一种分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法和系统

技术领域

本发明涉及预制管桩抗拔力检测技术领域，尤其涉及一种分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法和系统。

背景技术

随着经济的快速发展，各种高层建筑、大跨度桥梁、大型工业厂房等建筑物大量投入使用，各种基础形式层出不穷，而其中使用最广泛的便是桩基础。桩基础具有较高的承载能力"，能有效的控制基础沉降量、稳定性好、对于上部结构的抗震性能有一定的提高、而且施工方便、周期较短，是高层建筑、桥梁、工业厂房、码头以及一些特殊建筑物所广泛采用的基础形式。随着桩基础的发展，各种大直径桩、超长桩、新型桩等，在各种重要工程中得到使用。目前，我国桥梁桩基桩径能达到5m以上，基桩入土深度能达到100m以上，随着桩基础的使用越来越广泛,如何有效的确定桩基承载力越来越受到人们的重视，因为对于桩基础设计而言，桩基础承载力的取值准确与否与建筑物安全和工程投资量密切相关。

现有技术CN1865920A中公开了一种适用于管桩抗拔力试验的管桩与试验装置的连接方法，其特征在于管桩桩身上部均匀分布有数个钻孔，所述的钻孔为垂直于桩身的孔洞；在所述的钻孔中设置有钢销或螺杆，在所述的钢销或螺杆上连接钢丝绳或钢拉杆，并且由钢丝绳或钢拉杆连接预应力混凝土管桩桩身与试验装置；所述的钻孔均匀分布在管桩桩身上距桩顶1.5米范围内；所述的钻孔数量为4～36个，所述的钻孔孔径为16mm～60mm。该发明克服了以前技术的缺陷，减少了试验连接中所需要的养护时间，连接方法简单牢固可靠，同时也使得工期缩短，而且可以适合于各种不同大小的抗拔力试验，特别是可以适应抗拔力较大的试验；但是管桩上的孔洞等进行人工定位实现抗拔力的检测的精度较低，在抗拔力的检测中，力角度的偏差代入公式会造成很大的误差，使得抗拔力的计算结果不精确，为此，本发明提出一种分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法和系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法和系统，以更加确切地解决上述所述管桩上的孔洞等进行人工定位实现抗拔力的检测的精度较低，在抗拔力的检测中，力角度的偏差代入公式会造成很大的误差，使得抗拔力的计算结果不精确的问题。

本发明通过以下技术方案实现的：

本发明提出一种分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法，包括：

将系统安装在预制管桩上，启动系统加载并测得预制管桩位移的轴力阈值；

根据所述轴力阈值计算出预制管桩的平衡点；

将锁紧块的中心在预制管桩的平衡点锁紧，并通过分级增压对阈值管桩进行检测；

将不同分级增压下得到的数据代入有限元模型中，并准确计算预制管桩的抗拔力。

进一步的，所述的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法，在所述将系统安装在预制管桩上，启动系统加载并测得预制管桩位移的轴力阈值步骤中，包括：

所述轴力阈值是系统向预制管桩施加压力时，预制管桩有向下位移趋势但并未位移的最大压力。

进一步的，所述的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法，在所述根据所述轴力阈值计算出预制管桩的平衡点步骤中，包括：

根据所述轴力阈值可以计算出管桩上段桩桩身自重、上段桩的摩擦力、下段桩极限桩侧摩擦力、下段桩极限桩侧阻力以及桩极限端阻力，根据公式可得：

其中，L为管桩的长度，l所在的点为平衡点，在平衡点上端为上段桩，在平衡点下端为下段桩，

进一步的，所述的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法，在所述将锁紧块的中心在预制管桩的平衡点锁紧，并通过分级增压对阈值管桩进行检测步骤中，包括：

将平衡点作为分界线，下段桩可以当做端承柱，根据公式可得：

承载力

进一步的，所述的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法，通过简化转后承载力同样为

、

进一步的，所述的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法，在增压的过程中，超过轴力阈值后，管桩产生位移，其位移的计算公式为：

是上段桩的弹性形变量，

进一步的，所述的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法，在所述将不同分级增压下得到的数据代入有限元模型中，并准确计算预制管桩的抗拔力步骤中，包括：

