彈梁式側壁摩阻力儀的製作方法
2023-04-28 20:06:21 1
專利名稱：彈梁式側壁摩阻力儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量設備，尤其涉及一種彈梁式側壁摩阻力儀，可用於測量沉井
和打入樁等剛性結構物的側壁與周圍土體摩阻力，同時也可用於土工模型試驗中土體與結 構側壁之間的摩擦力測試。
背景技術：
大型地下工程中常涉及剛性結構與土體側壁摩阻力問題，如樁側摩阻力、沉井施 工階段側壁與土體摩阻力等。了解摩阻力的真實分布對於結構設計、力學模型研究(如樁 基與樁周土體的接觸力學關係)以及指導工程施工具有重要意義。然而，由於側壁摩阻力 屬於剪應力，直接監測是困難的，目前也缺乏有效的監測儀器，因此實際工程中通常採用間 接監測手段來獲得摩阻力，如使用混凝土應變計或鋼筋計來監測樁的軸力或沉井結構豎向 應力，據此間接計算側摩阻力。該法的缺點是只能獲取兩個計算截面之間的平均摩阻力，而 不能獲得需要考察點的側壁摩阻力；同時，由於實測應變或應力很小，有時與觀測誤差處於 同一個數量級，因此該法的精度很低。 對於沉井施工階段的摩阻力，有時也採用在側面埋設壓力盒的方法，通過測量正 應力並乘以摩擦係數後來換算摩阻力。但該法也存在明顯的缺陷首先是摩擦係數難以準 確測定；其次，即便獲得準確的摩擦係數，若不在臨界滑動摩擦狀態，摩阻力並不等於正應 力與摩擦係數的乘積；此外，有些情況下摩擦力的方向無法確定，如錨碇沉井基礎在承受大 纜拉力後發生偏轉，此時摩阻力的方向有可能發生逆轉。這些都是側面埋設壓力盒方法無 法解決的問題。 在土工模型試驗中，常常也需要模擬和測量土體與模型結構側壁的摩擦力，所面 臨的對象與實際相似，但尺寸更小。也就是說，由於模型試驗一般為縮尺模型，所受荷載及 其響應均很小，因此要求測量儀器具有很高的解析度，這也是目前的一個難點。
發明內容
本發明提供的彈梁式側壁摩阻力儀，解決了上述現有技術中摩阻力測試精度和分 辨率低、受土壓力幹擾以及摩阻力方向無法確定等問題。 本發明包括嵌固板、面板、彈性梁、應變計和保護盒；所述嵌固板和所述面板相互 平行布置，所述嵌固板固定連接在所述保護盒的一端部；所述面板連接在所述保護盒的另 一端部，且所述面板可相對於所述嵌固板平移錯動；所述彈性梁和所述應變計布置在所述 保護盒中，所述彈性梁的兩端分別與所述面板和所述嵌固板固定連接；所述應變計的兩端 分別與所述面板和所述嵌固板固定連接。 本發明的工作原理是土體對面板的摩擦力使面板與嵌固板之間在彈性梁的彈性 約束下平移錯動，該錯動引起應變計長度的變化；由應變計測到的應變值，計算出該平移錯 動的數值；由於該平移錯動值同時也等於彈性梁的撓曲變形量，因此根據彈性梁撓曲變形 量與所受荷載之間的關係，可進一步求出面板所受的摩阻力。
