平衡静载试验（精选9篇）
平衡静载试验 篇1
摘要：该文介绍了桩基自平衡试验法在苏丹西纳大桥工程中的应用。阐述了自平衡法的测试机理、试桩施工要求及试验程序,并对试验结果进行了整理和分析。为同类桥梁的设计和施工提供参考。
关键词：桩底注浆,自平衡法,荷载箱,极限承载力,等效转换
1 工程概况
西纳大桥位于苏丹共和国喀土穆南部约300公里处的青尼罗河上,桥位处青尼罗河河面宽度约280m,东岸为一片芒果林,西岸为河滩,距离市区较远,上游约3.9km处有西纳大坝,大坝建于1925年。西纳大桥为57m+2×98m+57m预应力混凝土变截面连续梁-连续刚构组合梁桥。为提高基桩承载力采用桩底注浆技术[1],桥型布置如图1所示。
为了解桩底注浆对单桩承载力的实际效果[2],保证构的安全性,在桥墩和桥台下各选取1根工程桩进行承载力试验,相关参数见表1。
2 桩承载力试验
2.1 机理介绍
试验主要装置是一种特别设计的荷载箱。将荷载箱和钢筋笼焊接为一体,然后放入桩体,下一步浇注混凝土成桩。
试验时,通过油泵加压,伴随压力增大,荷载箱会向上、向下发生位移,促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥。荷载箱中的压力通过压力表测出,荷载箱的向上、向下位移通过位移传感器显示。因此,可根据读数画出相应的“向上的力与位移图”及“向下的力与位移图”,根据向上、向下Q-S曲线判断桩承载力、桩基沉降、桩弹性压缩和岩土塑性变形[3]。
2.2 仪器设备
(1)试桩采用环形荷载箱。加载值的率定曲线经计量部门确定,荷载箱的埋设位置由现场地质情况定出。(2)高压油泵。(3)电子位移传感器。目的在于测量桩身荷载箱处的向上位移,向下位移和桩顶向上位移。(4)电脑及数据自动采集仪一套。
2.3 试桩施工要求
(1)成孔的桩底沉渣厚度、孔径、钻孔垂直度需满足规范要求。(2)在地面上绑扎、焊接钢筋笼。(3)荷载箱应垂直放在平地上,保证荷载箱水平度小于5%。(4)试桩混凝土标高与工程桩相同,导管到达桩端然后浇注混凝土,浇混凝土至设计要求标高;荷载箱下部混凝土的坍落度应不小于20cm。(5)荷载箱埋完后,保护油管和声测管封头。(6)浇注混凝土时,应事先准备一些混凝土试块。(7)测试期间应保证持续供电,试桩周围10m内避免大振动。(8)布置平衡梁。(9)试桩时将外部因素的影响减到最低。
2.4 试验流程
加载通过慢速维持荷载法进行,流程按中华人民共和国交通行业标准《基桩静载试验自平衡法》(JT/T 738-2009)进行[4],即:
(1)成桩至试验间隙时间:在桩身压浆后不少于15d。(2)荷载分级:每一级加载等于估计加载大小的1/15,第一级采用两倍荷载,卸载分5级完成。如表2所示。(3)位移观测:每级加载完成后,在第1个小时内分别在5、15、30、45、60min分别进行读数,其后,每隔30min读数一次。把电子位移传感器与电脑连接,直接由电脑控制读数,在电脑屏幕上可以画出Q-S、S-lgt、S-lgQ曲线。(4)稳定标准:在每一级荷载作用下,桩的位移在1小时内不大于0.1mm,还需连续出现两次。(5)终止加载条件:当荷载—位移(Q—s)曲线和位移—时间(s—lgt)曲线上出现能判断极限承载力的突然下降段;在某一级荷载作用下,桩的位移为其前一级荷载作用下位移量的5倍;某级荷载作用下,桩的位移量的大于前一级荷载作用下位移量的2倍,且经24小时没有达到相对稳定;加载到估计承载力可以结束。(6)卸载:卸载要求分级进行,共分5级卸载。每级荷载卸载后,需要观察桩顶的回弹量,观测办法参考沉降要求。待回弹量稳定后,继而卸下一级荷载。(7)单桩竖向抗压极限承载力判断准则:根据测量得到的荷载箱上、下位移计算承载力公式[5]
此方法适用于单桩承载力的计算,但相应的桩顶位移不宜采用此公式。
3 数据的整理分析
以试桩2为例,整理分析试验结果。如表3所示。
承载力试验结果向传统静载试验的桩顶荷载—位移曲线转换方法是:根据向上、向下位移同步的标准进行拟合,也就是说通过位移进行荷载叠加[6]。根据两种试验方法的受力计算分析,可以得出如下公式:Q=Q-+KQ+,S=S-+K△S
根据承载力试验的Q-s曲线的特点:每加载一级荷载,上、下段基桩的位移量不同,但与传统静载是相对应的,根据向上、向下位移相等的准则,把相应结果叠加计算。根据S及计算的阻力Q得到传统静载基桩的一系列数据(Si,Qi),i=1,2,…n,继而可以画出等效的桩顶荷载—位移曲线[7]。
4 结语
自平衡法的关键是荷载箱的埋设位置即“自平衡点”的选取,上、下两部分桩身阻力能否同时达到极限值,直接影响到试桩极限承载力的确定。
采用自平衡试桩法对苏丹西纳大桥进行桩基静载试验,由于该法省时省力、安全可靠、经济性好,故取得了很好的效果,相信在以后的桥梁基桩试验中会得到广泛应用。
参考文献
[1]冯启文,王业义,曹向东等.苏通大桥大直径深水超长桩基础桩底注浆的关键技术[J].公路,2008(4):103-105.
[2]王勤友.桩底注浆技术在公路工程中的应用研究[J].北方交通,2006(4):59-60.
[3]徐国翔,王婷婷.自平衡静载试验法在桩基检测中的应用[J].浙江建筑,2010(3):19-20.
