将静止的荷载作用于桥梁上的指定位置,以便能够测试出结构的静应变、静位移以及裂缝等等,从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力的试验称为静力荷载试验。从桥梁结构来说,静载往往是指以缓慢速度行驶到桥上指定荷重级别的车辆荷载。当试验现场条件受限制时,有时也以施加荷重(如堆置铸铁块、水泥、预制块件、水箱等)或者以液压千斤顶装置施力等方式来模似某一等级的车辆荷载,借以达到试验的目的。桥梁静载试验目的有:(1)检验桥梁结构设计与施工质量;(2)验证桥梁结构设计理论和计算方法;(3)直接了解桥梁结构承载情况,借以判断桥梁结构实际的承载能力;(4)积累科学技术资料,充实与发展桥梁计算理论和施工技术。
桩基检测工作是确保桩基工程施工质量至关重要的一个环节,检测工作质量、测试方法及结论直接关系到建筑物的安全和正常使用。
常用的桩基检测主要方法有:静载试验。钻芯法、低应变法、高应变法、声波透射法等。
静载实验在确定单桩极限承载力方面,是目前最为准确、可靠的检验方法,下面视频针对静载试验过程做了详细的介绍。>
静载荷试验中极限荷载确定依据是:取破坏荷载的前一级荷载,S-lqt 曲线线形由直线变为折线时所对应的前一级荷载,P-S 曲线上明显拐点处所对应的荷载。
静载荷即构件所承受的外力不随时间而变化,而构件本身各点的状态也不随时间而改变,就是构件各质点没有加速度。如果整个构件或整个构件的某些部分在外力作用下速度有了明显改变,即发生了较大的加速度,研究这时的应力和变形问题就是动载荷问题。
动载荷包括短时间快速作用的冲击载荷(如空气锤)、随时间作周期性变化的周期载荷(如空气压缩机曲轴)和非周期变化的随机载荷如汽车发动机曲轴)。
静载荷和动载荷对于构件的作用是不同的。例如起重机中以加速度提升的绳索。当物体静止不动或以等速上升时,绳索所受拉力等于物体的重量,物体的重量对绳索为静载荷作用。但是绳索吊着物体以加速度上升,绳索就要受到较大的拉力。这时物体的重力便引起了动载荷作用。
当载荷作用在构件上时,如果载荷的大小经常作周期性的改变,材料的强度性质也将不同,这种载荷作用下的应力成为交变应力。冲击应力和交变应力的计算也是动载荷问题。
(1)载荷试验加载及地基沉降观测
本次载荷试验模拟采用QYL型液压千斤顶,最大加荷量为20kN;压力表型号规格为100MPa,精确度为04MPa,标定后的荷载值与压力表读数的回归方程为:
毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究
式中:F为压力表读数,MPa;P为载荷(设计荷载与承载板面积的乘积),kN。
为较精确地考察不同工况下地基极限承载力,初步设计每级荷载增量为20kPa,在完成干密度158g/cm3含水量2%、4%、6%、8%等工况后发现,由于压力表精度有限,每级荷载增量为20kPa加载时人为造成的误差较大,加载不均匀,导致每级荷载下的地基沉降量时大时小,后调整为按每级荷载增量30kPa加载。
载荷试验的观测标准如下:
1)每级加载后,按时间间隔10min、10min、10min、15min、15min,以后每隔半小时读一次沉降量,当连续2h内,每小时的沉降量小于01mm时,则认为已趋于稳定,可加下一级荷载。
2)试验过程中随着荷载的不断增大,地基沉降量不断增大,压力表出现掉压现象,需要及时补压,保证在每级荷载下地基沉降量趋于稳定前的荷载水平。
3)当出现下列情况之一时,即可终止加载:①承载板周围土体有明显的侧向挤出或裂缝产生;②在某一级荷载作用下沉降量s急剧增大,荷载沉降(P-s)曲线出现陡降段;③在某一级荷载下,24h内沉降速率不能达到稳定标准;④s/B≥006(B为承载板的直径)。