運用本發明提出的彈梁式側壁摩阻力儀監測結構物與土體的摩阻力時，需將其安裝埋設在待測結構物外側表面，測量及計算過程如下1)將彈梁式側壁摩阻力儀安裝在剛性結構側壁預留的孔洞中，使面板外側和剛性結構表面平齊，並保證應變計方向與沉井等結構物的運動方向平行，當結構物發生運動或運動趨勢的時候，土體對面板的摩擦力使面板與嵌固板之間發生平移錯動s ，面板和嵌固板分別固定連接於彈性梁的兩端，受彈性梁的彈性約束作用，S與彈性梁的剛度成反比；2)採用應變計測量應變e，由此求得面板與嵌固板的相對滑移量，也就是彈性梁的撓度，S = el，其中l為應變計長度；3)根據材料力學可得出面板所受的切向力T二 S ，n(12EI)/h3，其中h為彈性梁的高度，EI為截面剛度，n為彈性梁的數目；若採用變截面梁以及考慮儀器製作誤差，實際應用時，面板所受的切向力可根據T二 a *S確定，其中a為率定參數；4)側壁摩阻力t 二T/A，其中A為面板有效面積，即面板外側面與土體接觸的面積。 本發明中所述彈性梁為關鍵傳感元件，是本發明的核心。其特徵是利用了梁式構件的撓曲變形對垂直於梁軸向的力非常敏感、對平行於梁軸向的力不敏感這一特點設計而成。在本發明的實際工作狀態中，面板同時承受土壓力和摩阻力，且土壓力通常要大於摩阻力，不過從力的方向上來看，摩阻力方向垂直於彈性梁，土壓力方向平行於彈性梁。因此，儘管面板所受的土壓力要大於摩阻力，本發明仍然保證了自動篩選我們所關心的摩阻力進行測量，而忽略土壓力的影響，儀器的抗幹擾能力強；其次，由於彈性梁的撓曲變形對摩阻力非常敏感，可以捕捉到微小的摩阻力變化，因此儀器的解析度很高，可以用於土工模型試驗等對解析度具有特殊要求的場合；另外，彈性梁和面板、嵌固板整體焊接為一個彈性變形體，彈性梁的撓曲變形與摩阻力之間具有線性關係，因此可以充分反映摩阻力方向改變等特殊情況，具有良好的穩定性和精度。 作為本發明的改進，在所述保護盒的內側面上設置卡槽，所述面板的側邊配合置於所述卡槽中。 作為本發明的改進，所述彈性梁與所述嵌固板的連接端向外側延長形成一錨固
丄山順。 上述錨固端可令整個儀器與周圍混凝土的連接更加穩定可靠。 作為本發明的改進，所述應變計的兩端分別藉助於一剛性傳遞塊與所述面板和所述嵌固板相互固定連接。 上述剛性傳遞塊方便了應變計與面板和嵌固板之間的連接。 作為本發明的再改進，所述嵌固板、所述面板、所述保護盒、所述彈性梁以及所述剛性傳遞塊均由鋼材料製成。 作為本發明的改進，在所述彈性梁上設置一穿置孔，所述應變計穿過所述穿置孔。
彈性梁上設置便於應變計穿置的穿置孔，由此可令儀器內部結構布置更加合理。
作為本發明的改進，在所述面板的外側面上布置混凝土。 面板上布置混凝土與待測構件同型，以保證儀器和土之間的摩擦係數與實際情況相同。 作為本發明的再改進，在上述面板的外側面上開設若干個槽，所述混凝土充填在每個槽中。 說明書附圖
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圖1是彈梁式側壁摩阻力儀的結構示意 圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，本實施方式中的彈梁式側壁摩阻力儀包括嵌固板1、面板2和保護盒3。所述嵌固板1和所述面板2相互平行布置，嵌固板1固定連接在保護盒3的一端部；面板2連接在保護盒3的另一端部，且面板2可相對於嵌固板1平移錯動。優選地，在上述保護盒3的內側面上設置卡槽3-l，面板2的側邊配合置於卡槽3-1中。
