CN110685300A - 针对钢桩应力分布实时监测的结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本申请属土木工程技术领域，提供一种针对钢桩应力分布实时监测的结构及其安装方法。该针对钢桩应力分布实时监测的结构，包括钢桩、应力或应变计、导线、护线型钢等；钢桩包括从下向上依次连接的若干节段桩；若干节段桩的外侧均粘贴有应力或应变计；在钢桩的外侧安装有护线型钢，护线型钢与钢桩外侧共同构成导线通道；导线通道的底部还安装有封头板；若干导线分别穿设在导线通道中，且导线的下端与应力或应变计一一连接，导线的上端位于导线通道的顶端外。本申请适用于单节、尤其是多节钢桩，且可被应用于各种拼接方式，包括工厂拼接、现场拼接；且对于钢桩上设置的应力或应变计及导线通过安装护线型钢进行有效保护，技术方案简单、可靠、有效。

Description

针对钢桩应力分布实时监测的结构及其安装方法

技术领域

本申请属土木工程技术领域，尤其涉及一种针对钢桩应力分布实时监测的结构及其安装方法。

背景技术

沉桩过程中与沉桩后，通常需要对钢桩应力分布进行实时监测。但由于成桩过程中，桩基贯入不同密实度、不同强度的土层，为桩身应力监测元件及其导线的保护提出了严峻的挑战，尤其对于多节桩构成的长桩桩身应力监测，由于接桩操作，更是进一步增加了实施的难度、降低了有效保护测试元件及导线的可行性。

应力或应变计以其原理简单、技术成熟、稳定可靠等优点，已被广泛应用于工程结构相关的构件应力监测中。但其用于钢桩存在以下特征：1.钢桩通常为空心管桩，钢管壁厚较薄，应力或应变计粘贴于管壁上，在沉桩过程中很容易因土体与桩之间的摩擦力而破坏；2.应力或应变计需连接导线方可接在地面上的采集仪，导线也很容易受土体与桩之间的摩擦拖拽而断开；3.较长钢桩一般采用多节加工而成，由于现场各节桩的吊装与焊接等施工操作，拼接部位导线保护尤为重要、且存在困难；4.针对下部桩节上传来的导线，在穿过待沉桩节过程中，易破坏待沉桩节上的应力或应变计与导线。

发明内容

本申请的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种针对钢桩应力分布实时监测的结构及其安装方法。

为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：

一种针对钢桩应力分布实时监测的结构，包括钢桩、应力或应变计、导线、护线型钢、应力或应变计保护盖、接桩段保护盖、封头板；

钢桩包括从下向上依次连接的若干节段桩；若干节段桩的外侧均粘贴有应力或应变计，应力或应变计与节段桩同步变形；

对应于应力或应变计所在位置，在钢桩的外侧安装有护线型钢，护线型钢与钢桩外侧共同构成导线通道；导线通道的底部安装有封头板，封头板同时与钢桩外侧连接，用以封闭导线通道的底部；若干导线分别穿设在导线通道中，且导线的下端与应力或应变计一一连接，导线的上端位于导线通道的顶端外；

对应于应力或应变计所在位置，在护线型钢上开设有应力或应变计预留缺口，通过应力或应变计预留缺口连接应力或应变计，并安装应力或应变计保护盖；对应于接桩位置，在护线型钢上开设有接桩段预留缺口，用于安装接桩段保护盖。

进一步，在导线通道内还设置有穿线管，穿线管位于导线通道上部，用于穿设下节段桩导线。

进一步，应力或应变计两两左右对称设置在每个节段桩上。

进一步，每个节段桩左侧设置的应力或应变计在纵向上对齐，每个节段桩右侧设置的应力或应变计也在纵向上对齐。

本申请还提供一种针对钢桩应力分布实时监测的结构的安装方法，包括：

(1)在钢桩外侧确定应力或应变计的粘贴位置，安装护线型钢及封头板；

(2)将导线穿过各节段桩，并将导线下端的线头预留在应力或应变计对应位置；

(3)通过应力或应变计预留缺口粘贴应力或应变计，并将各个应力或应变计分别与对应的导线连接，同时对应力或应变计及导线的线头涂胶保护；再将穿线管穿入导线通道，并位于导线通道上部；

