分级加载条件下PHC管桩多裂缝特征获取装置及获取方法与流程

分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置及获取方法
技术领域
1.本发明涉及管桩试验技术与设备技术领域，具体为在分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置及获取方法。


背景技术：

2.预应力高强度混凝土管桩即phc管桩，给管桩中钢筋施加预应力，通过离心施工制成管桩，再进行高温高压养护制成的管桩。phc管桩具有高强度，施工周期段，高质量等特征被广泛运用与建筑领域中。抗裂性能是衡量phc管桩的质量重要指标，对采用管桩的建筑安全具有很大影响，因此，需要对生产的管桩进行试验，测量管管桩裂缝发生位置、深度、发展趋势，是管桩性能的重要参数，抗裂实验中的重要环节。
3.因此，提供分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置及获取方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有的缺陷而提供的分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置及获取方法，可以获得大直径，大长度，高强度phc管桩裂缝发展趋势、形状、深度以及位置特征。
5.实现上述目的的技术方案是：
6.本发明之一的分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置，包括底座，所述底座上开设有两条平行的第一轨道和第二轨道，所述第一轨道和第二轨道的同一端设置有第一支撑底座，所述第一轨道和第二轨道的另一端设置有第二支撑底座，所述第一轨道和第二轨道的中间位置设置有加载组件。
7.优选的，所述加载组件包括加载支架，所述加载支架设置在所述第一轨道和第二轨道的中间位置，所述加载支架的横梁下端面中间位置连接有千斤顶，所述千斤顶通过高压油管连接高压油泵，所述千斤顶下端连接平衡梁。
8.优选的，所述平衡梁下端面两侧分别连接一个挤压块。
9.优选的，所述第一支撑底座和第二支撑底座的上端面、挤压块的下端面都为与phc管桩形状相契合的圆弧型。
10.优选的，所述底座可以在水平方向旋转，所述第一支撑底座和第二支撑底座滑动连接在所述第一轨道和第二轨道上。
11.本发明之二的基于分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置的获取方法，包括：
12.步骤s1，计算phc管桩在所述加载组件上，由自重引起的弯矩，从而得到在加载过程中抵消重力影响的荷载变化方程；
13.步骤s2，确定各级加载所需石膏浆液；
14.步骤s3，将phc管桩放置在获取装置上，旋转phc管桩，填充石膏浆液，获取phc管桩多裂缝特征。
15.优选的，所述步骤s1中，以phc管桩右端为起点，向左建立x轴,根据所述第一支撑底座和第二支撑底座分别距离两侧phc管桩端的距离d，可得弯矩公式为
16.f＝-0.5qx2+0.5qlx-0.5qld(x≥d)；
17.式中，q为随时间变化的函数，x为距离phc管桩右端的距离，l为phc管桩长度；
18.从而确定加载过程中抵消重力影响的荷载变化方程p，由插值法可得
[0019][0020]
再通过phc管桩旋转角速度ω，可得荷载变化方程p关于时间t的函数为
[0021][0022]
式中，q为phc管桩单位重量。
[0023]
优选的，所述步骤s2中，确定所需的石膏浆液体积公式为
[0024][0025]
式中，v为石膏浆液体积，n为加载级数。
[0026]
优选的，所述步骤s3包括：
[0027]
步骤s31，确定phc管桩中点，在中点位置吊起phc管桩，将phc管桩吊至所述第一支撑底座和第二支撑底座上，移动所述第一支撑底座和第二支撑底座，使得phc管桩中点处于所述平衡梁中点正下方；
[0028]
