在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置及方法與流程
2023-11-06 23:15:53
本發明屬於建築工程領域，具體涉及一種對樁承載能力進行測試的裝置。
背景技術：
隨著城市建設的發展，越來越多的複雜工況及施工難題相繼出現，隨之而來的地質災害問題也愈漸顯著。尤其在上海等地下水位較高的軟土地區，當建築上部結構荷重不能平衡地下水浮力的時候，結構的整體或局部就會受到向上浮力的作用，給建築基礎帶來非常不利的影響，需要在建築結構的基礎設置抗拔樁。同時，為了減少碳排放量，達到綠色環保的理念，需要在樁體內埋設換熱器，將深處地層的熱能通過樁體內部換熱器傳導至上部建築或將上部建築內部的熱能通過換熱器傳至地層深處，達到充分利用地熱能進行製冷和供暖的目的，而在製冷和供暖過程中，樁體的膨脹或收縮對其力學性能有很大的影響。因此，對不同溫度下抗拔樁承載能力進行研究有重要意義。
國內外相關學者針對不同溫度對抗拔樁承載能力影響的研究方法主要是理論分析法、數值模擬法以及現場監測法。理論分析法是利用熱力學理論，通過假定對研究模型進行簡化，但在一定程度上不能準確考慮樁與土之間的複雜關係，並且計算量大；數值模擬方法一般需要藉助大型商用軟體，數值模型的建立較為複雜且計算耗時。此外，由於土工測試儀器設備的限制很難獲得精確的土體物理力學參數，由於實際工程情況條件的限制，抗拔樁極限承載力實際上無法通過現場試樁得到，而現場監測法需要投入一定量的人力物力，由於現場預埋測試元件非常容易在施工中受到破壞，所以經常導致延誤監測乃至得到錯誤監測信息。
技術實現要素：
本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在於提供一種在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置及方法。
本發明提供了一種在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置，其特徵在於，包括：樁體模型單元；溫控單元；以及應變信號採集單元，樁體模型單元包括加載儀、樁體以及套管，套管設置在樁體中，加載儀設置在樁體的上方，用於對樁體進行加載，溫控單元包括溫控循環儀、導管以及插入式土壤溫度計，溫控循環儀通過導管與套管相連，插入式土壤溫度計用於插入土壤中來測溫，應變信號採集單元包括應變信號採集儀、設置在樁體外壁上的與應變信號採集儀相連的複數個應變片，用於採集樁體的各個位置在不同溫度情況下承受荷載時的應變數據。
在本發明提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置中，還可以具有這樣的特徵，包括：用於容納土壤的箱體，箱體具有頂板。
另外，在本發明提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置中，還可以具有這樣的特徵：其中，加載裝置設置在頂板上，位於樁體的正上方。
另外，在本發明提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置中，還可以具有這樣的特徵：其中，樁體形狀為圓柱形，採用混凝土澆築而成。
另外，在本發明提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置中，還可以具有這樣的特徵：其中，混凝土的配合比為水:水泥:砂:碎石＝0.44:1:1.79:3。
另外，在本發明提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置中，還可以具有這樣的特徵：其中，套管與導管之間設置有氯化鈉溶液，用於模擬樁體與深層土壤進行熱交換時的溫度變化。
另外，在本發明提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置中，還可以具有這樣的特徵：其中，套管採用鋁合金管制成。
另外，在本發明提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置中，還可以具有這樣的特徵：其中，應變片呈豎直線且間隔貼於樁體的外壁上。
