所述的多個位移傳感器中至少有一個位移傳感器與泥面平行、至少有一個位移傳感器與施力裝置對試樁的施力點處于同一水平面、至少有一個位移傳感器位于施力裝置對試樁的施力點的正上方。

進一步的所述的施力裝置包括千斤頂和傳力柱；所述的傳力柱為沿水平方向布置的工字鋼，傳力柱一端固定在反力樁位于土體上方的樁身外側管壁上；所述的千斤頂的殼體固定在傳力柱的另一端，千斤頂的頂推端沿水平方向固定在試樁位于土體上方的樁身外側管壁上。

進一步的所述的施力裝置還包括位于試樁和千斤頂之間的支座；所述的支座朝向試樁的一側設置有貼合試樁管壁的圓弧形端面，支座另一側固定在千斤頂的頂推端上。

進一步的所述的壓力傳感裝置包括位于試樁深入到土體內部的樁身外側管壁上的一組土壓力傳感器組，土壓力傳感器組位于試樁上施力裝置對試樁的作用力的相對一側，土壓力傳感器組包括多個沿豎直方向間隔布置的土壓力傳感器。