[发明专利]基于光纤光栅的桩基动荷载试验系统及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基础结构的试验装置及试验方法，具体涉及一种基于光纤光栅的桩基动荷载试验系统及测试方法。

背景技术

在现有相关工程中，设计时大多沿用静力下的桩基设计方法，很少考虑振动荷载的影响，只能以承载力作为设计控制标准，通过大幅提高承载力作为安全储备的方法进行设计。近年来，随着我国高速铁路建设迅速发展，对高速铁路的高速度、高舒适性、高安全性、高密度连续运营等要求越来越高，这就对其下部基础工程提出了更加严格的要求。高速列车过桥时，由于动力作用，墩身动力响应显著，同时在高速列车荷载作用下，其桥梁桩基必然受到影响，但目前对动载作用下桥梁桩基础的动力特性研究相对较少。列车过桥时，桩的实际工作状态是既受到静力(恒载)作用，又受到动力作用。为了能够在桩顶模拟恒载和交通荷载作用的静动载，开展桩基静动载试验显得尤为重要。由于动荷载相关试验及理论研究的不足，目前对于动荷载下桩基承载及变形特性的认识还远远不够，现有的评价标准严重滞后于工程实践，至今还没有令人满意的设计方法来指导工程设计，因此很有必要针对动荷载作用下的桩基特性开展系统的试验及理论研究，加深对动荷载作用下桩基承载及变形机理的认识。由于对振动的波形的模拟相对困难，能够精确模拟多种波形的动力加载系统比较少，而且能够高速、稳定、精确监测桩基在振动条件下的传感器也比较少。为了能够准确监测动荷载作用下桩基承载及变形情况，使得动荷载下桩基的设计更加趋于理性，安全性更好、经济指标更为合理，开发一种能够对动荷载作用下桩基应力应变监测的系统具有重要的工程实践价值。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于光纤光栅的桩基动荷载试验系统及测试方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于光纤光栅的桩基动荷载试验系统包括：

容土槽，具有由钢筋混凝土制成的侧壁和底壁；

反力架，包括一对平行设置的门形支架，所述门形支架由槽钢立柱和工字钢上横梁通过螺栓连接而成，所述一对门形支架的上横梁中部连接有下横梁，所述槽钢立柱的底部嵌入容土槽的钢筋混凝土侧壁中；

动力加载装置，包括垫板、上铰支座、下铰支座和动荷载施加装置，所述垫板与上铰支座通过螺栓固定于下横梁的中部，所述动荷载施加装置包括液压千斤顶、油泵、冷却系统和控制系统，所述上铰支座与下铰支座分别安装于液压千斤顶的两端，所述控制系统与液压千斤顶控制连接，所述油泵接入液压千斤顶的液压油路，所述冷却系统安装于油泵上；

工程桩，其桩身嵌入容土槽的土中，桩身顶部与下铰支座固定连接，桩身表面安装有传感光纤，所述传感光纤接入光纤光栅动态解调仪和数据处理及保存系统。

使用时，上述试验系统的测试方法包括以下步骤：

1）使用反力架，动力加载装置与容土槽搭建试验系统；

2）将预制好的工程桩表面要埋设传感光纤的位置用砂纸等打磨干净；

3）在打磨干净的位置用调和好的环氧树脂进行涂抹，涂抹后静置；

4）待涂抹的环氧树脂充分凝固之后，用快干胶将拉直的传感光纤固定在环氧树脂层上，然后再用环氧树脂将固定好的传感光纤进行封装，同时记录传感光纤上光纤光栅的位置及长度；

5）在容土槽底部铺设土层，再将预埋好光纤光栅的工程桩放入容土槽内，然后在容土槽中分层布置土层到指定的位置，将工程桩的顶部与液压千斤顶底部的铰支座连接；

6）连接动力加载装置与千斤顶，用动力加载系统对工程桩进行预压，使桩顶与液压千斤顶底部的铰支座紧密接触；

7）将传感光纤连接光纤光栅动态解调仪，利用控制系统调整动荷载，同时记录传感光纤的数据。

有益效果：本发明采用的试验系统与方法，能够可靠地监测动荷载作用下的桩基应力应变。由于采用足尺寸试验，所加载的动荷载比原荷载要小很多，本试验系统将动力加载装置通过高强螺栓固定在反力架上，动力加载装置可以精确模拟任意荷载及波形。其中，反力架装置采用钢结构，容土槽采用钢筋混凝土结构，通过将槽钢浇筑在容土槽的钢筋混凝土中形成一个整体，可以增加整体结构的稳定性；而一下横梁连接于两平行上横梁的中点形成了工字形的稳固结构，可以将动荷载的反作用力均匀地分散到两个门形支架的立柱上，极大地降低了了试验中的动荷载施加后发生偏移或倾斜导致的设备损坏的风险。而在施加动荷载的液压千斤顶两端均安装铰支座，极大地提高了系统的稳定性和测试数据的可靠性，降低了安装与校准的难度。通过控制系统与液压千斤顶可以精确控制动力试验过程中的加载波形和荷载，模拟多种振动波作用。