在所述保護盒3中布置第一彈性梁4和第二彈性梁5，上述兩根彈性梁4和5相互平行布置，每根彈性梁的兩端分別與所述面板2和所述嵌固板1固定連接。上述第一彈性梁4與嵌固板1的連接端向外側延長形成第一錨固端4-1 ;相同地，上述第二彈性梁5與嵌固板1的連接端向外側延長形成第二錨固端5-1。上述第一錨固端4-1和第二錨固端4-2都處於保護盒3外。 在所述保護盒3中還布置一應變計6，所述應變計6與所述面板2和所述嵌固板1相互平行，應變計6的兩端分別與所述面板2和所述嵌固板1固定連接。優選地，所述應變計6的一端藉助於第一剛性傳遞塊7與所述面板2相互固定連接，另一端藉助於第二剛性傳遞塊8與所述嵌固板1相互固定連接。優選地，在每根彈性梁上設置一穿置孔9，應變計6穿過穿置孔9。 另外，在所述面板2的外側面上布置混凝土 10。優選地，在上述面板2的外側面上開設若干個槽i-i，混凝土 10充填在每個槽1-1中。 所述嵌固板1、所述面板2、所述保護盒3、所述第一彈性梁4、所述第二彈性梁5、所述第一剛性傳遞塊7和所述第二剛性傳遞塊8均由鋼材料製成。
權利要求
彈梁式側壁摩阻力儀，其特徵在於包括嵌固板、面板、彈性梁、應變計和保護盒；所述嵌固板和所述面板之間相互平行布置，所述嵌固板固定連接在所述保護盒的一端部；所述面板連接在所述保護盒的另一端部，且所述面板可相對於所述嵌固板平移錯動；所述彈性梁和所述應變計布置在所述保護盒中，所述彈性梁的兩端分別與所述面板和所述嵌固板固定連接；所述應變計的兩端分別與所述面板和所述嵌固板固定連接。
2. 根據權利要求1所述的彈梁式側壁摩阻力儀，其特徵在於在所述保護盒的內側面上設置卡槽，所述面板的側邊配合置於所述卡槽中。
3. 根據權利要求1所述的彈梁式側壁摩阻力儀，其特徵在於所述彈性梁與所述嵌固板的連接端向外側延長形成一錨固端。
4. 根據權利要求1所述的彈梁式側壁摩阻力儀，其特徵在於所述應變計的兩端分別藉助於一剛性傳遞塊與所述面板和所述嵌固板相互固定連接。
5. 根據權利要求4所述的彈梁式側壁摩阻力儀，其特徵在於所述嵌固板、所述面板、所述彈性梁、所述保護盒以及所述剛性傳遞塊均由鋼材料製成。
6. 根據權利要求1所述的彈梁式側壁摩阻力儀，其特徵在於在所述彈性梁上設置一穿置孔，所述應變計穿過所述穿置孔。
7. 根據權利要求1所述的彈梁式側壁摩阻力儀，其特徵在於在所述面板的外側面上布置混凝土。
8. 根據權利要求7所述的彈梁式側壁摩阻力儀，其特徵在於在上述面板的外側面上開設若干個槽，所述混凝土充填在每個槽中。
全文摘要
本發明涉及一種彈梁式側壁摩阻力儀，屬於測量設備技術領域。本發明提供的彈梁式側壁摩阻力儀，解決了現有技術中摩阻力測試精度和解析度低、受土壓力幹擾以及摩阻力方向無法確定等問題。彈梁式側壁摩阻力儀包括嵌固板、面板、彈性梁、應變計和保護盒；嵌固板和面板之間相互平行布置，嵌固板固定連接在保護盒的一端部；面板連接在保護盒的另一端部，且面板可相對於嵌固板平移錯動；彈性梁和應變計布置在保護盒中，彈性梁的兩端分別與面板和嵌固板固定連接；應變計的兩端分別與面板和嵌固板固定連接。本發明中的彈梁式側壁摩阻力儀可用於測量沉井和打入樁等剛性結構物的側壁與周圍土體的摩阻力，也可用於室內土工模型試驗等特殊場合。
文檔編號E02D1/00GK101736728SQ200910263089
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月16日 優先權日2009年12月16日
發明者周志芳, 王建, 王錦國, 阮靜, 陳策 申請人:河海大學