加速度测试盒及基于多点测试的桩基承载力动态测试方法技术

本发明专利技术公开了一种加速度测试盒及基于多点测试的桩基承载力动态测试方法。加速度测试盒安装有加速度传感器，一侧安装有摩擦垫，另一侧安装有气囊。将长桩划分为有限单自由度质点，将加速度测试盒置于桩段中点。通过重锤敲击桩顶，使得桩身达到自身的极限承载力。通过积分测得的每一桩段的加速度时程得到速度时程，积分速度时程得到位移时程。利用以上时程曲线，结合桩段的动力平衡方程，得到每一桩段的传递函数。利用荷载传递法，得到整根桩的荷载位移曲线，再根据相关规范确定整根桩的极限承载力。本发明专利技术在确定极限承载力的过程中，所有参数都可以通过测得的数据计算，避免了结果的多样性。加速度测试盒可以回收，降低了测试成本。

【技术实现步骤摘要】
加速度测试盒及基于多点测试的桩基承载力动态测试方法
本专利技术涉及一种加速度测试盒及基于多点测试的桩基承载力动态测试方法。
技术介绍
目前测试桩基承载力的方法主要有静载荷试验和动态测试法。静载荷试验是指按桩的使用功能，分别在桩顶逐级施加轴向压力、轴向上拔力或在桩基承台底面标高一致处施加水平力，观测桩的相应检测点随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，根据荷载与位移的关系(即Q～s曲线)判定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。常用的桩基静载荷测试方法有三种：堆载法、锚桩法和自平衡法。但是静载荷试验需要庞大的反力装置，试验成本高。桩基承载力动态测试方法目前主要有高应变测试。高应变所需要的拟合参数过多，导致拟合结果的多样性。高应变测试还需要用到应变传感器，然而在实际工程中桩身的动应变很难精确测得。高应变测试技术难度高，试验时受物理模型、计算方法、桩土参数选择以及试验人员实际经验等诸多因素的影响较大。
技术实现思路
为了克服高应变测试桩基承载力时不确定参数过多的问题，本专利技术提供一种加速度测试盒及基于多点测试的桩基承载力动态测试装置与方法。将桩身分为n段，每段视为单自由度质点，通过桩身预留的测斜管在每段中点安置加速度传感器测试盒，再用重锤从一定高度落下，测得每一段的加速度时程曲线，分析处理这些曲线就可以得到桩顶的荷载与位移的关系(即Q～s曲线)，从而得到桩基的极限承载力，加速度传感器测试盒也可以回收再利用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：加速度测试盒，测试盒内安装有加速度传感器，测试盒一侧安装有摩擦垫，另一侧安装有气囊，气囊上下两端均设有连通气囊内腔的接口。基于多点测试的桩基承载力动态测试装置，由若干个如上所述的加速度测试盒等间距绑接在绳索上而成，加速度测试盒之间通过通气管顺次连接气囊上的接口，最末端的加速度测试盒的底部气囊接口封闭。使用时，只需要给最顶端的气囊充气，下面的气囊就可以通过连接气管充气。一种使用上述测试装置的基于多点测试的桩基承载力动态测试方法，包括如下步骤：步骤1、测试前安装加速度测试盒：1-1.根据桩身长度情况，将桩分为等长度的n段；将n个加速度测试盒等间距绑接，加速度传感器间距为桩段长度l＝L/n，L为桩长；1-2.在桩身预留的测斜管下放加速度测试盒至整根桩身，以第i个传感器为中心的桩段标为第i段；通过通气管给传感器气囊充气，使摩擦垫紧贴测斜管管壁；1-3.桩顶安装电涡流位移传感器，用水准仪测出初始桩顶水平高度H1；步骤2、用安装有加速传感器的重锤锤击桩顶，测出埋设于桩身的每个加速度传感器的数据，记录桩顶安装的电涡流位移传感器的数据，用水准仪测出锤击后桩顶水平高度H2：2-1.