[4]基桩静载试验自平衡法(JT/T738-2009)(中华人民共和国交通行业标准)[S].2009.
[5]朱瑶宏,程晔,龚维明.杭州跨海大桥桩基承载力的自平衡试验[J].公路交通科技,2004(1):59-61.
[6]朱洪凯,冯泮.桩基承载力自平衡试验法在济宁运河桥中的应用[J].城市道桥与防洪,2010(2):38-40.
[7]桩承载力自平衡测试技术规程(DB32/T291-99)(江苏省地方标准)[S].1999.
平衡静载试验 篇2
通过四种工况情况下的桥梁静载荷试验,测定了桥梁应变、挠度值,对既有桥梁的结构强度、刚度进行了分析,对桥梁的`承载能力做了鉴定.
作 者：李书华 张福祥 陈磊 LI Shu-hua ZHANG Fu-xiang CHEN Lei 作者单位：李书华,陈磊,LI Shu-hua,CHEN Lei(山东正元地球物理勘测有限公司,山东,济南,250014)
张福祥,ZHANG Fu-xiang(莱钢工程指挥部,山东,莱芜,271100)
平衡静载试验 篇3
拟建朝阳大桥工程为“十横十纵”干线性道路九洲大道快速路跨越赣江的交通联系通道, 桥梁位于现有跨江大桥南昌大桥、生米大桥之间。跨江主桥分为通航孔桥和非通航孔桥 (见图1) , 通航孔桥采用波形钢腹板-预应力混凝土组合梁六塔单索面梁支撑式斜拉桥, 跨径布置为79 m+5×150 m+79 m, 桥宽37.00 m。非通航孔为48~50 m组合结构连续梁桥, 桥宽16.00~28.70 m。人非通道桥采用48~50 m跨径的钢桁架, 桥宽7.30 m。
跨江主桥采用钻孔灌注桩, 设计桩长26~32 m, 桩径分别采用1.0 m、1.5 m及2.5 m 3种类型, 设计承载力为7 000~52 000 k N。主要类型的桩基承台构造见图2。
本工程的静载试验需对大直径桩加载至100 000 k N以上, 为经济地检验单桩竖向承载力, 相关单位基于技术要求制订自平衡试验方案。
2 自平衡试验原理
桩基自平衡的测试概念最早由日本的中山 (Nakayama) 和腾关 (Fujiseki) 提出, 美国的Osterberg等人建立了基本试验理论, 并用于工程实践, 通常称此为Osterberg-Cell荷载试验或O-cell荷载试验[1,2]。自平衡试桩技术在采用大直径桩基的桥梁工程及超高层建筑工程中应用较多, 已有工程实例如润扬长江大桥、东海大桥、杭州湾跨海大桥等。
自平衡试桩法是接近于竖向抗压 (拔) 桩的实际工作条件的试验方法, 即把特制的加载装置 (荷载箱) 预先放置于桩身指定位置, 将荷载箱的高压油管和位移杆引至操作平台, 采用高压油泵在操作平台向荷载箱充油加载, 荷载箱将力传递到桩身, 其上部桩侧极限摩阻力及自重与下部桩侧极限摩阻力及极限桩端阻力相平衡来维持加载。利用合理的转换方法即根据加载参数得到试桩的极限承载力和桩顶加载曲线[3,4]。
3 试验概况
3.1 试验依据
试验根据JGJ 106—2003《建筑基桩检测技术规范》、JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》、DB36/J 002—2006《桩身自反力平衡静载试验技术规程》等相关规范进行设计、测试及分析。根据设计图纸, 试验参数见表1。
3.2 试验设备
试桩采用一个定型定制的荷载箱 (见图3) , 油泵最大加压值为60 MPa, 加载精度为每小格0.4 MPa。桩基严格按照设计图纸施工。荷载箱按以下工序安放:在地面上绑扎和焊接钢筋笼, 位移棒与钢筋笼绑扎成整体, 确保其护管不渗漏泥浆;埋荷载箱前检查桩径、桩长 (含荷载箱) 、油管及钢管长度、钢管距离;下放钢筋笼;浇筑混凝土, 令其达到设计桩顶标高;保护油管及钢管桩头, 防止杂物进入。
基准钢梁安置在受检桩上侧, 用于固定磁性表座。在表座上安装有4枚电子位移传感器, 用于测量桩身荷载箱处的竖向位移。传感器及数据采集仪与1台电脑连通, 采用专业软件及时处理数据。
3.3 试验规程及技术要求
加载采用慢速维持荷载法, 按下列要求控制。
1) 在桩身强度达到设计要求且成桩天数≥15 d的情况下方可试桩。
2) 预估测试荷载分为12级加载, 第1次按2倍荷载分级加载, 卸载时分5级进行。
3) 位移观测应在每次加载后第1 h内的5、15、30、45、60 min时刻各测读1次, 以后每30 min测读1次。电脑通过位移传感器测读数据, 在屏幕上显示Q-S和U-Δ曲线。
4) 但出现以下情况之一时, 终止加载。
(1) 已达到预定检测最大加载值或桩破坏。
(2) 当荷载-向下位移曲线上有判定极限荷载的陡降段, 且桩向下位移沉降量超过60 mm时。
(3) 某级荷载作用下, 桩的向下位移量大于前一级荷载作用后向下位移量的2倍, 且经24 h后未达到相对稳定。
(4) 累计向上位移超过40 mm。
(5) 向上位移和向下位移量合计超过荷载箱活塞有效行程。
5) 每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后间隔15 min测读1次残余沉降, 读2次后, 间隔30 min再读1次, 即可卸除下一级荷载。全部卸载后, 每隔3~4 h再读1次。
在试桩结束后, 采用超声波检测完整性, 必须符合JGJ 106—2003《建筑基桩检测技术规范》中对于I类桩要求。
3.4 声测相关工作
在声测前应做好以下工作:采用标定法确定仪器系统延迟时间;计算声测管及耦合水层声时修正值;在桩顶测量相应声测管外壁间净距离;在声测管内注满清水后检查声测管畅通情况;保证换能器在全程范围内顺畅升降;将发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于2根声测管中的测点处;在桩身质量可疑的测点周围应采用加密测点进行复测, 以确定桩身缺陷的位置及范围。声测管在桩断面上的布置见图4。
4 试验结果及分析
经过自平衡静载测试得到3种类型桩的Q-S曲线 (见图5~图7) 。图中, “QU”代表向上位移曲线, “QD”代表向下位移曲线。
图5中的结果显示, 桩在加载过程中处于弹性阶段, 其竖向抗压承载力至少为2倍测试荷载以上, 即104 000 k N。图6~图7中的曲线出现明显的下降段, 其设计承载力应采用一定的判别标准进行计算。在此假定当加载曲线某点的切线斜率达到从起始点起算的割线斜率的3倍时, 该点即为桩的设计极限状态, 该准则见图8。
经上述分析, 桩的设计承载力见表2。经过复核, 各桩承载力均满足设计要求。
经过超声波检测, 得到桩身声波传递速度及幅度, 其关键部位数据见表3。经过复核, 桩身完整性满足要求。
5 结语
南昌市朝阳大桥工程跨江主桥几种典型桩经过测试均满足要求, 其中通航孔桥主墩桩身承载力已达到100 000 k N以上, 属于江西省内目前最大吨位的基桩, 相对于国内其他大型桥梁工程[5]来说也处于领先地位。
参考文献
[1]OSTERBERG J.New device for load testing driven piles and drilled shaft separates friction and end bearing[J].Piling and Deep Foundations, 1989:421-427.
