本發(fā)明屬于建筑工程領(lǐng)域，具體涉及一種對樁承載能力進行測試的裝置。

背景技術(shù)：

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，越來越多的復(fù)雜工況及施工難題相繼出現(xiàn)，隨之而來的地質(zhì)災(zāi)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(qū)，當(dāng)建筑上部結(jié)構(gòu)荷重不能平衡地下水浮力的時候，結(jié)構(gòu)的整體或局部就會受到向上浮力的作用，給建筑基礎(chǔ)帶來非常不利的影響，需要在建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)置抗拔樁。同時，為了減少碳排放量，達到綠色環(huán)保的理念，需要在樁體內(nèi)埋設(shè)換熱器，將深處地層的熱能通過樁體內(nèi)部換熱器傳導(dǎo)至上部建筑或?qū)⑸喜拷ㄖ?nèi)部的熱能通過換熱器傳至地層深處，達到充分利用地?zé)崮苓M行制冷和供暖的目的，而在制冷和供暖過程中，樁體的膨脹或收縮對其力學(xué)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(nèi)外相關(guān)學(xué)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(shù)值模擬法以及現(xiàn)場監(jiān)測法。理論分析法是利用熱力學(xué)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(zhǔn)確考慮樁與土之間的復(fù)雜關(guān)系，并且計算量大；數(shù)值模擬方法一般需要借助大型商用軟件，數(shù)值模型的建立較為復(fù)雜且計算耗時。此外，由于土工測試儀器設(shè)備的限制很難獲得精確的土體物理力學(xué)參數(shù)，由于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(xiàn)場試樁得到，而現(xiàn)場監(jiān)測法需要投入一定量的人力物力，由于現(xiàn)場預(yù)埋測試元件非常容易在施工中受到破壞，所以經(jīng)常導(dǎo)致延誤監(jiān)測乃至得到錯誤監(jiān)測信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于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(fā)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，其特征在于，包括：樁體模型單元；溫控單元；以及應(yīng)變信號采集單元，樁體模型單元包括加載儀、樁體以及套管，套管設(shè)置在樁體中，加載儀設(shè)置在樁體的上方，用于對樁體進行加載，溫控單元包括溫控循環(huán)儀、導(dǎo)管以及插入式土壤溫度計，溫控循環(huán)儀通過導(dǎo)管與套管相連，插入式土壤溫度計用于插入土壤中來測溫，應(yīng)變信號采集單元包括應(yīng)變信號采集儀、設(shè)置在樁體外壁上的與應(yīng)變信號采集儀相連的復(fù)數(shù)個應(yīng)變片，用于采集樁體的各個位置在不同溫度情況下承受荷載時的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

在本發(fā)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征，包括：用于容納土壤的箱體，箱體具有頂板。

另外，在本發(fā)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征：其中，加載裝置設(shè)置在頂板上，位于樁體的正上方。

另外，在本發(fā)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征：其中，樁體形狀為圓柱形，采用混凝土澆筑而成。

另外，在本發(fā)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征：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(fā)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征：其中，套管與導(dǎo)管之間設(shè)置有氯化鈉溶液，用于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(fā)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征：其中，套管采用鋁合金管制成。

另外，在本發(fā)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征：其中，應(yīng)變片呈豎直線且間隔貼于樁體的外壁上。

另外，在本發(fā)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征：其中，插入式土壤溫度計顯示穩(wěn)定為20攝氏度時開始實驗。

另外，在本發(fā)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征：其中，箱體的下部設(shè)置有滾輪，溫控循環(huán)儀和應(yīng)變信號采集儀均設(shè)置在箱體上。

另外，在本發(fā)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，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，將溫控循環(huán)儀設(shè)定一個溫度值并啟動進行循環(huán)；

步驟2，當(dāng)插入式土壤溫度計讀數(shù)穩(wěn)定時，記錄應(yīng)變信號采集儀讀數(shù)并且啟動加載儀；

步驟3，加載儀從零牛開始緩慢加載，當(dāng)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(yīng)變變化曲線；

步驟5，步驟1中將溫控循環(huán)儀設(shè)置為另一個溫度值并啟動進行循環(huán)，并重復(fù)步驟2至步驟4的過程直到實驗結(jié)束。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)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(yīng)變信號采集單元。加載儀用于對樁體進行加載，應(yīng)變信號采集儀用于采集樁體的各個位置在不同溫度情況下承受荷載時的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

因為本發(fā)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(jié)果具有較強的代表性，可以應(yīng)用于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(xué)性能的研究，對于制定樁基施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及樁基使用安全規(guī)范具有一定的理論參考價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例中測試裝置正視示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例中測試裝置俯視示意圖；以及

圖3是本發(fā)明的實施例中樁體剖視示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結(jié)合附圖對本發(fā)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(yīng)變信號采集單元。

如圖1、圖2所示，樁體模型單元包括箱體1、加載儀3、掛鉤6、樁體8、預(yù)埋件7以及套管9。

箱體1具有頂板2，用于容納土壤，實施例中，箱體1外形呈長方體，內(nèi)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(shè)置有頂板2，由鋼板制成，中心開口。箱體1的下部設(shè)置有4個滾輪，便于移動。

加載儀3設(shè)置在頂板2上，位于樁體7的正上方，

掛鉤6設(shè)置在加載儀3的下方，與加載儀3相連，用于對樁體8進行加載。

樁體8形狀為柱形，樁位8于箱體1正中間。實施例中，樁體8形狀為圓柱形，長800mm，直徑100mm，采用混凝土澆筑而成?；炷恋呐浜媳葹樗?水泥:砂:碎石＝0.44:1:1.79:3。

