一種預制開口混凝土管樁樁身內壁剪應力測試裝置及方法
【技術領域】
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[0001]本發明屬于管粧內壁剪應力測試設備及工藝技術領域，涉及一種地基與基礎工程中預制混凝土管粧貫入及休止階段粧壁剪應力的測試設備及方法，特別是一種預制開口混凝土管粧粧身內壁剪應力測試裝置及方法。
【背景技術】
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[0002]預制開口混凝土管粧具有產業化生產、運輸方便、穿透力強、施工方便、承載力高、無泥漿污染等優點，在我國東南沿海地區應用廣泛。目前，預制開口混凝土管粧沉粧方式主要有振動法、錘擊法及靜力壓粧法三種形式，相比其他沉粧方法，靜力壓粧法是利用粧機自重及配重將預制粧送至預定深度的一種施工工藝，該方法施工過程中無噪聲及振動影響，較為環保，在對施工環境要求較高的市區應用廣泛。預制開口混凝土管粧屬部分擠土粧，貫入過程中因粧端開口土體涌入粧內腔形成土塞，土塞的存在使預制開口混凝土管粧貫入及承載性狀不同于實體粧，預制開口混凝土管粧粧身外壁剪應力測試大多通過粧身外壁安裝測試元件獲得，傳統的測試元件易受測試環境影響，導致粧身外壁剪應力測試準確度不高。粧身外壁安裝電阻式應變片貫入過程中易受粧周土體磨損破壞，導致應變片可靠性及成活率不高，測試精度不能保證；應變式鋼筋應力計及振弦式鋼筋應力計較應變片穩定，但需與鋼筋焊接才能進行測試，不適用于預制開口混凝土管粧粧身剪應力測試；傳統的FBG傳感器體積大，粧身開槽面積較大，對粧身彈性模量造成一定損傷并且封裝后粧土界面摩擦性狀與完整粧體也有一定差異，導致粧土摩擦系數發生變化，測試精度不高，而且預制開口混凝土管粧內徑小，大體積傳感器安裝不易進行，測試較為困難。因此，大多數情況下將粧內壁剪應力等效為粧外壁剪應力，然而貫入過程中預制開口混凝土管粧管腔內土塞受到擠壓，土體物理力學性狀不同于粧外壁土體，勢必造成粧身內壁剪應力不同于外壁剪應力，粧內壁剪應力的測試對預制開口混凝土管粧沉粧性狀及長期承載特性研宄具有重要意義。因此，尋求一種預制開口混凝土管粧粧身內壁剪應力測試裝置及方法，準確測定貫入及休止階段粧內壁剪應力，更好地完善預制開口混凝土管粧粧土界面剪切機理，提升預制開口混凝土管粧貫入機理及承載特性研宄理論。
【發明內容】
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[0003]本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，在不破壞粧身完整性及保證粧土摩擦系數不變的前提下，提供一種預制開口混凝土管粧粧身內壁剪應力測試裝置及方法。
[0004]為了實現上述目的，本發明所述預制開口混凝土管粧粧身內壁剪應力測試裝置的主體結構包括裸FBG傳感器、光纖連接線、鎧裝光纜、光柵傳感分析儀、計算機、預鉆孔、連接線端頭和粧身，各個裸FBG傳感器之間用光纖連接線串聯后分別設置在粧身的內壁和外壁上組成內壁光纖串和外壁光纖串，裸FBG傳感器的間距和數量根據施工現場的土層確定；粧身的頂端設有預鉆孔，粧身的內壁和外壁上分別豎向均勻刻有三道淺槽，內壁光纖串和外壁光纖串分別與淺槽的底面采用高強粘結劑粘結牢固，內壁光纖串和外壁光纖串的表面采用環氧樹脂封裝保護，光纖連接線的端部連接有鎧裝光纜，鎧裝光纜的端部設有連接線端頭，外壁光纖串上的光纖連接線通過預鉆孔由粧身內壁引出，內壁光纖串上的光纖連接線直接由粧身的內壁引出，內壁光纖串和外壁光纖串分別通過鎧裝光纜端部的連接線端頭與光柵傳感分析儀連接，光柵傳感分析儀與計算機連接組成數據采集分析系統。