步骤s32，开启所述高压油泵，通过所述高压油管对所述千斤顶施压，至所述挤压块接触phc管桩时，加载开始，记录phc管桩出现裂缝时，高压油泵压力读数；继续加载，当出现受拉钢筋拉断，受压区混凝土破坏或受拉区混凝土裂缝宽度大于1.5mm时记录高压油泵压力读数；
[0029]
步骤s33，第a级加载，荷载保持稳定时，在phc管桩上粘贴一张矩形透明塑料薄膜；
[0030]
步骤s34，迅速向塑料薄膜与phc管桩裂缝中添加石膏浆液，并用胶带将phc管桩径向方向的塑料薄膜边缘与phc管桩密封；
[0031]
步骤s35，将所述底座顺时针旋转180度，从而使得phc管桩顺时针旋转180度，在旋转同时所述平衡梁增加荷载p，使石膏液凭借重力渗入phc管桩裂缝中并凝固，取下塑料薄膜与石膏；
[0032]
步骤s36，再将所述底座顺时针旋转180度，开始下一级加载，重复所述步骤32至步骤s35，可以得到phc管桩裂缝发生位置、裂缝形状、裂缝发展趋势以及裂缝深度。
[0033]
优选的，所述步骤s33中，第a级加载的荷载p小于理论phc管桩抗裂弯矩，第a+1级加载的荷载p大于理论管桩抗裂弯矩；
[0034]
所述步骤s34中，在荷载保持稳定前一分钟完成石膏浆液的制作。
[0035]
本发明的有益效果是：本发明通过在底座上设置第一轨道和第二轨道，可以调节第一轨道和第二轨道上的第一支撑底座和第二支撑底座，将phc管桩吊至第一支撑底座和第二支撑底座上，从而达到调节phc管桩的作用，使得phc管桩中心可以对准平衡梁的中心，通过千斤顶的施压，平衡梁下方的挤压块对phc管桩产生压力，通过不同的压力，分为不同
的级别，使得phc管桩在不同分级加载条件下产生不同的裂缝，并通过计算公式可以得到在不同分级加载条件下的phc管桩裂缝发生位置、裂缝形状、裂缝发展趋势以及裂缝深度。
附图说明
[0036]
图1是本发明分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置的轴测图；
[0037]
图2是本发明中底座的轴测图；
[0038]
图3是本发明中加载组件的轴测图；
[0039]
图4是本发明获取装置抱桩示意图；
[0040]
图5是本发明基于分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置的获取方法的流程图；
[0041]
图6是本发明中获取phc管桩多裂缝特征的具体流程图。
[0042]
图中：1、底座；2、第一轨道；3、第二轨道；4、第一支撑底座；5、第二支撑底座；6、加载支架；7、横梁；8、千斤顶；9、高压油管；10、高压油泵；11、平衡梁；12、挤压块。
具体实施方式
[0043]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
[0044]
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0045]
如图1-4示，分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置，包括底座1，底座1上开设有两条平行的第一轨道2和第二轨道3，第一轨道2和第二轨道3的同一端设置有第一支撑底座4，第一轨道2和第二轨道3的另一端设置有第二支撑底座5，第一轨道2和第二轨道3的中间位置设置有加载组件；加载组件包括加载支架6，加载支架6设置在第一轨道2和第二轨道3的中间位置，加载支架6的横梁7下端面中间位置连接有千斤顶8，千斤顶8通过高压油管9连接高压油泵10，千斤顶8下端连接平衡梁11；平衡梁11下端面两侧分别连接一个挤压块12。
[0046]
实施例中，第一支撑底座4和第二支撑底座5的上端面、挤压块12的下端面都为与phc管桩形状相契合的圆弧型，可以更好的夹持phc管桩。
[0047]
实施例中，底座1可以在水平方向旋转，可以在对phc管桩裂缝添加石膏浆液时，旋转底座1，使得石膏液凭借重力渗入phc管桩裂缝中，第一支撑底座4和第二支撑底座5滑动连接在第一轨道2和第二轨道3上，可以调节phc管桩的位置，使phc管桩的中心处于平衡梁11中点的正下方。
