一種靜壓高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身應(yīng)力測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于建筑施工應(yīng)力測試設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種靜壓高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身應(yīng)力測試裝置，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁內(nèi)切割制有淺槽，光纖Bragg光柵傳感器和鎧裝光纜按準(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)，串聯(lián)的光纖Bragg光柵傳感器和鎧裝光纜植入高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的淺槽內(nèi)并用環(huán)氧樹脂混合液進(jìn)行封裝保護(hù)，光纖Bragg光柵傳感器在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的位置根據(jù)需要測試的土層標(biāo)高進(jìn)行布設(shè)；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的頂部內(nèi)側(cè)開制有樁身鉆孔，鎧裝光纜通過樁身鉆孔引出與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連通；其裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測量精度高，靈敏度高，抗電磁場干擾能力強(qiáng)，成活率高，與傳統(tǒng)測力元件相比易于實現(xiàn)準(zhǔn)分布式和自動化監(jiān)測。
【專利說明】一種靜壓高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管粧粧身應(yīng)力測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于建筑施工應(yīng)力測試設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種地基與基礎(chǔ)工程中采用靜壓法施工的預(yù)制樁樁身應(yīng)力測試設(shè)備，特別涉及一種靜壓高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身應(yīng)力測試裝置。
【背景技術(shù)】:
[0002]混凝土預(yù)制樁尤其是高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁具有承載能力高、工廠化生產(chǎn)、堅固耐久、施工速度快、能有效節(jié)約建筑材料和工程造價等優(yōu)點，靜力壓樁法施工無噪音，震動小，對周圍環(huán)境影響較小，適合于市區(qū)、具有精密設(shè)備地區(qū)及其他對施工環(huán)境要求高的地區(qū)施工，與錘擊法施工相比，準(zhǔn)靜態(tài)壓樁力能夠保證貫入過程中樁身完整性；與鉆孔灌注樁施工產(chǎn)生大量的廢棄泥漿相比，靜壓樁施工更環(huán)保，無污染；靜力壓樁沉樁阻力的分離多數(shù)是通過測力元件獲得樁端阻力和樁側(cè)摩阻力，測力元件易受測試環(huán)境的影響，所以提高測力元件成活率是現(xiàn)場試驗成敗的關(guān)鍵，對于PHC管樁而言，在樁身外側(cè)貼電阻式應(yīng)變片容易被樁周土摩擦力損壞，如果在樁身內(nèi)部貼應(yīng)變片，由于管樁內(nèi)徑小，不易操作，而且管腔容易進(jìn)水，受環(huán)境因素影響大，精度下降，可靠性及成活率都不高；應(yīng)變式鋼筋應(yīng)力計及振弦式鋼筋應(yīng)力計較應(yīng)變片穩(wěn)定，但管樁的生產(chǎn)過程溫度高，要用高溫應(yīng)變計，成本高且存活率低；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁不同于方樁、鋼管樁等樁型，其自身生產(chǎn)工藝及特點客觀上造成了測試試驗的困難，而且生產(chǎn)過程中鋼筋張拉、預(yù)澆混凝土、高速離心旋轉(zhuǎn)和高溫養(yǎng)護(hù)等工藝對樁身預(yù)埋測力元件造成很大的不便，由于光纖纖細(xì)和軟弱，對傳感器和傳輸光纖必須進(jìn)行細(xì)致保護(hù)，光纖傳感原位監(jiān)測成敗的關(guān)鍵在于如何在現(xiàn)場粗放作業(yè)施工環(huán)境中實現(xiàn)傳感器的埋設(shè)定位并保證其存活率。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，在不提高成本的前提下，尋求設(shè)計提供一種靜壓高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身應(yīng)力測試裝置，當(dāng)光纖Bragg光柵(FBG)傳感器受到拉力或者壓力作用時，傳感器的伸長或壓縮使光纖光柵周期發(fā)生變化，進(jìn)而改變FBG傳感器的有效折射率，根據(jù)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁某一斷面的軸向應(yīng)變得出靜壓高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁的樁身應(yīng)力，從而得到樁身軸力、側(cè)摩阻力和樁端阻力。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁、光纖Bragg光柵(Fiber Bragg Grating,簡稱FBG)傳感器、銷裝光纜、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和樁身鉆孔；采用靜壓法施工的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁內(nèi)切割制有淺槽，光纖Bragg光柵傳感器和鎧裝光纜按準(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)，串聯(lián)的光纖Bragg光柵傳感器和鎧裝光纜植入高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁的淺槽內(nèi)并用環(huán)氧樹脂混合液進(jìn)行封裝保護(hù)，光纖Bragg光柵傳感器在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁的位置根據(jù)需要測試的土層標(biāo)高進(jìn)行布設(shè)；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁的頂部內(nèi)側(cè)開制有樁身鉆孔，鎧裝光纜通過樁身鉆孔引出與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連通，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用市售的光纖光柵解調(diào)儀。[0005]本發(fā)明完成應(yīng)力測試的具體工藝過程為:
[0006](1)、在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁的外壁沿軸線劃一直線，然后沿劃好的直線切割淺槽，并根據(jù)測試巖土層的位置在淺槽內(nèi)確定光纖Bragg光柵(FBG)傳感器的植入位置，光纖Bragg光柵(FBG)傳感器距離高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁的兩端均留出25cm的距離，避開高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁的金屬端頭板；
[0007](2)、根據(jù)光纖Bragg光柵(FBG)傳感器的位置,將光纖Bragg光柵(FBG)傳感器與鎧裝光纜按準(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)起來，在淺槽內(nèi)植入串聯(lián)好的光纖Bragg光柵(FBG)傳感器后用環(huán)氧樹脂混合物封裝保護(hù)，鎧裝光纜通過樁身鉆孔引出；
[0008](3)、串聯(lián)好的光纖Bragg光柵(FBG)傳感器后用環(huán)氧樹脂混合物封裝兩個小時后，檢查光纖Bragg光柵(FBG)傳感器的成活率，成活率不低于90% ；
[0009](4)、用回轉(zhuǎn)吊車起吊高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁，使高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁落入靜力壓樁機(jī)的夾樁機(jī)孔中進(jìn)入工作位置，并將樁身鉆孔引出的鎧裝光纜接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，檢查設(shè)備連接是否完好；
[0010](5)、靜力壓樁機(jī)的樁箍將高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁夾緊，依靠靜力壓樁機(jī)的壓樁油缸活塞實現(xiàn)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁的貫入，在貫入過程中記錄光纖Bragg光柵(FBG)傳感器的波長變化和靜力壓樁機(jī)的壓樁力，利用公式Λ λΒ=Δ λΒε + Δ λ；=λΒ(ΚΕ Λ ex+KtAt)反算高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁的應(yīng)力變化，從而得到高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁的樁身軸力、側(cè)摩阻力和樁端阻力，其中，Δ λ B為應(yīng)變和溫度共同作用時光纖Bragg光柵(FBG)傳感器中心波長變化量；Λ λΒε為光纖Bragg光柵(FBG)傳感器受到拉力或者壓力作用時，中心波長變化量；Λ λ ^為溫度發(fā)生變化時，光纖Bragg光柵(FBG)傳感器中心波長變化量；λ Β為不受外力、溫度為O時光柵的初始波長；K ε為光纖Bragg光柵(FBG)傳感器應(yīng)變靈敏系數(shù)；Λ εχ為軸向應(yīng)變改變量；Kt為光纖Bragg光柵(FBG)傳感器溫度敏感系數(shù)；Δ t為溫度變化量。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測量精度高，靈敏度高，抗電磁場干擾能力強(qiáng)，成活率高，與傳統(tǒng)測力元件相比易于實現(xiàn)準(zhǔn)分布式和自動化監(jiān)測。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0012]圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明涉及的FBG傳感器在PHC管樁內(nèi)的俯視結(jié)構(gòu)原理示意圖。
【具體實施方式】:
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0015]實施例:
[0016]本實施例的主體結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁1、光纖Bragg光柵(FiberBragg Grating,簡稱FBG)傳感器2、鎧裝光纜3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4和樁身鉆孔5 ;采用靜壓法施工的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I內(nèi)切割制有淺槽，光纖Bragg光柵傳感器2和鎧裝光纜3按準(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)，串聯(lián)的光纖Bragg光柵傳感器2和鎧裝光纜3植入高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I的淺槽內(nèi)并用環(huán)氧樹脂混合液進(jìn)行封裝保護(hù)，光纖Bragg光柵傳感器2在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I的位置根據(jù)需要測試的土層標(biāo)高進(jìn)行布設(shè)；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I的頂部內(nèi)側(cè)開制有樁身鉆孔5，鎧裝光纜3通過樁身鉆孔5引出與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4連通，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4采用市售的光纖光柵解調(diào)儀。
[0017]本實施例完成應(yīng)力測試的具體工藝過程為:
[0018](I)、在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I的外壁沿軸線劃一直線，然后沿劃好的直線切割淺槽，并根據(jù)測試巖土層的位置在淺槽內(nèi)確定光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2的植入位置，光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2距離高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I的兩端均留出25cm的距離，避開高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I的金屬端頭板；
[0019](2)、根據(jù)光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2的位置,將光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2與鎧裝光纜3按準(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)起來，在淺槽內(nèi)植入串聯(lián)好的光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2后用環(huán)氧樹脂混合物封裝保護(hù)，鎧裝光纜3通過樁身鉆孔5引出；
[0020](3)、串聯(lián)好的光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2后用環(huán)氧樹脂混合物封裝2個小時后，檢查光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2的成活率，成活率不低于90% ；