[2]BENGT H F, RICHARD K, JACK H.O-cell testing and FE analysis of 28 m-deep barrette in Manila, Philippines[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1999, 125 (7) :566-575.
[3]龚维明, 戴国亮, 蒋永生, 等.桩承载力自平衡试验理论与实践[J].建筑结构学报, 2003, 23 (1) :82-88.
[4]龚维明, 蒋永生, 翟晋.桩承载力自平衡试验法[J].岩土工程学报, 2000, 22 (5) :532-536.
平衡静载试验 篇4
石拱桥静载试验中评定结果的若干不确定性因素探讨
在对石拱桥进行静载试验时,难免会引入各种各样的误差,其将直接影响到桥梁结构评定的可靠性.文章从理论计算模型、砌体材料性质、试验加载过程、测试系统等方面对静载试验评定结果不确定性因素进行了探讨,以供石拱桥的.试验检测、加固设计等参考.
作 者：秦小平廖敬波 唐光武 刘怀林 作者单位：招商局重庆交通科研设计院有限公司;桥梁工程结构动力学国家重点实验室;桥梁结构抗震技术交通行业重点实验室,重庆,400067刊 名：中国高新技术企业英文刊名：CHINA HIGH TECHNOLOGY ENTERPRISES年，卷(期)：“”(3)分类号：U448关键词：石拱桥 静载试验 不确定性因素 试验加载
平衡静载试验 篇5
1 提高自平衡静载测桩精度的途径
1.1 影响自平衡点位置的因素分析
自平衡点位置的设置与土性指标确定的相关参数、桩的侧摩阻力发挥条件、与桩顶加载测桩机理等有关, 正确确定自平衡点位置是极其困难的, 但是通过分析相关因素, 使其误差缩小、成为可靠的测桩手段是可行的。
1.1.1 工程地质参数须规范统一
目前专业勘察单位众多、技术力量相差悬殊, 同一场地由二个以上勘察单位提供的工程地质报告显示的计算参数相差悬殊, 不能估算确定可靠的自平衡点。如规范取样、规范土工试验基础上进行地区性规范提供估算参数, 方能减少差异。以宁波软土为例, 建立地区性统一估算参数取值是可能的, 不仅可估算自平衡点的可靠性, 而且对估算桩的承载力值精确性有效保证。
1.1.2 桩的侧摩阻力与变形关系
工程地质报告提供的桩的侧摩阻力值参数实际是变数, 桩的侧摩阻力是否达到有效发挥与桩端阻止剌入变形能力有关, 持力层土性阻止桩刺入变形的能力越强侧摩阻力发挥越大, 否则侧摩阻力发挥很小。例如宁波北仑区海边某冷库工程, 其桩基础为Ф426沉管灌注桩, 桩长30 m, 地质条件为超厚淤质粘土, 局部在地表下30 m处有0.2 m厚粉细砂透晶体, 估算极限承载力值Ru=600kN, 沉桩后经28 d养护进行静载荷试桩检测, 桩的极限承载力值Ru=200kN, 而桩端入0.2 m层粉细砂层桩的极限承载力值Ru≥600 kN, 0.2 m厚不能作为持力层, 但有一定阻止桩端剌入变形能力, 使桩摩阻力达到发挥。图1为有无粉细砂持力层情况下两根桩的Q-S对比曲线。
自平衡测桩上段桩桩顶为自由, 相当于上述实例纯摩擦桩, 桩顶上升无约束, 桩的侧摩阻力发挥受到影响, 按转换系数γ为0.65折～0.8折减不能确定自平衡点。
相同桩径与桩长条件, 拔与顶的加载方式不同, 桩的侧摩阻力发挥是有大的不同。对于抗拔桩, 桩侧摩阻力自上而下传递, 由于不能阻止变形、侧摩阻力随着拔力增大自上而下瞬间达到最大值而迅间变小, 不能在桩长范围整体发挥。对于桩底顶升, 桩的侧摩阻力自下向上传递, 由于桩的自重作用下可有效阻止桩的位移, 随着顶升力增大, 侧摩阻力向上传递, 直至自重与侧摩阻力整体发挥达到最大值, 图1可知, 桩的侧摩阻力整体发挥与不能整体发挥有3倍之差。
1.2 桩顶加载静载荷测桩相似的自平衡测桩机理分析
根据桩顶加载静载荷测桩原理, 自平衡测桩的上段桩顶进行人为加载约束, 类似进入持力层相似的端阻力, 端阻力为qp=1 000 kPa, 使上段桩的侧摩阻力得到发挥, 测得上段桩承载力值与下段桩承载力值叠加, 相当于桩顶加载静载荷测桩值, 见图2。
根据桩顶加载静载荷测桩原理, 选择自平衡点将检测桩截断, 上段桩桩顶用反梁钿旋地锚约束, 模拟桩端进入持力层的端阻力qp, 桩顶约束荷载≥1 000 kPa, 则分段加载类同桩顶加载, 向上加载N/2, 下段桩向下加载N/2, 分别测得上下段承载力值相加, 即为检测桩承载力值。一般自平衡测桩为大直径桩、长桩和超长桩, 上段桩的自重足以满足约束条件, 无须考虑转换系数γ=0.65～0.8的折减。
2 自平衡点位置估算
2.1 超长桩 (桩长≥65 m)
自平衡点位置估算:
式中, U——桩的截面周长 (m)
qsi——土的侧摩力 (kPa)
qp——土的端阻力 (kPa)
A——桩的水平投影面积 (m2)
2.2 中短长桩 (桩长≤45 m)
自平衡点位置估算:
U×∑qsi×hi+G上=U×∑qsi×hi+qp×A
(上段桩) (下段桩)
式中, G上——上段桩自重
2.3 中长桩 (桩长45 m～65 m)