用重锤距离桩顶足够高度处落下，使得桩身发生沉降从而达到自身的极限承载力；此时重锤上安装的加速度传感器测得的加速度数据时程为a0(t)，桩身各个加速度测试盒测得的数据为a1(t)，…，ai-1(t)，ai(t)，ai+1(t)，…，an(t)；对ai(t)积分得到速度时程vi(t)，对vi(t)积分得到位移时程ui(t)；t为时间；2-2.校核桩顶单元积分所得位移时程u1(t)与电涡流位移传感器实测位移时程及水准仪实测桩顶位移H2-H1，如果三者相差超过阈值，则重新锤击；步骤3、处理上述得到的加速度传感器的数据，得到桩身每个质点的传递函数；3-1.对于第i桩段，其动力平衡方程可以表示为：Fim(t)+Fid(t)+Fis(t)＝Fi(t)Fim(t)表示由加速度引起的惯性力，有Fim(t)＝miai(t)，mi为第i桩段的质量；Fid(t)表示桩周土的阻尼力，有ηi为第i桩段桩周土阻尼系数；αi为阻尼指数；对于第n桩段，Fnd(t)中包括桩底土的阻尼力；Fis(t)表示桩周土的静回复力，有为第i段桩周土侧摩阻力系数；对于第n桩段，Fns(t)中包括桩底土的静回复力；Fi(t)表示相邻桩段对该桩段的作用合力，且有Fi(t)＝Fi上(t)-Fi下(t)；第i桩段顶部的轴力为第i桩段底部的轴力为式中：E表示桩身材料的弹性模量，A表示桩身横截面积，εi上(t)和εi下(t)表示桩段顶部和底部的应变；但对于第n桩段，Fn(t)＝Fn上(t)；对于第1桩段，桩顶的力由下式计算：F1上(t)＝mha0(t)+mhg式中：mh为重锤的质量，g为重力加速度；3-2.在第i个桩段的加速度时程曲线ai(t)上等间距取m个点:t1，t2，…，tj，…，tm，对应的加速度为ai(t1)，ai(t2)，…，ai(tj)，…，ai(tm)；时间间隔应该足够小，使得前三个时间点所对应的系统的变形处于线性状态，即为常数，记为kic。3-3.ηi，kic和αi的值由下式计算得到：Ai1＝Fi上(t1)-Fi下(t1)-miai(t1)Ai2＝Fi上(t2)-Fi下(t2)-miai(t2)Ai3＝Fi上(t3)-Fi下(t3)-miai(t3)3-4.对于第i桩段的第j组数据ai(tj)、vi(tj)、ui(tj)、Fi上(tj)、Fi下(tj)，根据第i桩段的动力平衡方程可以得到至此，得到每一桩段的桩周土的静回复力Fis(t)与位移ui(t)的关系，即传递函数；步骤4、根据每一桩段的传递函数，结合荷载传递法，得到整个桩身的荷载位移曲线，进而确定整根桩的极限承载力。作为优选，完成测试后，给气囊放气，回收加速度测试盒。本专利技术的有益效果如下：一、确定极限承载力的过程中，所有参数都可以通过测试得到的数据计算而来，没有不确定的参数，避免了结果的多样性；二、加速度测试盒在使用后可以回收，降低了测试的成本；附图说明图1是锤击测试前桩身的加速度测试盒安装示意图。图2是加速度测试盒的示意图。图3是锤击过程示意图(其中虚线表示撞击状态)。图中：桩身1、第i桩段1(i)(i＝1,2，…，n)、第i个加速度测试盒2(i)(i＝1,2，…，n)、第i个加速度测试盒的摩擦垫2(i)a、第i个加速度测试盒的加速度传感器2(i)b、第i个加速度测试盒的外壳2(i)c、第i个加速度测试盒的气囊2(i)d、第i个加速度测试盒的导线2(i)e、第i个加速度测试盒的气管2(i)f、重锤3、重锤上的加速度传感器4、缓冲层5、金属片6、电涡流位移传感器7、基准梁8和水准仪9。具体实施方式下面结合附图和实施步骤对本专利技术进一步说明。