满足终止加载的前三种情况之一时,其对应的前一级荷载定为极限荷载,本次模拟试验不同工况的试验过程中均出现了前两种情况且同时发生。为了使地基达到极限承载力后地基破坏现象和地基沉降特征更为明显,本次试验在出现以上两种情况后继续加载2~3级。
(2)静载荷试验模拟地基应力观测
本次试验不同位置不同埋置深度土压力盒的观测方法为:
1)每种试验工况地基铺设完成后,地基表层没有任何附加压力(空载)时测得压力盒初始读数。
2)在试验加载过程中,当每级荷载下地基沉降趋于稳定后,加下一级荷载前测压力盒读数。
图66 载荷试验现场部分工作照片
依照上述试验方案,进行了静力载荷试验(图66),将试验得到的应力与沉降数据归纳整理,在此基础上进行相关计算和分析。
桩所受的水平荷载有多种形式,如:风力、制动力、地震力、船舶撞击力及波浪力等等。
近年来,单桩水平静载试验是采用接近于水平受荷桩实际工作条件的试验方法,来确定单桩水平临界荷载和极限荷载,推定土抗力参数。
一、单桩水平静载试验装置(图2-26,图2-27)
1水平推力加载装置
宜采用卧式液压千斤顶,加载能力不得小于最大试验荷载的12倍,采用荷重传感器直接测定荷载大小,也可用并联液路的液压表或液压传感器测量液压,根据千斤顶率定曲线换算荷载。
图2-26 单桩水平静载试验装置立面示意图
图2-27 单桩水平静载试验装置平面布置示意图
试验的水平力作用点,宜与实际工程的桩基承台底面标高一致;如果高于承台底标高,试验时在相对承台底面处会产生附加弯矩而影响测试结果,应予以修正。在千斤顶与试桩接触处,宜安置一球形铰座,以保证千斤顶作用力能水平穿过桩身轴线。
2量测装置
水平位移测量宜采用大量程位移计。在水平力作用平面的受检桩两侧,应对称安装两个位移计测量地面处的桩水平位移;当需测量桩顶(旋)转角时,应在水平力作用平面以上50cm处受检桩两侧,对称安装两个位移计,利用上、下位移计差与位移计距离的比值,可求得地面以上桩的转角。固定位移计的基准点宜设置在试验影响范围之外。
二、单桩水平静载试验方法
单桩水平静载试验宜根据工程桩实际受力特性,选用单向多循环加载法或慢速维持荷载法。对长期承受水平荷载作用的工程桩,宜采用慢速维持荷载法的加载方式。对需测量桩身应力或应变的试验桩,不宜采取单向多循环加载法,因为它会对桩身内力的测试带来不稳定因素,因而应采用慢速或快速维持荷载法。
1加、卸载方式和水平位移测量
(1)单向多循环加载法的分级荷载,应取预估水平极限承载力的1/10~1/15作为每级荷载的加载增量。根据桩径大小并适当考虑土层软硬,对于直径300~1000mm的桩,每级荷载增量可取25~20kN;每级荷载施加后,恒载4min后可测读水平位移,然后卸载为零;再停2min测读残余水平位移,至此完成一个加、卸载循环。如此循环5次便完成一级荷载的位移观测。试验不得中间停顿。
(2)慢速维持荷载法的具体做法是:按一定要求将荷载分级加到试桩上,每级荷载维持不变直到桩的测点变形量达到某一规定的相对稳定标准(每小时的水平变形量不超过01mm,并连续出现2次),然后继续加下一级荷载。当达到规定的终止试验条件时,停止加荷。
2变形观测
每级加载后,间隔5min、10min、15min各测读一次,以后每隔15min测读一次,累计1h后每隔30min测读一次;卸载观测的每级卸载值为加载值的两倍。卸载时,每级荷载维持1h,按第15min、30min、60min测读测点水平变形量后,即可卸下一级荷载;卸载至零后,应测读残余水平变形量,维持时间为3h,测读时间为第15min、30min,以后每隔30min测读一次。
