[发明专利]预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型及数据测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土建试验模型及方法，尤其是一种建筑结构预应力混凝土管桩的水平承载特性试验模型及数据测试方法。

背景技术

预应力混凝土管桩的水平承载特性研究主要包括管桩单桩的水平承载特性研究、管桩群桩的水平承载特性研究以及管桩群桩承受竖向荷载作用下的水平承载特性研究。由于桩基属于地下工程，不确定因素较多，现场试验受工程的建设工期、环境因素、人为因素的影响，难以全面的多工况的分析研究桩基的承载特性。因此现阶段对于桩基础的研究主要依赖于数值计算、理论分析等方法。但是数值计算等方法受物理参数和本构模型的影响较大，因此计算结果的真实性和精确性难以判定，有时结果跟工程实际相差很大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够较好地控制桩基荷载试验的荷载条件要求，更真实地模拟桩基的实际工作状况，探究管桩单桩和群桩在水平荷载作用下承载特性的试验装置。

本发明采用的技术方案如下:

预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型，包括一个模型槽，所述的模型槽内设有用于承载模型桩的承台，且模型桩的上端嵌入到承台中；在所述的模型槽的上方设有一个与反力架相连的且对承台实施垂直力的竖向液压加载系统，模型槽内侧设有与其连接的且对承台实施水平力的水平液压加载系统，且在所述的承台、模型桩和加载系统上设有监测装置。

所述的监测装置为设置于承台上的千分表和设置于模型桩上的应变片。

所述的竖向加载系统包括载油压千斤顶I、设置于千斤顶I端部的压力传感器I和竖向反力架，所述的竖向反力架活动安装在与其连接的模型槽的顶部，且载油压千斤顶I的竖向安装在竖向反力架的顶部。

所述的水平加载系统包括载油压千斤顶II和设置于千斤顶端部的压力传感器II，所述的载油压千斤顶II水平安装在与其连接的模型槽的上。

所述模型槽包括多个通过螺栓连接在一起的钢板焊接框架单元，在所述的焊接框架单元内嵌有钢化玻璃，所述的钢化玻璃中间部位设置有与外界相通的直径为40mm的排水孔；

所述模型桩为有机玻璃管桩，在其外侧粘贴有电阻应变片。

利用所述的预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型的数据测试方法，如下：

步骤1、测试承台地面处水平位移

在承台的侧面上、下各设一个千分表，利用千分表测量模型桩顶部水平位移量，根据式（1）计算水平荷载作用下模型桩顶部的转角θ_O，则模型桩在地面处水平位移按式（2）或式（3）计算；

X_O＝X_上-L_上×sinθ_O       （式2）

或X_O＝X_下-L_下×sinθ_O       （式3）

式中：θ_O—承台顶的转角；

X_O—承台在地面处的水平位移；

X_上—上千分表到模型桩中心线的水平距离；

X_下—下千分表到模型桩中心线的水平距离；

L_上—上千分表到地面处的竖向距离；

L_下—下千分表到地面处的竖向距离。

步骤2、测试模型桩身的弯矩

模型桩任一横截面处所受到的弯矩可按式（4）计算：

M=EI·(ϵ+-ϵ-)b0]]>       （式4）

式中：b_O—拉压应变测点的间距；

I—模型桩截面对中性轴的惯性矩；

E—模型桩身的挠曲弹性模量，进行弯矩数据分析时均采用各直径模型桩桩挠曲模量实测值；