[0005]本發明采用預制開口混凝土管粧粧身內壁剪應力測試裝置進行粧身內壁剪應力測試，其具體測試過程為:
[0006](I)、在粧身的內壁和外壁上周向間隔120°沿粧身軸線方向分別畫3條定向線，然后沿定向線切割出寬15mm、深15mm的淺槽，將淺槽清掃干凈后將3條內壁光纖串和3條外壁光纖串分別在內壁和外壁上沿淺槽方向布設安裝，并用高強粘結劑將3條內壁光纖串和3條外壁光纖串與淺槽底部粘結牢固，然后用環氧樹脂對3條內壁光纖串和3條外壁光纖串進行封裝保護；
[0007](2)、環氧樹脂強封裝完成后，在粧身的頂端用鉆孔機鉆制直徑為20mm的預鉆孔，并將外壁光纖串從預鉆孔沿粧身的內壁引出，內壁光纖串直接由粧身內壁引出，然后將內壁光纖串、外壁光纖串與鎧裝光纜以熔接的方式連接；
[0008](3)、利用靜壓粧機上自帶旋轉吊車將粧身貫入粧箍內，然后將鎧裝光纜通過連接線端頭與光柵傳感分析儀連接，然后將光柵傳感分析儀與計算機連接組成光纖傳感測試系統，并對光纖傳感測試系統進行調試；
[0009](4)、分別記錄粧身貫入開始前內壁光纖串、外壁光纖串上裸FBG傳感器的初始波長讀數，然后每間隔I秒記錄貫入過程中內壁光纖串、外壁光纖串上裸FBG傳感器的波長，計算出各個截面處裸FBG傳感器波長變化，根據波長變化反算出貫入過程中粧內壁剪應力與粧外壁剪應力大小；
[0010](5)、在休止期內每間隔2天記錄內光壁纖串、外壁光纖串上裸FBG傳感器波長變化，根據波長變化獲得休止期內粧內壁剪應力及外壁剪應力大小，完成對預制開口混凝土管粧粧身內壁剪應力的測試。
[0011]本發明分別利用下列公式獲得貫入過程中及休止期內壁剪應力及外壁剪應力大小:
[0012]f?= ΕΑ(Δ λ ω-Δ An)/(KshJ (I)
[0013]fjj = EA ( Δ λ 廠 Λ λ J) / (Kshij) (2)
[0014]式中，f.,匕分別為粧身內壁裸FBG傳感器m、η之間剪應力，粧身外壁裸FBG傳感器1、j之間剪應力；E為預制開口混凝土管粧粧身彈性模量；A為預制開口混凝土管粧粧身截面積；Δ Am，Δ λ別為粧內壁裸FBG傳感器m、η波長變化；Δ λ ρ Δ λ」分別為粧外壁裸FBG傳感器1、j波長變化；KS為粧身裸FBG傳感器應變靈敏系數；h ?，別為粧內壁傳感器m、η，粧外壁傳感器1、j之間的距離。
[0015]本發明與現有技術相比，在預制開口混凝土管粧粧身內、外壁分別安裝裸FBG傳感器，并用光纖串聯在一起形成內壁光纖串及外壁光纖串，在管粧貫入過程中粧身內壁土塞、外壁土體分別對粧身內、外壁產生剪切作用，致使裸FBG傳感器波長發生變化，利用貫入前后波長變化可以求得傳感器截面處粧身內、外壁軸力，進而獲得預制開口混凝土管粧粧身內壁剪應力及外壁剪應力，該方法利用裸FBG傳感器直徑細、體積小、安裝靈活方便的特點，并結合光纖光柵傳感測試技術測量精度高、受環境因素影響小、穩定性好等優勢實現了貫入過程中粧身內壁剪應力測試，并將其延伸至休止期內粧身內壁剪應力測試，其裝置結構簡單，操作方便，成本低，測試結果精確，同時實現了對粧身內壁和外壁剪應力的測試。
【附圖說明】
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[0016]圖1為本發明所述內壁光纖串上裸FBG傳感器布