另外，在本發明提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置中，還可以具有這樣的特徵：其中，插入式土壤溫度計顯示穩定為20攝氏度時開始實驗。
另外，在本發明提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置中，還可以具有這樣的特徵：其中，箱體的下部設置有滾輪，溫控循環儀和應變信號採集儀均設置在箱體上。
另外，在本發明提供了一種使用上述的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置的測試方法，其特徵在於，包括以下步驟：
步驟1，將溫控循環儀設定一個溫度值並啟動進行循環；
步驟2，當插入式土壤溫度計讀數穩定時，記錄應變信號採集儀讀數並且啟動加載儀；
步驟3，加載儀從零牛開始緩慢加載，當樁體頂部滑移量達到20mm時停止加載；
步驟4，在整個加載過程中記錄樁體頂部位移變化曲線、受力變化曲線以及應變變化曲線；
步驟5，步驟1中將溫控循環儀設置為另一個溫度值並啟動進行循環，並重複步驟2至步驟4的過程直到實驗結束。
發明的作用與效果
根據本發明所涉及的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置及方法，測試的裝置包括樁體模型單元、溫控單元以及應變信號採集單元。加載儀用於對樁體進行加載，應變信號採集儀用於採集樁體的各個位置在不同溫度情況下承受荷載時的應變數據。
因為本發明所提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置以及方法可以較好模擬實際工程中抗拔樁在不同溫度下的受荷機理，所以得到的實驗測試結果具有較強的代表性，可以應用於不同溫度下單樁與群樁抗拔性能的研究以及在不同溫度下對不同形式的抗拔樁的力學性能的研究，對於制定樁基施工技術標準以及樁基使用安全規範具有一定的理論參考價值。
附圖說明
圖1是本發明的實施例中測試裝置正視示意圖；
圖2是本發明的實施例中測試裝置俯視示意圖；以及
圖3是本發明的實施例中樁體剖視示意圖。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，以下實施例結合附圖對本發明所涉及的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置作具體闡述。
實施例
在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置包括：樁體模型單元、溫控單元以及應變信號採集單元。
如圖1、圖2所示，樁體模型單元包括箱體1、加載儀3、掛鈎6、樁體8、預埋件7以及套管9。
箱體1具有頂板2，用於容納土壤，實施例中，箱體1外形呈長方體，內部空間尺寸為1000mm×1000mm×2000mm(長×寬×高)，由5個厚度為15mm的鋼化玻璃板拼接組成，頂部固定設置有頂板2，由鋼板製成，中心開口。箱體1的下部設置有4個滾輪，便於移動。
加載儀3設置在頂板2上，位於樁體7的正上方，
掛鈎6設置在加載儀3的下方，與加載儀3相連，用於對樁體8進行加載。
樁體8形狀為柱形，樁位8於箱體1正中間。實施例中，樁體8形狀為圓柱形，長800mm，直徑100mm，採用混凝土澆築而成。混凝土的配合比為水:水泥:砂:碎石＝0.44:1:1.79:3。
預埋件7設置在樁體8的頂部，預埋件7的頂部與掛鈎6相連接。實施例中預埋件7呈三角形，採用不鏽鋼材料製成。
套管9為開口管，設置在樁體8內，開口朝上。實施例中，套管9為鋁合金管。
溫控單元包括溫控循環儀5、導管10以及插入式土壤溫度計19。
溫控循環儀5設置在箱體1旁。
導管10的一端與溫控循環儀5相連，另一端設置在套管9中，實施例中，套管9與導管10的內部通有氯化鈉溶液，用於模擬樁體8與深層土體進行熱交換時的溫度。
插入式土壤溫度計19用於插入土壤中進行測溫，實施例中，插入式土壤溫度計19顯示穩定為20攝氏度時可以開始實驗。