[0048]
分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置的获取方法，包括：
[0049]
步骤s1，计算phc管桩在加载组件上，由自重引起的弯矩，从而得到在加载过程中抵消重力影响的荷载变化方程。
[0050]
以phc管桩右端为起点，向左建立x轴,根据第一支撑底座4和第二支撑底座5分别
距离两侧phc管桩端的距离d，可得弯矩公式为
[0051]
f＝-0.5qx2+0.5qlx-0.5qld(x≥d)；
[0052]
式中，q为随时间变化的函数，x为距离phc管桩右端的距离，l为phc管桩长度；
[0053]
从而确定加载过程中抵消重力影响的荷载变化方程p，由插值法可得
[0054][0055]
再通过phc管桩旋转角速度ω，可得荷载变化方程p关于时间t的函数为
[0056][0057]
式中，q为phc管桩单位重量。
[0058]
步骤s2，确定各级加载需石膏浆液。
[0059]
确定需的石膏浆液体积公式为
[0060][0061]
式中，v为石膏浆液体积，n为加载级数。
[0062]
步骤s3，将phc管桩放置在获取装置上，旋转phc管桩，填充石膏浆液，获取phc管桩多裂缝特征。
[0063]
步骤s31，确定phc管桩中点，在中点位置吊起phc管桩，将phc管桩吊至第一支撑底座4和第二支撑底座5上，移动第一支撑底座4和第二支撑底座5，使得phc管桩中点处于平衡梁11中点正下方。
[0064]
步骤s32，开启高压油泵10，通过高压油管9对千斤顶8施压，至挤压块12接触phc管桩时，加载开始，记录phc管桩出现裂缝时，高压油泵压力读数；继续加载，当出现受拉钢筋拉断，受压区混凝土破坏或受拉区混凝土裂缝宽度大于1.5mm时记录高压油泵压力读数。
[0065]
步骤s33，第a级加载，荷载保持稳定时，在phc管桩上粘贴一张矩形透明塑料薄膜，其中，第a级加载的荷载p小于理论phc管桩抗裂弯矩，第a+1级加载的荷载p大于理论管桩抗裂弯矩，塑料薄膜长0.4l，宽4.8d，d为phc管桩外径，塑料薄膜长边与phc管桩轴向方向平行，两端分别距离较近phc桩端0.2l，在径向方向上可以包裹phc管桩下3/4部分，塑料薄膜在phc管桩径向方向上与phc管桩用胶带密封，在轴向方向上不与phc管桩贴合。
[0066]
步骤s34，迅速向塑料薄膜与phc管桩裂缝中添加石膏浆液，并用胶带将phc管桩径向方向的塑料薄膜边缘与phc管桩密封；其中，石膏浆液的配比为水：石膏＝32:3，并在荷载保持稳定前一分钟完成石膏浆液的制作，以防止防止提前过长时间配置石膏浆液导致浆液提前凝固无法流入管桩裂缝以及提前配置时间过短进入管桩裂缝无法凝固。
[0067]
步骤s35，将底座1顺时针旋转180度，从而使得phc管桩顺时针旋转180度，在旋转同时平衡梁11增加荷载p，使石膏液凭借重力渗入phc管桩裂缝中并凝固，取下塑料薄膜与石膏，可以观察到石膏与管桩接触部分有细长凸起，该凸起即为管桩产生的裂缝；在旋转同时平衡梁11增加荷载p用来抵消phc管桩因旋转引起加载方向的荷载变化。
[0068]
步骤s36，再将底座1顺时针旋转180度，开始下一级加载，重复步骤32至步骤s35，可以得到phc管桩裂缝发生位置、裂缝形状、裂缝发展趋势以及裂缝深度。
[0069]
以下面例子描述具体实施过程
[0070]
本实施例试验采用的是外径800mm，壁厚110mm，单节长度为55m的phc管桩，设计抗裂弯矩为385kn
·
m，极限弯矩为574kn
·
m，单位重q＝6200n/m，桩旋转角速度ω＝3
°
/s，采用分级加载，第一级加载至第四级加载每级加载20kn，第五级加载以及之后每级加载10kn，每级加载持续3min。
[0071]
步骤一，以phc管桩右端为起点，向左建立x轴,根据第一支撑底座4和第二支撑底座5分别距离两侧phc管桩端的距离12，可得弯矩公式为
