[发明专利]一种线测法测试桩基内力的校验装置及方法

权利要求书

1.一种线测法测试桩基内力的校验方法，该方法所采用的装置包括设置在预应力管桩(9)内的光纤结构与滑动测微结构和设置在预应力管桩(9)外的应变片结构，所述光纤结构沿预应力管桩(9)内钢筋笼布设，所述光纤结构包括第一光纤(4-1)和第二光纤(4-2)以及连接于第一光纤(4-1)和第二光纤(4-2)底部的底部过渡光纤，所述第一光纤(4-1)和第二光纤(4-2)关于钢筋笼中心对称布设，所述第一光纤(4-1)沿所述钢筋笼中的第一主筋(2-1)布设，所述第二光纤(4-2)沿所述钢筋笼中的第二主筋(2-2)布设；

所述滑动测微结构包括设置在预应力管桩(9)中心的测微管(3)和伸入测微管(3)内的滑动测微计(5)；

所述应变片结构包括沿预应力管桩(9)高度方向均布的左应变片(6-1)和右变片(6-2)，多个左应变片(6-1)沿第一光纤(4-1)方向等间距布设，多个右变片(6-2)沿第二光纤(4-2)方向等间距布设；其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、光纤植入:

步骤101、绑扎钢筋笼，将光纤安装在钢筋笼(13)中；

步骤102、将安装有光纤的钢筋笼(13)放入预应力管桩制作模具内，并在钢筋笼端部安装管桩端板(18)；

步骤103、在光纤中第一光纤(4-1)和第二光纤(4-2)上部分别套设光纤保护管，且将第一光纤(4-1)和第二光纤(4-2)通过光纤保护管的上端固定；其中，所述第一光纤(4-1)沿所述钢筋笼中的第一主筋(2-1)布设，所述第二光纤(4-2)沿所述钢筋笼中的第二主筋(2-2)布设，所述光纤保护管的底部焊接在第一主筋(2-1)和第二主筋(2-2)上，所述光纤保护管的顶部焊接在管桩端板(18)底部；

步骤104、给预应力管桩制作模具内浇筑混凝土，得到预应力管桩(9)；其中，预应力管桩(9)的中心设置有中心通孔(21)；

步骤105、在预应力管桩(9)的底部用混凝土封底，得到混凝土底板(17)；

步骤二、滑动测微管植入:

步骤201、在中心通孔(21)中安装测微管(3)；其中，所述测微管(3)的底部与混凝土底板(17)接触；

步骤202、在测微管(3)中注满清水；

步骤203、在测微管(3)的外侧壁和中心通孔(21)的内侧壁之间注入水泥浆，形成浆液层(22)；

步骤三、应变片安装:

步骤301、沿预应力管桩(9)高度方向将预应力管桩(9)依次划分为第一个桩段，第二个桩段，...，第l个桩段，...，第L个桩段；其中，l和L均为正整数，且1≤l≤L，L为大于5的正整数；

步骤302、在第l个桩段上分别安装左应变片和右应变片；其中，第l个桩段上的左应变片和右应变片记作第l个左应变片和第l个右变片，第l个左应变片和第l个右变片关于预应力管桩(9)的中心对称布设，多个左应变片沿第一光纤(4-1)方向等间距布设，多个右应变片沿第二光纤(4-2)方向等间距布设；

步骤303、将多个左应变片和右应变片均与应变仪(1)连接；

步骤四、滑动测微初值采集：

在对预应力管桩(9)未施加载荷的过程中，测微管(3)内插入滑动测微计(5)，滑动测微计(5)沿测微管(3)从下至上移动，得到预应力管桩(9)中多个测量位置处的应变初始值；其中，预应力管桩(9)中第p个测量位置处的应变初始值记作p为正整数；

步骤五、光纤初始值采集：

步骤501、将第一光纤(4-1)和第二光纤(4-2)的伸出端与光纤解调仪(12)连接；

步骤502、在对预应力管桩(9)未施加载荷的过程中，光纤解调仪(12) 检测到多组应变初始值并发送至数据处理器；其中，数据处理器将第i组应变初始值记作第一光纤(4-1)在第i个桩身深度z_i截面处的第一应变初始值和第二光纤(4-2)在第i个桩身深度z_i截面处的第二应变初始值其中，i为正整数，且1≤i≤m，m为不小于6的正整数，m表示桩身深度应变值的总个数；

步骤六、预应力管桩的载荷加载及应变数据采集处理：

步骤601、操作反力架对预应力管桩(9)施加荷载，通过光纤解调仪(12)检测到各个桩身深度所对应的应变值；

步骤602、在对预应力管桩(9)施加第j次载荷的过程中，光纤解调仪(12)检测到多组应变值并发送至数据处理器；数据处理器将第j次载荷加载时第i组应变值记作第j次载荷加载时第一光纤(4-1)在第i个桩身深度z_i截面处的第一应变值和第j次载荷加载时第二光纤(4-2)在第i个桩身深度z_i截面处的第二应变值其中，j均为正整数，且1≤j≤R，R表示载荷加载的总次数，R为大于1的正整数；