[0021 ] (4)、用回轉(zhuǎn)吊車起吊高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I，使高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I落入靜力壓樁機(jī)的夾樁機(jī)孔中進(jìn)入工作位置，并將樁身鉆孔5引出的鎧裝光纜3接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4，檢查設(shè)備連接是否完好；
[0022](5)、靜力壓樁機(jī)的樁箍將高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I夾緊，依靠靜力壓樁機(jī)的壓樁油缸活塞實現(xiàn)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I的貫入，在貫入過程中記錄光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2的波長變化和靜力壓樁機(jī)的壓樁力，利用公式Λ λΒ=Δ λΒε + Δ λ ；= λ Β(Κε Δ ε x+KtAt)反算高 強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I的應(yīng)力變化，從而得到高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁I的樁身軸 力、側(cè)摩阻力和樁端阻力，其中，Δ λΒ*應(yīng)變和溫度共同作用時光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2中心波長變化量；Λ λ Βε為光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2受到拉力或者壓力作用時 ，中心波長變化量；Λ λ Bt為溫度發(fā)生變化時，光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2中心波長變化量；λ Β為不受外力、溫度為O時光柵的初始波長；K ε為光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2應(yīng)變靈敏系數(shù)；△ ε χ為軸向應(yīng)變改變量；K t為光纖Bragg光柵(FBG)傳感器2溫度敏感系數(shù)；Δ t為溫度變化量。
【權(quán)利要求】
1.一種靜壓高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身應(yīng)力測試裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、光纖Bragg光柵傳感器、鎧裝光纜、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和樁身鉆孔；采用靜壓法施工的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁內(nèi)切割制有淺槽，光纖Bragg光柵傳感器和鎧裝光纜按準(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)，串聯(lián)的光纖Bragg光柵傳感器和鎧裝光纜植入高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的淺槽內(nèi)并用環(huán)氧樹脂混合液進(jìn)行封裝保護(hù)，光纖Bragg光柵傳感器在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的位置根據(jù)需要測試的土層標(biāo)高進(jìn)行布設(shè)；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的頂部內(nèi)側(cè)開制有樁身鉆孔，鎧裝光纜通過樁身鉆孔引出與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連通，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用市售的光纖光柵解調(diào)儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜壓高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身應(yīng)力測試裝置，其特征在于完成應(yīng)力測試的具體工藝過程為: (1)、在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的外壁沿軸線劃一直線，然后沿劃好的直線切割淺槽，并根據(jù)測試巖土層的位置在淺槽內(nèi)確定光纖Bragg光柵傳感器的植入位置，光纖Bragg光柵傳感器距離高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的兩端均留出25cm的距離，避開高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的金屬端頭板； (2)、根據(jù)光纖Bragg光柵傳感器的位置，將光纖Bragg光柵傳感器與鎧裝光纜按準(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)起來，在淺槽內(nèi)植入串聯(lián)好的光纖Bragg光柵傳感器后用環(huán)氧樹脂混合物封裝保護(hù)，鎧裝光纜通過樁身鉆孔引出； (3)、串聯(lián)好的光纖Bragg光柵傳感器后用環(huán)氧樹脂混合物封裝兩個小時后，檢查光纖Bragg光柵傳感器的成活率，成活率不低于90% ； (4)、用回轉(zhuǎn)吊車起吊高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，使高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁落入靜力壓樁機(jī)的夾樁機(jī)孔中進(jìn)入工作位置，并將樁身鉆孔引出的鎧裝光纜接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，檢查設(shè)備連接是否完好； (5)、靜力壓樁機(jī)的樁箍將高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁夾緊，依靠靜力壓樁機(jī)的壓樁油缸活塞實現(xiàn)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的貫入，在貫入過程中記錄光纖Bragg光柵傳感器的波長變化和靜力壓樁機(jī)的壓樁力，利用公式Λ λβ=Δ λβε + Δ λ ；= λ Β (K ε Δ ex+KtAt)反算高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)力變化，從而得到高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的樁身軸力、側(cè)摩阻力和樁端阻力，其中，Δ λ ,為應(yīng)變和溫度共同作用時光纖Bragg光柵傳感器中心波長變化量；Λ λΒε為光纖Bragg光柵傳感器受到拉力或者壓力作用時，中心波長變化量；Λ 為溫度發(fā)生變化時，光纖Bragg光柵傳感器中心波長變化量；λΒ為不受外力、溫度為O時光柵的初始波長；K ε為光纖Bragg光柵傳感器應(yīng)變靈敏系數(shù)；Δ εχ為軸向應(yīng)變改變量；Kt為光纖Bragg光柵傳感器溫度敏感系數(shù)；Λ t為溫度變化量。
【文檔編號】G01L1/24GK103512686SQ201310476350
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】白曉宇, 張明義, 張亞妹, 閆楠 申請人:青島理工大學(xué)