[0072]
f＝-0.5qx2+27.5qx-330q(x≥12)；
[0073]
式中，q为随时间变化的函数，x为距离phc管桩右端的距离。
[0074]
从而确定加载过程中抵消重力影响的荷载变化方程p，由插值法可得
[0075]
p＝0.13f(27)；
[0076]
再通过phc管桩旋转角速度ω＝3
°
/s，得荷载变化方程p关于时间t的函数为
[0077]
p＝39680(1-cos(3t))；
[0078]
式中，q为phc管桩单位重量。
[0079]
步骤二，确定各级加载所需石膏浆液，以保证石膏浆液可以填充满各个裂缝。
[0080][0081]
式中，v为石膏浆液体积，n为加载级数。
[0082]
步骤三，确定phc管桩中点，在中点位置吊起phc管桩，将phc管桩吊至第一支撑底座4和第二支撑底座5上，移动第一支撑底座4和第二支撑底座5，使得phc管桩中点处于平衡梁11中点正下方。
[0083]
步骤四，开启高压油泵10，通过高压油管9对千斤顶8施压，至挤压块12接触phc管桩时，加载开始，记录phc管桩出现裂缝时，高压油泵压力读数；继续加载，当出现受拉钢筋拉断，受压区混凝土破坏或受拉区混凝土裂缝宽度大于1.5mm时记录高压油泵压力读数。
[0084]
步骤五，第3级加载，根据加载速率在荷载稳定前1mi n完成制备石膏浆液，所述石膏浆液的配比为：石膏＝32:3，并在phc管桩上粘贴一张矩形透明塑料薄膜，塑料薄膜长22m，宽4m，塑料薄膜长边与phc管桩轴向方向平行，两端分别距离较近桩端11m，在径向方向上可以包裹phc管桩下3/4部分，塑料薄膜在phc管桩径向方向上与phc管桩用胶带密封，在轴向方向上不与phc管桩贴合。
[0085]
步骤五，迅速向塑料薄膜与phc管桩裂缝中添加石膏浆液，并用胶带将phc管桩径向方向的塑料薄膜边缘与phc管桩密封。
[0086]
步骤六，将底座1顺时针旋转180度，从而使得phc管桩顺时针旋转180度，在旋转同时平衡梁11增加荷载p，使石膏液凭借重力渗入phc管桩裂缝中并凝固，取下塑料薄膜与石膏，可以观察到石膏与管桩接触部分有细长凸起，该凸起即为管桩产生的裂缝。
[0087]
步骤七，再将底座1顺时针旋转180度，开始下一级加载，重复步骤四至步骤六，可以得到phc管桩裂缝发生位置、裂缝形状、裂缝发展趋势以及裂缝深度。
[0088]
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各
实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)上开设有两条平行的第一轨道(2)和第二轨道(3)，所述第一轨道(2)和第二轨道(3)的同一端设置有第一支撑底座(4)，所述第一轨道(2)和第二轨道(3)的另一端设置有第二支撑底座(5)，所述第一轨道(2)和第二轨道(3)的中间位置设置有加载组件。2.根据权利要求1所述的分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置，其特征在于，所述加载组件包括加载支架(6)，所述加载支架(6)设置在所述第一轨道(2)和第二轨道(3)的中间位置，所述加载支架(6)的横梁(7)下端面中间位置连接有千斤顶(8)，所述千斤顶(8)通过高压油管(9)连接高压油泵(10)，所述千斤顶(8)下端连接平衡梁(11)。3.根据权利要求2所述的分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置，其特征在于，所述平衡梁(11)下端面两侧分别连接一个挤压块(12)。4.根据权利要求3所述的分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置，其特征在于，所述第一支撑底座(4)和第二支撑底座(5)的上端面、挤压块(12)的下端面都为与phc管桩形状相契合的圆弧型。5.