應變信號採集單元包括應變信號採集儀4、複數個應變片以及導線11。
應變信號採集儀4設置在箱體1旁，用於用於採集樁體8的各個位置在不同溫度情況下承受荷載時的應變數據。
實施例中，應變片的個數為7，分別貼在樁體8的外壁上，且處於同一垂直線上，從上到下依次編號為12-18。其中，如圖3所示，應變片12中心位於樁頂端下方100mm處，應變片13中心位於樁頂端下方200mm處，應變片14中心位於樁頂端下方300mm處，應變片15中心位於樁頂端下方400mm處，應變片16中心位於樁頂端下方500mm處，應變片17中心位於樁頂端下方600mm處，應變片18中心位於樁頂端下方700mm處。
導線11埋設於樁體8內部，一端與應變採集器4連接，另一端分別連接應變片12、應變片13、應變片14、應變片15、應變片16、應變片17、應變片18。
溫控循環儀5和應變信號採集儀4可以設置在頂板2上。
樁體8在箱體1內的設置過程：
向箱體1內填入粉質粘土，當土層厚度填至800mm，即填完基坑下臥層土時，放入樁體8，使其位於箱體1正中間，並用水準尺控制使樁體8中軸線與水平面保持垂直。
將導管10連接溫控循環儀5與樁體8內部的鋁合金套管9，導線11的一端連接應變信號採集儀4，另一端分別連接應變片12、應變片13、應變片14、應變片15、應變片16、應變片17、應變片18。
繼續在箱體1內填入粉質粘土，填土過程中隨時測量校準樁體8的軸線與水平面的位置關係。直至土體厚度達到1600mm，填土完成。此時樁模型入土深度為800mm。
使用在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置的測試方法，其特徵在於，包括以下步驟：
步驟1，將溫控循環儀5設定一個溫度值並啟動進行循環；
步驟2，當插入式土壤溫度計19讀數穩定時，記錄應變信號採集儀4讀數並且啟動加載儀3；
步驟3，加載儀3從零牛開始緩慢加載，當樁體8頂部滑移量達到20mm時停止加載；
步驟4，在整個加載過程中記錄樁體8頂部位移變化曲線、受力變化曲線以及應變變化曲線；
步驟5，步驟1中將溫控循環儀5設置為另一個溫度值並啟動進行循環，並重複步驟2至步驟4的過程直到實驗結束。
操作例一：記錄應變信號採集儀4讀數並且啟動加載儀3。從零荷載開始緩慢加載，當樁體8頂部滑移達到20mm時停止加載，在整個加載過程中記錄樁體8頂位移變化曲線、受力變化曲線以及應變變化曲線。
操作例二：將溫控循環儀5設置為40攝氏度並啟動進行循環，當插入式土壤溫度計19讀數穩定時，記錄應變信號採集儀4的讀數並且啟動加載儀3。從零牛開始緩慢加載，當樁體8頂部滑移達到20mm時停止加載，在整個加載過程中記錄樁體8頂位移變化曲線、受力變化曲線以及應變變化曲線。
操作例三：將溫控循環儀5設置為0攝氏度並啟動進行循環，當插入式土壤溫度計19讀數穩定時，記錄應變信號採集儀4讀數並且啟動加載儀3。從零牛開始緩慢加載，當樁體8頂部滑移達到20mm時停止加載，在整個加載過程中記錄樁體8頂位移變化曲線、受力變化曲線以及應變變化曲線。
實施例的作用與效果
根據本實施例所涉及的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置以及方法，測試的裝置包括樁體模型單元、溫控單元以及應變信號採集單元。加載儀用於對樁體進行加載，應變信號採集儀用於採集樁體的各個位置在不同溫度情況下承受荷載時的應變數據。
因為本實施例所提供的在不同溫度下對抗拔樁承載能力進行測試的裝置以及方法可以較好模擬實際工程中抗拔樁在不同溫度下的受荷機理，所以得到的實驗測試結果具有較強的代表性，可以應用於不同溫度下單樁與群樁抗拔性能的研究以及在不同溫度下對不同形式的抗拔樁的力學性能的研究，對於制定樁基施工技術標準以及樁基使用安全規範具有一定的理論參考價值。
另外，應變片呈豎直線且間隔貼於樁體的外壁上，可以更好地反映樁體的實際受力變形情況。
進一步地，箱體的下部設置有滾輪，當溫控循環儀和應變信號採集儀均設置在箱體上，便於移動，使得試驗準備更簡便快捷。
上述實施方式為本發明的優選案例，並不用來限制本發明的保護範圍。