自平衡点位置估算:
U×∑qsi×hi+ξG上=U×∑qsi×hi+qp×A
(上段桩) (下段桩)
式中, ζ——上段桩自重折减系数, 见表1。
3 实例分析与验证
工程实测自平衡上下段桩位移与原估算桩的阻值存在大的差异, 见下表2。
按γ转换系数计算的上下段桩的侧 (端) 阻值是平衡的, 为什么上下段桩位移差达近10倍, 普遍出现下段桩超前进入极限而终止测桩, 如自平衡位置至桩底距离相同, 如编号1桩、位移比上段/下段=6.25, 编号3位移比为14.42, 编号2位移比=2.45, 而编号2上段桩短2.3 m位移比2.45, 根据中长桩估算自平衡位置应再上移1.05 m。
编号4位移比为16.44, 编号6位移比=14.98, 该自平衡位置严重偏下, 使下段桩超前进入极限。实测桩的Ru误差达30%～40%, 产生资源性浪费。
编号5为超长桩, 桩长达87.53 m, 位移比=1.42, 比较接近, 按超长桩估算可应再上移3.4 m。说明按γ估算上段桩侧阻值确定自平衡位置是不可取的。
4 自平衡测桩 (奥氐法) 极限承载力Ruk
自平衡静载测桩的精度取决于自平衡位置正确, 但上下段桩不可能同时达到极限, 即使按上述估算自平衡点位置, 也只能近似平衡点, 不可避免其中一段桩先达极限, 另一段桩尚有潜力、为较正确反映测试桩承载性状。例如, 对于某工程, 对未进入极限的桩段 (潜力桩段) 用波兰法与最小二乘法推求极限值, 见图3。
将上下段桩的极限承载力值叠加、再加上段桩自重即为被测桩的极限承载力值。
Ru=Qu上+G上+Qu下
按桩顶加载机理相似的自平衡测桩, 极限承载力值接近, 可避免某一桩段出现超前进入极限。
5 结论
自平衡法测桩技术的出现、解决了大直径桩、超高承载力桩、桥桩与码头桩、以及常规测桩技术没有实施条伴的各类桩。但工程实践表明, 确实存在很多问题, 本文着重提高测桩精度进行探讨, 供岩土工程界同仁关注。
参考文献
[1]桩承载力自平衡测试技术规程 (DB32/T291-1999) 。江苏省地方标准, 江苏省技术监督局和江苏省建设委员会联合发布.
[2]龚维明, 蒋永生。桩承载力自平衡测试法。岩土工程学报, 2000, 22 (5) .
基桩静载试验综述 篇6
关键词：基桩检测,静载试验,自平衡法
桩基础作为一种历史悠久的基础形式, 具有较高的承载能力与稳定性, 可以有效地减少建筑物的沉降, 同时可以很好的避免建筑物的不均匀沉降;在复杂、不良地质的条件下, 使用桩基础可以有效的减少危害, 提高建筑物的抗震、抗暴性能。
基础能否既经济又安全的通过埋设在土中基桩将外荷载传递到深层土中, 主要取决于基桩桩身质量与承载力能否达到设计的要求。目前桩基础的检测主要包括静载试验和动载试验。
1 传统检测方法
1.1 单桩竖向抗压静载试验
单桩竖向抗压静载试验通过反力装置用千斤顶给基桩施加竖向荷载, 同时采用大量程百分表或位移传感器量测桩顶沉降量。该方法可以确定基桩的单桩竖向抗压承载力, 当埋设有测量桩身应力、应变、柱底反力的传感器或位移杆时, 可测定桩的分层侧阻力和端阻力或桩身截面的位移量。按提供反力的方式, 单桩竖向抗压静载试验可以分为以下四种形式:
1) 堆载反力法。
堆载反力法:将重物放置在堆载反力平台上, 配重按桩极限承载力的1.2倍设计。目前, 在国内该方法可以用于单桩竖向极限承载力小于15 000 kN的基桩的检测。由于重物堆载对桩周围的土有压实的作用, 用该方法确定的单桩极限承载力比实际承载力偏大。
2) 锚桩反力法。
锚桩反力法:锚桩和钢反力架组成反力装置, 锚桩承受抗拔提供反力。JGJ 106-2003建筑基桩检测技术规范规定采用工程桩做锚杆时, 锚桩数量不应少于4根, 并应监测锚桩上拔量。该方法在国内可以应用于单桩极限承载力小于25 000 kN的基桩的监测。这种加载方法的不足之处在于它对承载力较大的桩无法进行随机抽样, 对不配筋桩、抗拔力较小的桩亦无法进行检测。
3) 锚桩—堆载反力法。
锚桩—堆载反力法:当锚桩的抗拔能力不能满足试桩的最大加载量时, 可在横梁上放置或是悬挂一定量的重物, 由锚杆和重物共同承担加载反力。压重宜在检测前一次加足, 并均匀稳固地放置于平台上。
4) 地锚反力法。
地锚反力法:对单桩承载力较小的摩擦桩、复合地基可以用土锚做反力;对岩面较浅的嵌岩桩, 可以用岩锚提供反力。
单桩竖向抗压静载试验的加载方法可分为慢速维持荷载法与快速维持荷载法两种。为设计提够依据的竖向抗压静载试验应采用慢速维持荷载法;施工后的工程桩验收检测也宜采用慢速维持荷载法, 当有足够的地区经验时, 可采用快速维持荷载法, 但建议在最大试验荷载时, 应根据桩顶沉降收敛情况决定是否延长维持荷载的时间。
1.2 单桩竖向抗拔静载试验
单桩竖向抗拔静载试验适用于检测单桩的竖向抗拔承载力。加载装置宜采用油压千斤顶。试验时反力装置宜采用反力桩 (或工程桩) , 也可以根据情况使用天然地基作为反力装置。当桩身埋设应力、应变测量传感器, 或桩端有位移测量杆时, 可通过试验直接测量基桩桩侧抗拔摩阻力或是桩端上拔位移。