在有限元模型中，将测定的数据输入预设的几何模型中，并定义周围土壤的属性；

对几何模型进行约束并加载，利用算法抗拔力进行求解。

一种分级测试的预制管桩抗拔力自动检测系统，包括：锁紧块、锁紧油缸、横梁、拉杆、千斤顶、上盖板、油泵、第一压力传感器、第二压力传感器、信号转换仪、自动控制仪、位移传感器，锁紧块卡在预制管桩上，锁紧油缸通过油缸与油泵链接，千斤顶放置在横梁上，活塞顶住上盖板，拉杆将锁紧块及上盖板连接起来，千斤顶进出油管与油泵相连，压力传感器及压力传感器分别连接在油泵及信号转换仪上，位移传感器安装在预制管桩端面并与信号转换仪连接。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序所述计算机程序被处理器执行时实现所述的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法的步骤。

本发明的有益效果：

本发明提出的预制管桩抗拔力自动检测方法，通过系统先行测算出该管桩的平衡点，在平衡点上安装检测系统，检测的值可以确保精确的同时，采用分级加载的方式，将得到的数据代入有限元模型中，可以精确的测算出该管桩的抗拔力，同时保证测算数据的准确性。

本发明提出的预制管桩抗拔力自动检测系统，将锁紧油缸安装在锁紧块上，压力传感器安装在油泵上，通过压力传感器测试锁紧油缸压力，可以准确测出预制管桩抗拔测试是所需的锁紧力；预制管桩锁紧力达到设计值后，控制系统直接启动油泵给千斤顶加载，安装在油泵上的压力传感器测出预制管桩分级加载所需压力，安装在预制管桩顶端的位移传感器测出在本级压力下预制管桩所克服摩擦力所产生的位移；

本发明提出的预制管桩抗拔力自动检测系统还采用压力传感器控制锁紧油缸的压力所提供的锁紧力，避免人工锁紧螺栓导致锁紧力不足导致的锁紧块脱落，避免安全事故；自动控制系统既可人工控制，又可直接控制锁紧油缸的锁紧力、千斤顶的逐级加载、卸载、补压过程，实现全自动控制锁紧力、加载压力及位移，具有无人值守功能。

附图说明

图1为本发明的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法的流程示意图；

图2为本发明的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测系统的结构示意图；

图3为本发明的分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法中分级测试的数据示意图；

图4为本发明的实现分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法的计算机设备的示意图；

图中，锁紧块1、锁紧油缸2、横梁3、拉杆4、活塞5、盖板6、油泵7、第一压力传感器8、第二压力传感器9、转换仪10、自动控制仪11、位移传感器12。

具体实施方式

为了更加清楚完整的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参考图1-图4，本发明提出一种分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法和系统。

一种分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法，包括：

S1：将系统安装在预制管桩上，启动系统加载并测得预制管桩位移的轴力阈值；

S2：根据所述轴力阈值计算出预制管桩的平衡点；

S3：将锁紧块的中心在预制管桩的平衡点锁紧，并通过分级增压对阈值管桩进行检测；

S4：将不同分级增压下得到的数据代入有限元模型中，并准确计算预制管桩的抗拔力。

进一步的，在所述将系统安装在预制管桩上，启动系统加载并测得预制管桩位移的轴力阈值步骤中，包括：

所述轴力阈值是系统向预制管桩施加压力时，预制管桩有向下位移趋势但并未位移的最大压力。

在本实施例中，在到达阈值管桩的轴力阈值前，缓慢调整压力至千斤顶加载至管桩，并通过计算得到平衡点的位置后，重新将锁紧块进行安装，将千斤顶的压力调整至轴力阈值，并且在后续加载的过程中，分级增压的加载分级，每级荷载在最大加载值的1/20，如图3所示的不同分级的加载力使得管桩位移的大小，通过系统先行测算出该管桩的平衡点，在平衡点上安装检测系统，检测的值可以确保精确的同时，采用分级加载的方式，将得到的数据代入有限元模型中，可以精确的测算出该管桩的抗拔力，同时保证测算数据的准确性。