3变形相对稳定标准
连续2h每小时内的水平变形值不超过01mm,认为已达到该级荷载作用下的相对稳定,可加下一级荷载。测量数据应及时填写到单桩水平静载试验记录表中(表2-12)。
表2-12 单桩水平静载试验记录表
在进行循环载荷试验时,对卸荷的要求是:每级卸载值为加载值的二倍。卸载后,每隔15min测读一次,读两次后,隔半小时再读一次,即可卸下一级荷载。全部卸载后,隔3~4小时再测读一次。
4终止加载条件
当出现下列情况之一时,即可终止加载:
(1)桩身折断。对长桩和中长桩,水平承载力作用下的破坏特征是桩身弯曲破坏;
(2)水平位移超过30~40mm(软土取40mm)(据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—94));
(3)水平位移达到设计要求的水平位移允许值。
试验记录表格式见表2-11。
三、资料整理与成果分析
对单向多循环加荷、卸荷试验,应绘制水平力—时间—位移(H0-t-Y0,见图2-28)、水平力—位移梯度(H0-ΔY0/ΔH0)或水平力—位移双对数(lgH0-lgY0)曲线;当测量桩身应力时,应绘制应力沿桩身分布和水平力与最大弯矩截面钢筋应力的(H0-σs)等相关曲线。
图2-28 单向多循环加荷试验水平力—时间—位移(H0-t-Y0)曲线
采用慢速维持荷载法时,应绘制水平力—时间—力作用点位移(H0-t-Y0)的关系曲线;水平力—位移梯度(H0-ΔY0/ΔH0)的关系曲线;力作用点位移—时间对数(Y0—lgt)的关系曲线;和水平力—力作用点位移双对数(lgH—lgY0)关系曲线;绘制水平力、水平力作用点位移与地基土水平抗力系数的比例系数的关系曲线(H—m、Y0—m)。当桩顶自由且水平力作用位置位于地面处时,m值可根据试验结果按下列公式确定:
土体原位测试与工程勘察
土体原位测试与工程勘察
式中:m为地基土水平力抗力系数的比例系数(kN/m4);α为桩的水平变形系数(m-1);νy为桩顶水平位移系数(表2-13);H为作用于地面的水平力(kN);Y0为水平力作用点的水平位移(m);EI为桩身抗弯刚度(kN·m2);b0为桩身计算宽度(m)。
表2-13 桩顶水平位移系数νy
注:h为桩的入土深度。
对于圆形桩:当桩径D≤1m时,b0=09(15D+05);当桩径D>1m时,b0=09(D+1)。
对于矩形桩:当边宽B≤1m时,b0=15B+05;当边宽B>1m时,b0=B+1。
对桩的换算埋深αh>40的弹性长桩,可取αh=40的值即νy=2441;而对于25<αh<40的有限长度中长桩,应根据上表调整νy,重新计算m值。
1单桩水平临界荷载的确定
对中长桩,水平力临界荷载Hcr值在桩身产生开裂时所对应的水平荷载,为单桩水平临界荷载;
取单向多循环加载法时的H—t—Y0曲线,或慢速维持荷载法时的H—Y0曲线在出现拐点的前一级水平荷载值,为单桩水平临界荷载;
取H0—ΔY0/ΔH0曲线或lgH-lgY0曲线上第一拐点所对应的水平荷载值,为单桩水平临界荷载;
取H-σs曲线第一拐点为单桩水平临界荷载。
2单桩水平极限承载力的确定
单桩水平极限承载力是对应于桩身折断或桩身钢筋应力达到屈服时的前一级水平荷载值。它有下列确定方法:
(1)取单向多循环加载法时的H—t—Y0曲线,或慢速维持荷载法时的H—Y0曲线产生明显陡降的起始点对应的水平荷载值,为单桩水平极限承载力;
(2)取慢速维持荷载法时的Y0—lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值,为单桩水平极限承载力;