传统的静载试验可以提供设计完整可靠的承载力参数, 但是静载试验却存在着显著的缺点:成本高、工程量大和工期长。造成这种缺点的一个主要原因就是静载试验需要设置专门的反力系统。测试一根钻孔灌注桩的承载力, 需要2根～4根锚桩提供反力, 这使得试验成本成倍增加;如果采用堆载法, 堆载物的重量至少为其承载力的1.2倍, 由此使得运输和安装费用大幅度提高, 同时场地条件的限制也会影响到试验的进程。
2 自平衡检测方法
自平衡试桩法类似于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法, 它的基本出发点是利用试桩自身反力平衡的原则, 在桩身截面处安设荷载箱, 沿垂直方向加载, 即可同时测得荷载箱上、下段桩身各自的承载力。自平衡测试原理及试验示意图见图1, 图2。
自平衡试验开始后, 荷载箱产生的荷载沿着桩身向上、向下传递。桩身在各级荷载作用下混凝土产生的应变量和钢筋产生的应变量相等, 通过量测预先埋在钢筋笼上的钢筋计, 得到各钢筋计在每级荷载作用下的应力—应变关系, 从而推出相应的桩的截面的应力—应变关系, 得到桩截面微分单元内的应变量。
自平衡试验有其自身的一定的优势:1) 自平衡测试法克服了堆载法对于场地条件的要求。试验时, 装置比较简单, 不需要额外占用场地, 同时自平衡测试不需要运入大量的堆载货物, 试桩准备工作省时、安全、省力。2) 自平衡测试可以有效地提高施工进度, 节约试验成本, 且操作简单, 使用安全。3) 自平衡测试利用桩的侧阻力与端阻力互为反力, 通过试验可以很好的了解辨别侧阻力与端阻力的分布和各自的荷载—位移曲线, 因此我们可以利用该法增加试桩的数量, 扩大检测面。4) 自平衡试验完成以后, 试桩可以继续作为工程桩使用, 可以利用预埋的补浆管对荷载箱进行压力注浆。5) 在下面的情况下或是当设置传统的堆载平台或是锚桩反力装置特别困难且试验费用较高时, 自平衡测试法则更能体现出其优势所在, 比如在水上试桩、基坑底试桩、坡地试桩、狭窄地试桩、嵌岩桩、斜桩、抗拔桩等测试时, 自平衡所带来的方便性与经济性是其他测试方法所不及的。6) 由于试验费用比较低, 且试验比较容易进行。7) 自平衡试桩法不受基桩承载力的限制, 可以很方便的进行大吨位的试验并且取得很好的试验效果。
3结论与展望
传统的基桩静载试验可以满足一定的工程需要, 但是随着桩基础向大吨位, 大直径方向发展。传统的基桩静载试验已经不能满足实际工程需要。在这种情况下, 新的基桩静载检测方法如自平衡测试法的发展使得大吨位大直径的基桩的检测得以实现。
当然, 自平衡测试其理论和实际还需要得到进一步的发展完善。
参考文献
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T梁静载试验分析 篇7
某大桥全桥长4319.6m, 上部结构为172-25m预应力砼结构T形梁, 左幅最后五孔采用5-25预应力砼简支T梁, 桥面连续, 其余均为预应力砼T形组合梁连续刚构, 桥面现浇层10cm, 桥面沥青砼铺装9cm, 126#-6T梁为后港特大桥连续刚构端孔边梁, 跨径23.95cm, 砼设计标号为C50, 设计荷载:超-20, 挂-120。
1.1 试验目的
对6029-126#-6T梁作静载试验, 通过试验测定梁的静力特性, 即测定在静载作用下特定部位的应力应变值和挠值, 通过所测值与设计控制理论内力相比较, 进而判定该T梁的使用性能, 以鉴定T梁实际承载能力。
1.2 试验方案和加载模式
1.2.1 方案一:
1.2.1. 1 试验方法
根据现场条件、设备条件及梁结构特征, 采用跨中最大弯矩的等效均布荷载进行荷载等效替代, 采用砂垫层、钢板、袋装水泥等进行均布堆载加载方式, 试验时分四级荷载加载至最大荷载, 然后分级卸载至零载。
1.2.1. 2 试验荷载
试验时分四级 (40%、60%、80%、100%) 进行加载, 分别为16.34KN/m、24.47KN/m、32.628KN/m、40.875KN/m, 为保证试验顺利进行, 试验前先进行预加载。
1.2.1. 3 试验过程
a.第一级加载
在梁顶面铺上10cm厚砂垫层 (找平) , 重23.95×1.7×0.1×15=61.07KN, 接线长方向铺上70cm厚三层钢板 (2cm (厚) ×150cm (宽) +2cm (厚) ×160cm (厚) +3cm (厚) ×160cm (宽) ) , 计206.8KN, 然后均匀堆上114KN水泥, 本级加载共达381.87KN, 换算均匀布荷载为15.94KN/m。
b.第二级加载
第一级加载稳定后测得数据, 继续加载190KN袋装水泥, 累计荷载达381.87+190=571.87KN, 换算均为荷载为23.88KN/m。
c.第三级加载
第二级加载稳定后测得数据, 继续加载209KN袋装水泥, 累计荷载达571.87+209=780.87KN, 换算均为荷载为32.6KN/m。
d.第四级加载
第三级加载稳定后测得数据, 继续加载196KN袋装水泥, 累计荷载达780.87+196=976.87KN, 换算均为荷载为40.788KN/m。
e.卸载