步骤603、采用所述数据处理器根据公式得到第j次施加载荷时第i个桩身深度z_i截面处的实测应变平均值

步骤604、采用所述数据处理器对多个实测应变平均值进行拟合，得到第j次施加载荷时第i个桩身深度z_i截面处的应变拟合值

步骤七、滑动测微计测量数据的获取：

步骤701、第j次施加载荷时，滑动测微计(5)沿测微管(3)从下至上移动，得到第j次施加载荷时预应力管桩(9)中多个测量位置处的应变值；其中，预应力管桩(9)中相邻两个测量位置处的桩长为1m；

步骤702、将第j次施加载荷时预应力管桩(9)中第p个测量位置处的应变值记作并根据公式得到滑动测微计测量的预应力管桩(9)中第p个测量位置处的应变测量值

步骤八、应变片测量数据的获取：

步骤801、第j次施加载荷时，将第l个左应变片检测到的第一应变值记作第l个右变片检测到的第二应变值记作

步骤802、采用所述数据处理器根据公式得到第l个桩段的应变真实值

步骤九、滑动测微计测量数据、光纤测量数据和应变片测量数据的对比及桩基内力的获取：

步骤901、设定多个校验桩段，多个校验桩段沿预应力管桩(9)高度方向由下至上划分；其中，各个校验桩段的桩长为1m；

步骤902、第j次施加载荷时第q个校验桩段中根据步骤604得到的各个应变拟合值进行均值处理，得到第j次施加载荷时第q个校验桩段光纤测量的应变拟合均值其中，q为正整数；

按照步骤702所述的一种线测法测试桩基内力的校验方法，将第j次施加载荷时滑动测微计(5)测量到的第q个校验桩段测量位置处的应变测量值记作

步骤903、第q个校验桩段中根据步骤802得到的各个应变真实值进行均值处理，得到第q个校验桩段的真实应变均值

步骤904、根据公式得到光纤测量的偏差率δ_q,1；根据公式得到滑动测微计测量的偏差率δ_q,2；

步骤905、采用所述数据处理器对第j次施加载荷时第i个桩身深度z_i截面处的应变拟合值进行修正，得到第j次施加载荷时第i个桩身深度z_i截面处的应变修正值

采用所述数据处理器对第j次施加载荷时滑动测微计测量的预应力管桩(9)中第p个测量位置处的应变测量值进行修正，得到第j次施加载荷时预应力管桩(9)中第p个测量位置处的应变修正值

步骤906、采用第j次施加载荷时第i个桩身深度z_i截面处的应变修正值进行桩基内力获取：

采用所述数据处理器根据公式得到第j次施加载荷时第i个桩身深度z_i截面处的轴力其中，E_i表示第i个桩身深度z_i截面处的桩身混凝土弹性模量，A_i表示第i个桩身深度z_i截面处的桩身截面面积；

采用所述数据 处理器根据公式得到第j次施加载荷时第i个桩身深度z_i截面处与第i+1个桩身深度z_i+1截面处的间侧阻力其中，u表示预应力管桩(9)的桩身周长，l_i表示第i个桩身深度z_i截面处与第i+1个桩身深度z_i+1截面处的桩长，表示第i+1个桩身深度z_i+1截面处的轴力；

采用第j次施加载荷时预应力管桩(9)中第p个测量位置处的应变修正值进行桩基内力获取：

采用所述数据处理器根据公式得到第j次施加载荷时预应力管桩(9)中第p个测量位置处的轴力其中，E′_p表示预应力管桩(9)中第p个测量位置处的桩身混凝土弹性模量，A′_p表示预应力管桩(9)中第p个测量位置处的桩身截面面积；

采用所述数处理器根据公式得到第j次施加载荷时预应力管桩(9)中第p个测量位置处的间侧阻力其中，u表示预应力管桩(9)的桩身周长，l′_p表示预应力管桩(9)中第p个测量位置处与预应力管桩(9)中第p+1个测量位置处的桩长，表示第j次施加载荷时预应力管桩(9)中第p+1个测量位置处的轴力；

步骤701中对预应力管桩(9)施加荷载之前还需要进行反力架的设置，如下步骤：

步骤A、在预应力管桩(9)的下方设置反力架底座(8)，预应力管桩(9)的上方设置垫板(14)，并将第一光纤(4-1)和第二光纤(4-2)从垫板(14)中穿出；

步骤B、预应力管桩(9)的左右两侧设置立柱(10)，并在两个立柱(10)上搭设横梁(15)；其中，所述横梁(15)上设置有供滑动测微计(5)穿设的通孔；

步骤C、在横梁(15)的底部和垫板(14)之间设置千斤顶(16)；

步骤D、将第一光纤(4-1)和第二光纤(4-2)的伸出端与光纤解调仪(12)连接；

操作反力架对预应力管桩(9)施加荷载，具体过程如下：操作千斤顶(16)伸长，多个千斤顶(16)的合力通过垫板(14)对预应力管桩(9)施加荷载；其中，千斤顶(16)的加载反力通过中间梁(16)和横梁(15)传递给立柱(10)。