如图1所示，桩长为L，根据桩长将桩身1分为n段，每段长度为l＝L/n。桩身1内设置有测斜管，导线2上等间距绑有共n个结构相同的加速度测试盒。下面以第i个加速度测试盒为例对其结构进行说明。如图2所示，加速度测试盒的外壳2(i)c内安装有加速度传感器2(i)b，导线2(i)e连接着加速度传感器2(i)b，外壳2(i)c一侧贴有摩擦垫2(i)a，另一侧安装有气囊2(i)d，气囊2(i)d上下部均设有连通气囊内腔的接口。加速度测试盒之间通过通气管顺次连接气囊上的接口，最末端的加速度测试盒的底部气囊接口封闭。使用时，给最顶端的气囊充气，下面的气囊就可以通过连接气管充气。气囊膨胀后，挤压外壳2(i)c，摩擦垫2(i)a贴测斜管管壁，实现加速度测试盒的固定。桩顶一侧安装一个金属片6，金属片上方通过基准梁8连接有电涡流位移传感器7。桩身1另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加速度测试盒，其特征在于，测试盒内安装有加速度传感器，测试盒一侧安装有摩擦垫，另一侧安装有气囊，气囊上下两端均设有连通气囊内腔的接口。

【技术特征摘要】
1.一种加速度测试盒，其特征在于，测试盒内安装有加速度传感器，测试盒一侧安装有摩擦垫，另一侧安装有气囊，气囊上下两端均设有连通气囊内腔的接口。2.一种基于多点测试的桩基承载力动态测试装置，其特征在于，由若干个权利要求1所述的加速度测试盒等间距绑接而成，加速度测试盒之间通过通气管顺次连接气囊上的接口，最末端的加速度测试盒的底部气囊接口封闭。3.一种使用权利要求2所述装置的基于多点测试的桩基承载力动态测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、测试前安装加速度测试盒1-1.根据桩身长度情况，将桩分为等长度的n段；将n个加速度测试盒等间距绑接，加速度传感器间距为桩段长度l＝L/n，L为桩长；1-2.在桩身预留的测斜管下放加速度测试盒至整根桩身，以第i个传感器为中心的桩段标为第i段；通过通气管给传感器气囊充气，使摩擦垫紧贴测斜管管壁；1-3.桩顶安装电涡流位移传感器，用水准仪测出初始桩顶水平高度H1；步骤2、用安装有加速传感器的重锤锤击桩顶，测出埋设于桩身的每个加速度传感器的数据，记录桩顶安装的电涡流位移传感器的数据，用水准仪测出锤击后桩顶水平高度H2：2-1.用重锤距离桩顶足够高度处落下，使得桩身发生沉降从而达到自身的极限承载力；此时重锤上安装的加速度传感器测得的加速度数据时程为a0(t)，桩身各个加速度测试盒测得的数据为a1(t)，…，ai-1(t)，ai(t)，ai+1(t)，…，an(t)；对ai(t)积分得到速度时程vi(t)，对vi(t)积分得到位移时程ui(t)；t为时间；2-2.校核桩顶单元积分所得位移时程u1(t)与电涡流位移传感器实测位移时程及水准仪实测桩顶位移H2-H1，如果三者相差超过阈值，则重新锤击；步骤3、处理上述得到的加速度传感器的数据，得到桩身每个质点的传递函数；3-1.对于第i桩段，其动力平衡方程可以表示为：Fim(t)+Fid(t)+Fis(t)＝Fi(t)Fim(t)表示由加速度引起的惯性力，有Fim(t)＝miai(t)，mi为第i桩段的质量；Fid(t)表示桩周土的阻尼力，有ηi为第i桩段桩周土阻尼系数；αi为阻尼指数；对于第n桩段，Fnd(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奎华，高柳，吴斌杰，吴君涛，肖偲，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33