(3)取水平力-位移梯度(H0—ΔY0/ΔH0)曲线或水平力与力作用点位移双对数(lgH—lgY0)曲线上第二拐点对应的水平荷载值,为单桩水平极限承载力;
(4)取桩身折断或受拉钢筋屈服时的前一级水平荷载值,为单桩水平极限承载力。
3单桩水平承载力特征值的确定
单位工程同一条件下的单桩水平承载力特征值的确定,应符合下列规定:
(1)当水平承载力按桩身强度控制时,取水平临界荷载统计值作为单桩水平承载力特征值;
(2)当桩受长期水平荷载作用且桩不允许开裂时,取水平临界荷载统计值的08倍作为单桩水平承载力的特征值;
(3)当水平承载力按设计要求的水平允许位移控制时,可取设计要求的水平允许位移对应的水平荷载,作为单桩水平承载力特征值。但应满足有关规范抗裂设计的要求。
一说到复合地基静载荷试验,相关建筑人士还是比较陌生的,我国建筑企业进行复合地基试验中,复合地基静载荷试验基本要点是什么?以下是中达咨询为建筑人士梳理软弱地基基本内容,具体内容如下:
中达咨询通过本网站建筑知识专栏的知识整理,梳理相关复合地基静载荷试验的基本情况,基本情况如下:
首先我们先来了解一下什么是复合地基?
地基承载力是指单位面积上地基所能承受的荷载。地基承受这一荷载时,在强度方面,相对于破坏状态的极限荷载有足够大的安全储备,而产生的变形均在容许的范围内。
复合地基静载荷试验基本概况:
在荷载作用下,地基要产生变形。随着荷载的增大,地基变形逐渐增大,初始阶段地基土中应力处在弹性平衡状态,具有安全承载能力。当荷载增大到地基中开始出现某点或小区域内各点在其某一方向平面上的剪应力达到土的抗剪强度时,该点或小区域内各点就发生剪切破坏而处在极限平衡状态,土中应力将发生重分布。这种小范围的剪切破坏区,称为塑性区(plastic zone)。地基小范围的极限平衡状态大都可以恢复到弹性平衡状态,地基尚能趋于稳定,仍具有安全的承载能力。但此时地基变形稍大,必须验算变形的计算值不允许超过允许值。当荷载继续增大,地基出现较大范围的塑性区时,将显示地基承载力不足而失去稳定。此时地基达到极限承载力。
复合地基静载荷试验要点:
适用于单桩复合地基静载荷试验和多桩复合地基静载荷试验。
复合地基静载荷实验用于测定承压板下盈利主要影响范围内复合土层的承载力。复合地基静载荷试验承压板应具有足够刚度。单桩复合地基静载荷试验的承压板可用圆形或方形,面积为一根桩承担的处理面积;多桩复合地基静载荷试验的承压板可用方形或矩形,其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。单桩复合地基静载荷试验桩的中心(或形心)应与承压板中心保持一致,并与荷载作用点想重合。
试验应在桩顶设计标高进行。承压板底面以下宜铺设粗砂或中砂垫层,垫层厚度可取100mm~150mm。如采用设计的垫层厚度进行试验,试验承压板的宽度对独立基础和条形基础应采用基础的设计宽度,对大型基础试验有困难时应考虑承压板尺寸和垫层厚度对试验结果的影响。垫层施工的夯填度应满足设计要求。
试验标高处的试坑宽度和长度不应小样承压板尺寸的3倍。基准梁及加荷平台支点(或锚桩)宜设在试坑以外,且与承压板边的静距不应小于2m。
试验前应采取防水和排水措施,防止试验场地地基土含水量变化或地基土扰动,影响试验结果。
加载等级可分为(8~12)级,测试前为校核试验系统整体工作性能,预压荷载不得大于总加载量的5%。最大加载压力不应小于设计要求承载力特征值的2倍。
每加一级荷载前后均应各读记承压板沉降量一次,以后每05h读记一次。当1h内沉降量小于01mm时,即可加下一级荷载。
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