第四级加载稳定测得数据后逐步分级卸载, 并测得各卸载后的数据。
1.2.2 方案二:
1.2.2. 1 试验方法
根据现场条件、设备条件及梁结构特征, 试验方法采用跨中弯矩等效布荷载进行荷载等效替代, 采用两点弯曲等效荷载模式, 荷载位置距跨中3米两点对称加载, 具体做法:在地面相应位置堆放钢筋;在梁顶部对应位置放置钢桁架, 并把所堆钢筋与桁架联接牢固;在梁与桁架之间放置千斤顶进行加载, 加载等级分为40%、60%、80%、100%四级, 并测定相应等级的应力应变值。
1.2.2. 2 试验荷载
根据荷载叠加原理, 设跨中弯矩是由相对称两力G1、G2共同作用, 每荷载产生的跨中弯矩为1462.15KN.m。
各数据计算如下:
1.3 试验方案比较
1.3.1 采用方案一优点是砂垫层、钢板、袋装水泥等材料容易得到, 全部来自于现场。缺点是由于根据加载力推算水泥最多必须加13层高达3.5m, T梁宽度1.8m, 要在如此狭窄断层上堆载3.5m高, 重点稳, 容易倾覆, 安全性能差, 危险性大。
1.3.2 采用方案二优点是加载比较轻便, 安全性能好, 几乎没有危险。缺点是由于焊接桁架必须浪费部分材料。
综合比较经及根据现场实际条件, 我们采纳方案二进行加载, 分四级进行加载, 分别为130.3KN、260.7KN、325.8KN, 试验前先进行预加载。
2 静载试验内容、测点布设及结果
2.1 静力荷载试验内容
2.1.1 T梁在试验荷载作用下跨中断面最大应变和最大挠度。
2.1.2 T梁在相应于跨中最大弯矩的试验荷载作用下1/4跨的应变, 挠度及剪应力。
2.2 测点布设
2.2.1 应变测点:在跨中, 1/4跨布设应变计及应变花, 用7V08测验量。
2.2.2 挠度测点:在梁端布设中测位移计观测支座的沉降, 在跨中、1/4跨布设中测位移计观测挠度, 测点布设详见详图。
2.3 试验时间及过程
本次静力荷载试验于2001年10月24日进行, 气温26℃。
试验前, 先进行预加载, 检查测系统和试验组织是否工作正常, 度过室施工过程中, 采用分四级荷载进行不加载至最大荷载, 再次加载时, 操作两台千斤顶同时缓慢加载至该及荷载、加载或卸载的持续时间, 取决于结构变位达到相对稳定及观测所需时间。
2.4 实验结果分析
实验结果表明各加载等级下T梁1/4跨、3/4跨截面应力、最大剪应力、挠度值无法满足设计要求, 而且现场T梁表面未发现有裂缝产生。静载实验结果表明6029-126#-6T梁裸梁承载能力满足设计荷载等级 (超-20, 挂-120) 要求。
摘要：通过对T梁进行静载试验, 验证T梁施工工艺的正确性, 从而有效保证T梁的施工质量, 为以后的施工积累经验。
桥梁单梁(板)静载试验分析 篇8
实例中的桥梁为庄浪县甘子河桥2～16m后张法装配式预应力空心板, 桥梁全宽9.0m, 设计荷载为公路—Ⅱ级。试验梁板高80cm, 中梁底宽124cm, 顶宽124cm, 边梁底宽124cm, 顶宽174.5cm。
1 试验前的理论分析
在试验前应按照设计图纸对桥梁进行结构分析, 以便确定试验方法、荷载大小、测点布置等。
1.1 各梁 (板) 横向分布系数的计算
首先, 应依照设计图纸计算出主梁 (板) 的截面几何特征值如面积、截面抗弯 (抗扭) 惯性矩、主梁每延米抗扭惯性距, 中性轴位置等。
然后, 根据梁 (板) 间的组合情况选用横向分布系数的计算方法, 实例中的桥梁为空心板桥, 采用铰接板法。如果是梁桥可采用刚性横梁法、G-M法或二者同时采用, 取用最不利的情况进行分析。
横向分布系数得出后, 在综合考虑预制梁 (板) 的情况 (中、边梁的预制宽度, 截面几何特征值等) 时, 要采用最大的横向分布系数, 留待下一步分析时采用。
1.2 计算二期恒载+活荷载产生的各项内力
由于试验时, 预制梁已成形且预应力束张拉完毕, 即一期恒载已加载完成, 所以计算的各项内力应是二期恒载+活载产生的, 其中包括主梁 (板) 间接缝 (铰缝) 、桥面系统、活载、冲击荷载、温度应力、混凝土收缩徐变等, 且应进行荷载组合, 选取最不利组合值计算其控制截面的弯矩、剪力等各项内力, 但此内力值为全桥建成后主梁 (板) 全截面承受的二期恒载+活载内力值, 而在某些情况下, 预制梁比成桥时的截面尺寸要小, 截面几何特征值也要小一些, 因此, 应将内力值按照各相关公式中预制梁与成桥后主梁全截面的截面几何特征值的关系进行修正, 然后取用修正值做试验的基础数据。
2 试验前的准备工作
2.1 试验梁的选取
首先, 根据委托要求, 并着眼于成桥后的运营安全, 依据施工情况及有关资料, 选用施工质量相对最差, 成桥后最不利位置, 初步确定试验的主梁 (板) 的类别。
其次, 根据前一步计算结果, 综合比较中、边板的内力及换算截面几何特征值, 最终确定试验梁板。
2.2 试验方案
依据前面理论分析中得出的预制梁 (板) 的控制内力值, 综合考虑试验现场的实际情况选用试验的加载 (卸载) 方案、测点布置、试验步骤、试验临时支座设置。
2.2.1 加载 (卸载) 方案
