一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，尤其涉及锚索承台基础的上拔水平复合承载力试验方法。

背景技术

针对东南沿海部分山区“上土下岩”复合地层上的输电线路转角塔工程，现有一种新型的锚索承台基础，该基础可以同时承受上部结构传递的上拔和水平荷载。较大的上拔荷载作用下，可能会发生承台底部一部分与地基土脱离的现象，此时承台底部摩擦提供的水平抗力将大大减小，进而影响到整个基础的水平承载力，水平荷载作用下，基础的上拔承载力也会受到一定影响。因此有必要对上拔水平复合荷载下的承载力问题专门开展研究。目前已有的静载试验方法，只能针对单一荷载下承载力的检测，无法验证锚索承台基础在上拔水平复合受力下的承载能力。

因此，本发明提出一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法用以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，以解决现有静载试验方法不能进行上拔水平复合受力下承载能力测试的问题。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，其特征在于，它包括水平加载反力墩，所述水平加载反力墩一侧顶部安装有木垫块，所述木垫块远离水平加载反力墩的一侧安装有水平力千斤顶，所述水平千斤顶的输出端安装有试验承台基础，所述试验承台基础顶部的四个顶角处均安装有柱筋，所述柱筋的顶部安装有钢压板，所述钢压板顶部的四个顶角处均安装有高强螺栓，所述钢压板下部有上拔力千斤顶，所述上拔力千斤顶下部有加载梁，所述加载梁下部有加载梁支撑墩，所述试验承台基础的上部承台柱四周贴有应变片，所述试验承台基础的上部承台柱远离水平千斤顶侧布置有百分表，所述试验承台基础的下部基础的上表面四个角部布置有百分表，所述试验承台基础的下部基础的四个角部连接四根锚索，所述锚索内部靠近承台基础处布置有轴力计。

根据所述的一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，其特征在于：两个所述加载梁支撑墩以试验承台基础为对称轴相对称，所述两个加载梁支撑墩作为工字加载梁的支撑支座，所述加载梁中间位置安装一个提供上拔力的上拔力千斤顶，所述上拔力千斤顶的输出端与钢压板底部的中间位置相连接，所述钢压板通过高强螺栓与柱筋顶部相连接，通过此种方式传递上拔力；所述水平加载反力墩主要作为施加水平反力的反力基础，为了防止水平加载反力墩和承台柱距离过大，所述水平千斤顶与所述水平加载反力墩之间设置一木垫块。

根据所述的一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，其特征在于：所述试验承台基础的承台下部设置两个土压力盒；所述四根锚索的上部设置四个轴力计，用于读取锚索轴力变化；所述验承台基础的承台柱顶部设置四个百分表，用于测量承台柱竖向位移的变化；所述承台柱施加水平力的另一侧布置两个百分表，用于测量承台柱水平位移的变化；在所述承台柱四周布置十一个应变片，所述承台柱受水平力的作用面布置两个应变片，在所述承台柱的其余三个面上每个面居中平均布置三个应变片，用于测量承台柱受力情况下的应力应变关系。

根据所述的一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，其特征在于：所述钢压板、上拔力千斤顶和试验承台基础在同一垂直中心线上。

一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，包括如下步骤：

A.试验承台及锚索施工；

B.反力墩施工与加载装置安装；

C.测量装置安装；

D.加载及卸载；

E.试验结果分析：根据记录结果绘制承台柱水平荷载-水平位移曲线、承台柱竖向荷载-竖向位移曲线、承台柱竖向-水平位移曲线，确定承台基础的承载力极限值。

根据所述的一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，其特征在于：所述步骤A中，锚索施工前需要将轴力计接入其中。

根据所述的一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，其特征在于：相应的土压力盒、轴力计及百分表等传感器通过GPRS移动通讯网络相连接，将采集的数据发送到PC终端，试验过程中采集频率宜设置为每分钟一次。

根据所述的一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，其特征在于：所述步骤B中的水平力加载系统采用水平力千斤顶，水平千斤顶垫于木垫块并顶在水平加载反力墩上，通过推力的形式施加水平荷载。

根据所述的一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，其特征在于：步骤D中为了保证试验全过程中能够准确地模拟输电线路铁塔基础的实际工作性状，试验中竖向水平加载均分级进行，采用逐级等量加载。竖向力和水平力在每一个荷载工况中均处于同一级，竖向分级荷载取理论计算竖向最大荷载的1/10，水平分级荷载取最大水平加载值的1/10。最大水平加载值的确定方法为：先理论计算锚索承台基础的竖向极限承载力，将其作为最大竖向力施加值FkN，施加横、纵方向的最大水平力按照竖向力15％取值，则纵、横方向的最大水平力分别为0.15FkN，即水平力合力最大值即试验中最大水平加载值为0.212FkN。

根据所述的一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，其特征在于：步骤D竖向水平加载、卸载宜采用慢速维持荷载法，当有成熟的地区经验时，也可采用快速维持荷载法。

根据所述的一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，其特征在于：步骤E中通过试验中数据记录，绘制承台柱荷载-水平位移曲线、承台柱荷载-竖向位移曲线、承台柱竖向-水平位移曲线，确定承台基础的承载力极限值。若极限承载力难以确定，可进一步绘制竖向位移-时间对数曲线、水平位移-时间对数曲线、水平力-位移梯度曲线、水平力-力作用点位移双对数曲线用以辅助确定极限承载力。