根据权利要求1所述的分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置，其特征在于，所述底座(1)可以在水平方向旋转，所述第一支撑底座(4)和第二支撑底座(5)滑动连接在所述第一轨道(2)和第二轨道(3)上。6.基于权利要求1所述的分级加载条件下phc管桩多裂缝特征获取装置的获取方法，其特征在于，包括：步骤s1，计算phc管桩在所述加载组件上，由自重引起的弯矩，从而得到在加载过程中抵消重力影响的荷载变化方程；步骤s2，确定各级加载所需石膏浆液；步骤s3，将phc管桩放置在获取装置上，旋转phc管桩，填充石膏浆液，获取phc管桩多裂缝特征。7.根据权利要求6所述的获取方法，其特征在于，所述步骤s1中，以phc管桩右端为起点，向左建立x轴,根据所述第一支撑底座(4)和第二支撑底座(5)分别距离两侧phc管桩端的距离d，可得弯矩公式为f＝-0.5qx2+0.5qlx-0.5qld(x≥d)；式中，q为随时间变化的函数，x为距离phc管桩右端的距离，l为phc管桩长度；从而确定加载过程中抵消重力影响的荷载变化方程p，由插值法可得再通过phc管桩旋转角速度ω，可得荷载变化方程p关于时间t的函数为式中，q为phc管桩单位重量。8.根据权利要求6所述的获取方法，其特征在于，所述步骤s2中，确定所需的石膏浆液体积公式为
式中，v为石膏浆液体积，n为加载级数。9.根据权利要求6所述的获取方法，其特征在于，所述步骤s3包括：步骤s31，确定phc管桩中点，在中点位置吊起phc管桩，将phc管桩吊至所述第一支撑底座(4)和第二支撑底座(5)上，移动所述第一支撑底座(4)和第二支撑底座(5)，使得phc管桩中点处于所述平衡梁(11)中点正下方；步骤s32，开启所述高压油泵(10)，通过所述高压油管(9)对所述千斤顶(8)施压，至所述挤压块(12)接触phc管桩时，加载开始，记录phc管桩出现裂缝时，高压油泵压力读数；继续加载，当出现受拉钢筋拉断，受压区混凝土破坏或受拉区混凝土裂缝宽度大于1.5mm时记录高压油泵压力读数；步骤s33，第a级加载，荷载保持稳定时，在phc管桩上粘贴一张矩形透明塑料薄膜；步骤s34，迅速向塑料薄膜与phc管桩裂缝中添加石膏浆液，并用胶带将phc管桩径向方向的塑料薄膜边缘与phc管桩密封；步骤s35，将所述底座(1)顺时针旋转180度，从而使得phc管桩顺时针旋转180度，在旋转同时所述平衡梁(11)增加荷载p，使石膏液凭借重力渗入phc管桩裂缝中并凝固，取下塑料薄膜与石膏；步骤s36，再将所述底座(1)顺时针旋转180度，开始下一级加载，重复所述步骤32至步骤s35，可以得到phc管桩裂缝发生位置、裂缝形状、裂缝发展趋势以及裂缝深度。10.根据权利要求9所述的获取方法，其特征在于，所述步骤s33中，第a级加载的荷载p小于理论phc管桩抗裂弯矩，第a+1级加载的荷载p大于理论管桩抗裂弯矩；所述步骤s34中，在荷载保持稳定前一分钟完成石膏浆液的制作。

技术总结
本发明涉及管桩试验技术与设备技术领域，且公开了分级加载条件下PHC管桩多裂缝特征获取装置，包括底座，所述底座上开设有两条平行的第一轨道和第二轨道，所述第一轨道和第二轨道的同一端设置有第一支撑底座，所述第一轨道和第二轨道的另一端设置有第二支撑底座，所述第一轨道和第二轨道的中间位置设置有加载组件。还公开了基于分级加载条件下PHC管桩多裂缝特征获取装置的获取方法，包括：步骤S1，计算PHC管桩在所述加载组件上，由自重引起的弯矩，从而得到在加载过程中抵消重力影响的荷载变化方程；步骤S2，确定各级加载所需石膏浆液。本发明可以获得大直径，大长度，高强度PHC管桩裂缝发展趋势、形状、深度以及位置特征。深度以及位置特征。深度以及位置特征。


技术研发人员：黄瑞华 张敬伟 杨中星 周晓鹏 周恩建
受保护的技术使用者：中交第三航务工程局有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/8/6