[发明专利]一种模拟波浪荷载的钢管桩水平循环实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及桩基工程研究技术领域，具体地指一种模拟波浪荷载的钢管桩水平循环实验装置。

背景技术

作为跨海大桥和海上平台的基础，钢管桩往往会承受波浪等多种水平荷载，这些动力循环荷载通过桩基作用于桩侧土中，导致桩侧摩阻力降低，另外在波浪冲击桩基础时，桩身对土体会产生相应的挤压作用，同时土体也会反作用在桩体上造成桩体自身结构的变形。尤其在施工阶段，海洋深水环境中的钢管桩处于单桩状态，在波浪及水流作用下，桩顶很容易发生较大的位移，水深大，自由端悬臂时间长，在长期循环荷载作用下，由于振动效应的重复累加，钢管桩又容易产生疲劳破坏，不仅造成安全事故及经济损失，甚至会极大的破坏海洋环境。

波浪荷载作用下的桩-土系统与短期静载有明显不同的作用效应:①在波浪荷载作用下，桩的水平位移会有较大的增大，土的水平地基反力系数减小，水平承载力降低；②当水平位移达到一定程度后，随着位移的增大土抗力逐渐减小，桩土系统会发生软化现象。③对于承受波浪等循环荷载的桩，由于荷载循环次数的增加而累积残余变形，会产生桩的“震荡”破坏。

基桩水平承载实验目前国内主要参照两本规范《港口工程基桩静载荷实验规程》JTJ255-2002，《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)，无论是单向单循环还是单向多循环，规范仅对荷载分级、维持时间、读数间隔时间等有固定要求。而在波浪荷载作用下桩与土之间的关系错综复杂，其作用关系还受到循环次数、加载方式、荷载水平等影响，数据稳定标准也需现场灵活掌握。

虽然国内外大量学者针对水平单调和循环荷载作用下桩基的受力变形分析开展了相应的研究，然而由于开展工程现场实验的困难，受到侧向加荷设备条件的限制，以及问题本身的复杂性，迄今关于水平荷载作用下海洋高桩基础的现场实测数据仍非常有限。

有人提出了在室内设计实验结构进行模拟测试，如专利号为“CN105002938A”的名为“一种一维水平循环荷载加载装置及其实验方法”的中国发明专利，该专利介绍了一种室内的水平循环荷载加载实验装置，该装置包括水平反力架和竖向反力架，通过设置在竖向反力架上的竖向千斤顶将实验桩压入到模型槽中，通过设置在水平反力架上的液压伺服对实验桩施加水平荷载，然后通过检测液压伺服施加的荷载力对实验桩荷载情况进行分析，通过该实验结构模拟钢管桩受到水平荷载的作用情况，以此来推断实际情况下的钢管桩的水平荷载情况。该装置操作方便，能够在一定程度上反映实际钢管桩的水平荷载情况，但是由于该实验装置属于实验室内的缩尺模型实验，实验桩是放置于实验槽内的软土层内的，软土层只能在一定程度上模拟实际钢管桩的插入地层，但是并不能完全代替，使用人工配制的软土层作为实验土层，只能在一定程度上反映钢管桩的受力情况，并不能准确地反映钢管桩在原状土荷载情况。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种模拟波浪荷载的钢管桩水平循环实验装置。

本发明的技术方案为：一种模拟波浪荷载的钢管桩水平循环实验装置，其特征在于：包括插打在钢管桩施工水域附近的陆地上的试桩和反力桩，两根钢管桩位于土体之上的桩身之间设置有对两根钢管桩施加水平荷载的施力装置；所述的试桩的桩身上安装有位移传感装置和压力传感装置；所述的位移传感装置包括基准梁；所述的基准梁上设置有多个位移传感器，多个位移传感器沿竖直方向相对间隔布置于试桩相对于千斤顶一侧的管壁上，多个位移传感器中至少有一个位移传感器与施力装置对试桩的施力点处于同一水平面。

进一步的所述的多个位移传感器中至少有一个位移传感器与泥面平行、至少有一个位移传感器与施力装置对试桩的施力点处于同一水平面、至少有一个位移传感器位于施力装置对试桩的施力点的正上方。

进一步的所述的施力装置包括千斤顶和传力柱；所述的传力柱为沿水平方向布置的工字钢，传力柱一端固定在反力桩位于土体上方的桩身外侧管壁上；所述的千斤顶的壳体固定在传力柱的另一端，千斤顶的顶推端沿水平方向固定在试桩位于土体上方的桩身外侧管壁上。

进一步的所述的施力装置还包括位于试桩和千斤顶之间的支座；所述的支座朝向试桩的一侧设置有贴合试桩管壁的圆弧形端面，支座另一侧固定在千斤顶的顶推端上。

进一步的所述的压力传感装置包括位于试桩深入到土体内部的桩身外侧管壁上的一组土压力传感器组，土压力传感器组位于试桩上施力装置对试桩的作用力的相对一侧，土压力传感器组包括多个沿竖直方向间隔布置的土压力传感器。