本发明的有益效果是：适用于锚索承台基础同时受水平和上拔力复合作用的试验情况，具有受力安全可靠、操作简洁的优点。

附图说明

图1为锚索承台基础加荷试验布置示意图；

图2为锚索承台基础加荷试验平面布置图；

图3为锚索承台基础百分表布置示意图，图中箭头方向代表加载力方向；

图4为锚索承台基础应变片布置图；

图5为承台柱水平荷载-水平位移曲线；

图6为承台柱竖向荷载-竖向位移曲线；

图7为承台柱竖向-水平位移曲线。

图1、图2、图3、图4中：1、水平加载反力墩；2、加载梁支撑墩；3、水平力千斤顶；4、木垫块；5、加载梁；6、上拔力千斤顶；7、钢压板；8、高强螺栓；9、柱筋；10、试验承台基础；11、锚索；12、百分表；13、应变片；14土压力盒；15轴力计。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，它包括承台两侧的两个加载梁反力墩2，架于加载梁反力墩2上的工字钢主钢梁5，一个水平加载反力墩1，上拔力加载千斤顶6和水平力加载千斤顶3，水平力加载千斤顶3与水平加载反力墩1之间的木垫块4，与承台柱顶露出柱筋9连接的钢压板7和将二者连接的高强螺栓8，以及各种测量装置。

在试验承台的对称两侧布置两个加载梁反力墩2，在试验承台的另一侧布置一个水平加载反力墩1。两个加载梁反力墩2作为工字加载梁5的支撑支座，在加载梁中间位置安装一个提供上拔力的千斤顶6，此千斤顶顶于其上部的钢压板7上，钢压板7通过高强螺栓8与承台柱顶露出的柱筋9相连，通过此种方式传递上拔力；水平加载反力墩1主要作为施加水平反力的反力基础，为了防止水平加载反力墩1和承台柱距离过大，在水平加载千斤顶3与水平加载反力墩1之间设置一木垫块4。

在承台下部设置两个土压力盒14；在四根锚索11的上部设置四个轴力计15，用于读取锚索轴力变化；在承台柱顶部设置四个百分表12，用于测量承台柱竖向位移的变化；在承台柱施加水平力的另一侧布置两个百分表12，用于测量承台柱水平位移的变化；在承台柱四周布置十一个应变片13，其中在承台柱受水平力的作用面布置两个应变片13，在承台柱的其余三个面上每个面居中平均布置三个应变片13，用于测量承台柱受力情况下的应力应变关系。

在上述技术方案中，钢压板7、提供上拔力的千斤顶6和试验承台在同一垂直中心线上。

在上述技术方案中，对应的土压力盒14、百分表12、轴力计15的应变片13传感器通过GPRS移动通讯网络，将采集的数据发送到PC终端，方便后续对的承台基础受力进行长期监测。

一种基于输电铁塔锚索承台的复合承载力试验装置及方法，具体步骤包括：

A.试验承台10及锚索11施工，施工时在四根锚索11的上部设置四个轴力计15，用于读取锚索轴力变化。

B.水平加载反力墩1及加载梁反力墩2施工，加载梁5放置，提供上拔力千斤顶6和提供水平力千斤顶3安装，即在试验承台10的对称两侧布置两个加载梁反力墩2，在试验承台10的另一侧布置一个水平加载反力墩1；两个加载梁反力墩作为工字加载梁5的支撑支座，在加载梁中间位置安装一个提供上拔力的千斤顶6，此千斤顶顶于其上部的钢压板7上，钢压板7通过高强螺栓8与承台柱顶伸出的钢筋9相连，通过此种方式传递上拔力；水平加载反力墩1主要作为施加水平反力的反力基础，为了防止水平加载反力墩1和承台柱距离过大，在水平加载千斤顶3与水平加载反力墩1之间设置一木垫块4；

C.测量装置安装：在承台柱顶部设置四个百分表12，用于测量承台柱竖向位移的变化；在承台柱施加水平力的另一侧布置两个百分表12，用于测量承台柱水平位移的变化；在承台柱四周布置十一个应变片13，在承台柱受水平力的作用面布置两个应变片13，在承台柱的其余三个面上每个面居中平均布置三个应变片13，用于测量承台柱受力情况下的应力应变关系；

D.加载及卸载：为了保证试验全过程中能够准确地模拟输电线路铁塔基础的实际工作性状，试验中采用竖向力和水平力在每一个荷载工况中都按照相同的荷载比例同时加载、卸载；经理论计算，该锚索承台基础的上拔承载力极限值为1000kN。因此试验中施加最大竖向力为1000kN，施加横、纵方向的最大水平力按照竖向力15％取值，纵、横方向的最大水平力分别为150kN，即水平力合力最大值为220kN；

E.试验结果分析：根据记录结果绘制承台柱荷载-水平位移曲线、承台柱荷载-竖向位移曲线、承台柱竖向-水平位移曲线，确定承台基础的承载力极限值。

在上述技术方案中，步骤B中，其所述的水平力加载系统采用水平加载千斤顶3，水平加载千斤顶3垫于木块4并顶在水平加载反力墩1上，通过推力的形式对承台基础施加水平荷载。

在上述技术方案中，步骤C中，相应的土压力盒14及百分表12等传感器通过GPRS移动通讯网络，将采集的数据发送到PC终端，方便后续对的承台基础受力进行长期监测。

在上述技方案中，步骤D竖向水平加载、卸载采用慢速维持荷载法，试验结果更能反应承台基础真实受力状态，加卸载安排如下表所示。

在上述技术方案中，步骤E中通过试验中数据记录，绘制出对应的荷载-位移曲线，提供具体施工工艺下真实可靠的承载力数据。