在一个实施例中，在所述根据所述轴力阈值计算出预制管桩的平衡点步骤中，包括：

根据所述轴力阈值可以计算出管桩上段桩桩身自重、上段桩的摩擦力、下段桩极限桩侧摩擦力、下段桩极限桩侧阻力以及桩极限端阻力，根据公式可得：

其中，L为管桩的长度，l所在的点为平衡点，在平衡点上端为上段桩，在平衡点下端为下段桩，

在一个实施例中，在所述将锁紧块的中心在预制管桩的平衡点锁紧，并通过分级增压对阈值管桩进行检测步骤中，包括：

将平衡点作为分界线，下段桩可以当做端承柱，根据公式可得：

承载力

通过简化转后承载力同样为

、

在增压的过程中，超过轴力阈值后，管桩产生位移，其位移的计算公式为：

是上段桩的弹性形变量，

在一个实施例中，在所述将不同分级增压下得到的数据代入有限元模型中，并准确计算预制管桩的抗拔力步骤中，包括：

在有限元模型中，将测定的数据输入预设的几何模型中，并定义周围土壤的属性；

对几何模型进行约束并加载，利用算法抗拔力进行求解。

在一个实施例中，一种分级测试的预制管桩抗拔力自动检测系统，包括：锁紧块、锁紧油缸、横梁、拉杆、千斤顶、上盖板、油泵、第一压力传感器、第二压力传感器、信号转换仪、自动控制仪、位移传感器，锁紧块卡在预制管桩上，锁紧油缸通过油缸与油泵链接，千斤顶放置在横梁上，活塞顶住上盖板，拉杆将锁紧块及上盖板连接起来，千斤顶进出油管与油泵相连，第一压力传感器及第二压力传感器分别连接在油泵及信号转换仪上，位移传感器安装在预制管桩端面并与信号转换仪连接。

在本实施例中，第一压力传感器用于测定锁紧油缸的锁紧力，也就是预制桩抗拔测试时克服摩擦力所需要的力值；第二压力传感器用于测试千斤顶进行抗拔力试验时分级压力，并通过控制系统来进行分配；位移传感器用于测量预制管桩在分级进行抗拔测试时的位移量，根据预制桩的位移量来判断预制管桩抗拔力是否合格；自动控制仪用于控制锁紧油缸的锁紧力、千斤顶的逐级加载与逐级卸载、补压过程，以及数据的后处理、现场打印；

在具体实施时，通过检测系统实现检测方法，第一压力传感器测得的数值等于管桩上段桩侧的摩擦力，第二压力传感器测得的数值是对预制管桩的分级压力，位移传感器测得的数值是预制管桩的位移量，通过测得的数据，并将其代入上述公式中，通过分析计算得出该管桩的抗拔力，在本实施例中，相较于现有技术中的将锁紧块通过螺栓固定在预制管桩上，用手动扳手将螺栓锁紧，然后由油泵开始对千斤顶进行加载，通过自动控制装置控制千斤顶压力逐级加载，传感器记录预制管桩在抗拔力下的位移，该方案中自动控制系统只能控制千斤顶的逐级加载功能，不知道锁紧装置的锁紧力是多少，往往存在锁紧力不够导致锁紧装置脱落，造成检测失败，无法测出预制管桩的抗拔力，甚至造成安全事故，本发明将锁紧油缸安装在锁紧块上，压力传感器安装在油泵上，通过压力传感器测试锁紧油缸压力，可以准确测出预制管桩抗拔测试是所需的锁紧力；预制管桩锁紧力达到设计值后，控制系统直接启动油泵给千斤顶加载，安装在油泵上的压力传感器测出预制管桩分级加载所需压力，安装在预制管桩顶端的位移传感器测出在本级压力下预制管桩所克服摩擦力所产生的位移，同时还采用压力传感器控制锁紧油缸的压力所提供的锁紧力，避免人工锁紧螺栓导致锁紧力不足导致的锁紧块脱落，避免安全事故；自动控制系统既可人工控制，又可直接控制锁紧油缸的锁紧力、千斤顶的逐级加载、卸载、补压过程，实现全自动控制锁紧力、加载压力及位移，具有无人值守功能。

参照图4，本申请实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于轴力阈值等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定。

本申请一实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现分级测试的预制管桩抗拔力自动检测方法的步骤，具体为：

将系统安装在预制管桩上，启动系统加载并测得预制管桩位移的轴力阈值；

根据所述轴力阈值计算出预制管桩的平衡点；

将锁紧块的中心在预制管桩的平衡点锁紧，并通过分级增压对阈值管桩进行检测；

将不同分级增压下得到的数据代入有限元模型中，并准确计算预制管桩的抗拔力。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储与一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的和实施例中所使用的对存储器、存储、数据参数或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可以包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM通过多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双速据率SDRAM（SSRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。