預(yù)埋件7設(shè)置在樁體8的頂部，預(yù)埋件7的頂部與掛鉤6相連接。實施例中預(yù)埋件7呈三角形，采用不銹鋼材料制成。

套管9為開口管，設(shè)置在樁體8內(nèi)，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(huán)儀5、導(dǎo)管10以及插入式土壤溫度計19。

溫控循環(huán)儀5設(shè)置在箱體1旁。

導(dǎo)管10的一端與溫控循環(huán)儀5相連，另一端設(shè)置在套管9中，實施例中，套管9與導(dǎo)管10的內(nèi)部通有氯化鈉溶液，用于模擬樁體8與深層土體進行熱交換時的溫度。

插入式土壤溫度計19用于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(wěn)定為20攝氏度時可以開始實驗。

應(yīng)變信號采集單元包括應(yīng)變信號采集儀4、復(fù)數(shù)個應(yīng)變片以及導(dǎo)線11。

應(yīng)變信號采集儀4設(shè)置在箱體1旁，用于用于采集樁體8的各個位置在不同溫度情況下承受荷載時的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

實施例中，應(yīng)變片的個數(shù)為7，分別貼在樁體8的外壁上，且處于同一垂直線上，從上到下依次編號為12-18。其中，如圖3所示，應(yīng)變片12中心位于樁頂端下方100mm處，應(yīng)變片13中心位于樁頂端下方200mm處，應(yīng)變片14中心位于樁頂端下方300mm處，應(yīng)變片15中心位于樁頂端下方400mm處，應(yīng)變片16中心位于樁頂端下方500mm處，應(yīng)變片17中心位于樁頂端下方600mm處，應(yīng)變片18中心位于樁頂端下方700mm處。

導(dǎo)線11埋設(shè)于樁體8內(nèi)部，一端與應(yīng)變采集器4連接，另一端分別連接應(yīng)變片12、應(yīng)變片13、應(yīng)變片14、應(yīng)變片15、應(yīng)變片16、應(yīng)變片17、應(yīng)變片18。

溫控循環(huán)儀5和應(yīng)變信號采集儀4可以設(shè)置在頂板2上。

樁體8在箱體1內(nèi)的設(shè)置過程：

向箱體1內(nèi)填入粉質(zhì)粘土，當(dāng)土層厚度填至800mm，即填完基坑下臥層土?xí)r，放入樁體8，使其位于箱體1正中間，并用水準(zhǔn)尺控制使樁體8中軸線與水平面保持垂直。

將導(dǎo)管10連接溫控循環(huán)儀5與樁體8內(nèi)部的鋁合金套管9，導(dǎo)線11的一端連接應(yīng)變信號采集儀4，另一端分別連接應(yīng)變片12、應(yīng)變片13、應(yīng)變片14、應(yīng)變片15、應(yīng)變片16、應(yīng)變片17、應(yīng)變片18。

繼續(xù)在箱體1內(nèi)填入粉質(zhì)粘土，填土過程中隨時測量校準(zhǔn)樁體8的軸線與水平面的位置關(guān)系。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，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，將溫控循環(huán)儀5設(shè)定一個溫度值并啟動進行循環(huán)；

步驟2，當(dāng)插入式土壤溫度計19讀數(shù)穩(wěn)定時，記錄應(yīng)變信號采集儀4讀數(shù)并且啟動加載儀3；

步驟3，加載儀3從零牛開始緩慢加載，當(dāng)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(yīng)變變化曲線；

步驟5，步驟1中將溫控循環(huán)儀5設(shè)置為另一個溫度值并啟動進行循環(huán)，并重復(fù)步驟2至步驟4的過程直到實驗結(jié)束。

操作例一：記錄應(yīng)變信號采集儀4讀數(shù)并且啟動加載儀3。從零荷載開始緩慢加載，當(dāng)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(yīng)變變化曲線。

操作例二：將溫控循環(huán)儀5設(shè)置為40攝氏度并啟動進行循環(huán)，當(dāng)插入式土壤溫度計19讀數(shù)穩(wěn)定時，記錄應(yīng)變信號采集儀4的讀數(shù)并且啟動加載儀3。從零牛開始緩慢加載，當(dāng)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(yīng)變變化曲線。

操作例三：將溫控循環(huán)儀5設(shè)置為0攝氏度并啟動進行循環(huán)，當(dāng)插入式土壤溫度計19讀數(shù)穩(wěn)定時，記錄應(yīng)變信號采集儀4讀數(shù)并且啟動加載儀3。從零牛開始緩慢加載，當(dāng)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(yīng)變變化曲線。

實施例的作用與效果

根據(jù)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(yīng)變信號采集單元。加載儀用于對樁體進行加載，應(yīng)變信號采集儀用于采集樁體的各個位置在不同溫度情況下承受荷載時的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

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(jié)果具有較強的代表性，可以應(yīng)用于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(xué)性能的研究，對于制定樁基施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及樁基使用安全規(guī)范具有一定的理論參考價值。

另外，應(yīng)變片呈豎直線且間隔貼于樁體的外壁上，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(shè)置有滾輪，當(dāng)溫控循環(huán)儀和應(yīng)變信號采集儀均設(shè)置在箱體上，便于移動，使得試驗準(zhǔn)備更簡便快捷。

上述實施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護范圍。