可采用集中荷载或均布荷载加载。集中荷载加载可直接用龙门架吊装另一片预制梁将其一端通过油压千斤顶架设在试验架上;均布荷载加载是往加载梁上堆放重物。本实例采用水泥袋作为均布荷载加载。
2.2.2 加载力确定
从安全角度考虑, 且为使实验数据与理论值的比较更为科学合理, 试验荷载应逐级加载。在试验过程中分4级加载, 每次加载为计算荷载的25%, 每级荷载加载持续时间不少于10min, 且宜相等。为尽可能消除非线性变形, 正式试验前进行预压。
2.2.3 各截面在试验荷载下应力、应变、挠度的计算
在确定试验的加载方案后, 即可按加载步骤计算出各级荷载下各控制截面的各项内力, 然后由内力及换算截面几何特性值等计算出各截面的应力、挠度等, 再由应力应变的关系推算各点理论应变值。本实例中的桥梁在未开裂的预应力混凝土构件中各截面的应力计算可由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第7.1.3-1条计算, 公式如下:
undefined
式中:Mt——按作用 (或荷载) 标准值组合计算的弯矩值;
I0——全截面换算截面惯性距;
y0——构件换算截面重心轴至受拉区计算纤维处的距离。
而由下列公式可计算出各点的混凝土应变:
ε=σ/E
挠度的计算公式主要参考材料力学中的相应公式:f=ml/12EI0
式中各参数同上。
2.2.4 测点位置及临时支座的设置
一般在1/4跨、跨中、3/4跨截面设置应变和挠度测点, 由于试验过程中支点处也会有沉降, 因此在支点下缘应同样设置沉降测点。测点布置如图1所示。
临时支座应在支座中心线处、考虑到试验中荷载较大, 应采用强度较高的材料制成, 且临时支座顶面应水平、清洁。
2.2.5 试验器材的选用
试验器材应尽量采用教成熟可靠、采购方便或已有的设备。梁 (板) 各控制截面应变值的检测现多采用应变片粘贴在测点处, 用DH3816静态数据采集分析仪采集数据。各截面挠度的测定采用千分表。裂缝的观测采用裂缝测宽仪, 并记录裂缝的产生位置、发展情况。
3 试验数据的采集、分类、汇总及分析
3.1 实验数据的采集
在试验中, 为保证试验数据的可靠, 每次增加荷载后, 必须持荷5～10min后方可读数, 且应每隔3～5min读数一次, 一般当数据增量小于上一次增量的10%时, 即可认为数据稳定可靠。
数据记录应采用仪器记录与人工记录同步进行、互相校核。
3.2 试验数据的分类及汇总
3.2.1 应变数据
首先, 应将各应变测值按各自应变计试验前标定的系数得出混凝土应变值, 然后, 将各控制截面在每一加荷阶段的各点应变绘制成图。因此可在图上直观的判断截面是否在各荷载阶段都处于弹性变形状态及中性轴的变化情况。其次, 将各荷载阶段在梁 (板) 某一水平面上混凝土应变绘制成图, 判断其变化是否与弯矩图的变化相对应。最后, 可将一些控制点在各荷载阶段的应变汇总, 分析该点混凝土应变是否与荷载变化相对应。
3.2.2 挠度数据
首先, 应将1/4跨、跨中、3/4跨等处各荷载阶段的沉降值减去两支点处相应荷载下的平均沉降值, 得出以上各截面每阶段的挠度值。
其次, 汇总各截面在每个荷载阶段时的挠度值, 判断挠度变化是否与荷载的变化相对应。
再将各荷载阶段的挠度值汇总, 判断该阶段梁 (板) 整体挠度的分布是否均匀。
3.2.3 各应变测点的应力可由应力及应变间的关系得出
3.3 试验数据与理论值的比较分析及修正
将试验数据整理、分类、汇总后列表, 见表1、2。表中试验数据若与理论值相差较大时, 则应分析可能的原因及数据是否可靠, 在分析时, 不仅应比较试验数据与理论值的差异是否在允许范围内, 还应分析是否测试仪器出现异常。如在某个荷载阶段试验数据大部分超出理论值则说明施工质量未满足规范及设计的有关要求。另外, 还应比较试验数据推算值 (如中性轴位置、应力等) 与理论值之间的差异, 并分析是否在允许范围内。
试验时, 由于试验梁 (板) 的混凝土龄期、配合比、梁 (板) 预制尺寸的偏差等因素的影响, 对试验数据及理论值均应进行修正。
首先, 由于预制梁 (板) 时各部位尺寸存在一定偏差, 应修正各截面几何特征值, 且因混凝土龄期、配合比等因素的影响, 也应修正混凝土的弹性模量, 按上述值修正应力、应变、挠度的理论值。
其次, 混凝土弹性模量则由试验数据推算出的应力值也必须随之修正。
在各个数据修正完毕后, 重新比较试验数据与理论值的差异及其超出允许范围。当数据偏大时, 首先应分析仪器工作是否正常, 其次, 如果其他相关数据均小于理论值, 则可弃用该数据;当数据偏小时, 则往往是仪器工作不正常导致, 如应变片与混凝土的粘贴松动, 千分表与粱体的接触有脱落或其支座受到意外干扰, 可弃用该数据。
本实例经过修正, 在第二、三级荷载作用下混凝土的挠度变形较接近理论计算值, 第四、五级荷载作用下各截面混凝土应变及挠度均大于理论计算值, 所检测的梁板承载能力安全储备较小, 不能满足设计荷载等级要求。建议对该梁进行报废处理。
4 试验及其报告的不足之处
1) 未进行全桥的结构分析, 而是依据设计规范按偏于保守的计算出各截面控制内力、应力、应变、挠度等。
2) 试验中的控制内力未按预制梁截面与成桥后主梁全截面的几何特征值在相关公式中的关系进行修正。
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钢管拱桥静载试验应力测试分析 篇9
桥梁静载试验主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的应力和变形, 以确定桥梁结构的实际工作状态, 它是检验桥梁结构实际性能, 如结构的强度、刚度等最直接、最有效的方法。本文通过对沙河特大桥钢管拱实桥加载试验, 了解桥跨结构的静力性能, 判断其是否能继续安全可靠的投入正常运营。
2 工程概况
沙河特大桥钢管拱跨越南水北调暗渠, 交叉交角34.6°, 交叉桩号K18+561.175。桥梁结构采用1~146m钢管混凝土钢架拱, 计算跨径140m, 计算矢高30m。全桥共设四榀钢管混凝土拱, 拱肋采用外径φ1300mm, 壁厚18mm钢管混凝土哑铃形截面, 上下弦杆中心距2.2m, 拱肋截面净高3.5m, 宽1.3m。拱肋之间共设7道风撑, 1道一字形风撑, 6道K撑。4片拱肋共设200根吊索, 2根吊索为1吊杆, 第一吊杆距离拱脚中心10m, 其余吊杆间距均为5m。全桥共设32根系杆。每幅桥共设254道预应力混凝土中横梁, 中横梁采用两幅分离设置, 为简支结构。桥面板采用整体现浇桥面板, 板厚30cm。下部结构空心闭合箱型截面桥墩, 承台采用整体式承台, 钻孔灌注桩基础。
通过测定桥梁试验孔控制断面在试验静荷载作用下的应力, 并与理论计算值比较, 检验桥梁结构控制断面实际应力是否与设计要求相符。
3 静力荷载试验
3.1 静力试验荷载的确定
本次试验的主要目的是检验结构承载能力是否符合设计要求, 故采用基本荷载加载。按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (JTG/TJ21—2011) 规定, 计算各控制断面在设计荷载作用下最不利效应值的等效荷载。等效荷载按式 (1) 计算:
式中, η为静力试验荷载效率系数;Sst at为试验荷载作用下, 某一加载项目对应的控制断面内力或变位等的最大计算效应值;S为设计标准活荷载不计冲击荷载作用时产生的该加载试验项目对应的控制断面内力或变位等的最不利计算效应值; (1+μ) 为设计计算取用的动力系数, 其中μ为按规范采用的冲击系数。
3.2 试验工况
本桥主要测试工况有:
1) 左幅钢管拱1/2跨对称加载, 拱肋 (纵梁) 跨中最大正弯矩对称加载工况。
2) 左幅钢管拱1/2跨偏心加载, 拱肋跨中最大正弯矩偏心加载工况。
3) 左幅钢管拱1/4跨对称加载, 拱肋 (纵梁) 1/4跨最大正弯矩对称加载工况。
4) 左幅钢管拱1/4跨偏心加载, 拱肋1/4跨最大正弯矩偏心加载工况。
3.3 测试位置及项目
在进行测点布置时, 全面考虑钢管混凝土拱肋、纵梁及其他各主要构件中控制断面在试验荷载作用下的受力状态, 以保证获取结构应力的实测数据。
该桥主要测试项目有:
1) 试验孔1/2跨在最大正弯矩偏心与对称荷载作用下, 控制断面处的应变;
2) 试验孔1/4跨在最大正弯矩偏心与对称荷载作用下, 控制断面处的应变。
3.3.1 纵梁应变测试测点布置
本次纵梁应力测试一共布置了2个断面, 分别在试验孔1/2跨纵梁底面和横梁底面和1/4跨纵梁底面和横梁底面。
3.3.2 拱肋应变测试测点布置
本次拱肋应力测试一共布置了5个断面, 分别在试验孔左右两榀钢管混凝土拱肋1、6、13、20、25号吊杆处。
3.4 试验加载程序
该桥静力荷载加载的试验程序见表1。
4 测试结果与分析
下面对本次静载试验结果按应力测试进行分析。
4.1 纵梁应力
在进行各工况的应力数据对比分析时, 选取了对应加载工况的测试值与对应位置的理论值对比分析。由表2 1/2跨断面和表3 1/4跨断面各工况应力对比数据可知:该桥纵梁各测点实测应力与理论应力相比, 校验系数均小于1.00, 说明纵梁结构强度满足设计要求。
4.2 钢管混凝土拱肋应力
在进行各工况的应力数据对比分析时, 选取了对应加载工况的测试值与对应位置的理论值对比分析。由表4外侧和表5内侧钢管混凝土拱肋各工况应力对比数据, 可知:
1) 外侧钢管混凝土拱肋在各个工况荷载作用下, 1号吊杆处上缘最大实测拉应力为0.45MPa, 小于理论应力0.49MPa, 其校验系数为0.92, 小于1.00;下缘最大实测压应力为-1.18MPa, 小于理论应力-1.23MPa, 其校验系数为0.96, 小于1.00。
2) 内侧钢管混凝土拱肋在各个工况荷载作用下, 1号吊杆处上缘最大实测拉应力为0.44MPa, 小于理论应力0.47MPa, 其校验系数为0.94, 小于1.00;下缘最大实测压应力为-0.86MPa, 小于理论应力-0.92MPa, 其校验系数为0.93, 小于1.00。
5 结论
综上所述, 该桥钢管混凝土拱肋各控制测点实测应力与理论应力相比, 校验系数均小于1.00, 说明钢管混凝土拱肋结构强度满足设计要求。
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