(4)在应力或应变计预留缺口安装应力或应变计保护盖，并将周边满焊，焊接时需采取措施控制温度，保证不致破坏内部应力或应变计、各阶段导线及穿线管；

(5)实施沉桩作业，先完成最下端的节段桩沉桩；之后依次吊装上部各节段桩就位，并完成各节段桩之间的连接；之后将下部节段桩的导线通过穿线管传至桩顶并与上部节段桩的导线捆绑成束；之后安装接桩段保护盖；之后，完成整桩沉桩作业。

进一步，沉桩期间及沉桩完成后的试桩阶段，均可通过各导线的外露线端对各测点处应力或应变计进行实时采集，进而得到钢桩桩身应力分布。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

(1)适用于单节、尤其是多节钢桩，且可被应用于各种拼接方式，包括工厂拼接、现场拼接。

(2)对于钢桩上设置的应力或应变计及导线通过安装护线型钢进行有效保护，技术方案简单、可靠、有效。

(3)护线型钢与钢桩组成的内部空间，可根据应力或应变计与导线数量灵活调整，便捷的满足对桩身应力分布监测的具体要求。

(4)在钢桩与护线型钢构成的导线通道内，下部节段桩上应力或应变计连接的导线通过穿线管与上部节段桩上应力或应变计连接的导线分通道穿线，不会因导线的穿线操作而损坏上部节段桩上的已安装完成的应力或应变计及导线，故该技术方案与装置对保护应力或应变计和导线是安全可靠的。

(5)各部件之间的连接可以主要采用焊接连接，安装操作灵活方便，不需要特种设备。

附图说明

图1为本申请实施例提供的针对钢桩应力分布实时监测的结构的整体安装图。

图2为图1所示结构沿A-A线的断面图。

图3为图1所示结构沿B-B线的断面图。

图4为图1所示结构沿C-C线的断面图。

图5为图1所示结构沿D-D线的断面图。

图6为图1所示结构沿E-E线的断面图。

图中标号：1为钢桩、1-1为下节段桩、1-2为上节段桩、2为应力或应变计、3-1为下节段桩导线、3-2为上节段桩导线、4为护线型钢、5为应力或应变计保护盖、6为接桩段保护盖、7为封头板、8为穿线管。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本申请。

如图1至图6所示，一种针对钢桩应力分布实时监测的结构，包括钢桩1、应力或应变计2、导线、护线型钢4、应力或应变计保护盖5、接桩段保护盖6、封头板7、穿线管8，其安装后结构示意如图1所示。

其中，钢桩1通常为开口钢管分段制成，以两节桩为例，包括下节段桩为1-1、和上节段桩为1-2；现场施工顺序为：先完成下节段桩1-1的沉桩，然后吊装上节段桩1-2并与下节段桩1-1焊接，之后穿导线，最后完成整根钢桩的沉桩。

应力或应变计2一般为电阻式应变片，可以采用由敏感栅等构成用于测量应变的元件，也可以采用其他形式的应力或应变测试元件；应力或应变计2紧密粘贴于下节段桩1-1、上节段桩1-2的外表面，当钢桩1受力变形后，应力或应变计2同时产生机械变形，其电阻值相应的发生变化；作为举例而非限定，可以在下节段桩1-1、上节段桩1-2的左右两侧各对称设置两个应力或应变计2。

对应于应力或应变计2所在位置，在钢桩1的左右外侧各安装一道护线型钢4，护线型钢4与钢桩1外侧共同构成导线通道，用于穿设导线；导线包括上节段桩导线3-1和下节段桩导线3-2，下节段桩导线3-1与下节段桩1-1上设置的应力或应变计2连接，上节段桩导线3-2与上节段桩1-2上设置的应力或应变计2连接，一根导线连接一个应力或应变计2。

作为举例而非限定，护线型钢4可以采用直角型钢，直角型钢的左右两端分别与钢桩1外侧焊接。

进一步，对导线通道的底部封口处理，可以在护线型钢4的底部焊接封头板7，并将封头板7与钢桩1外侧焊接，从而将导线通道的底部封闭。

进一步，在导线通道内设置有穿线管8，穿线管8为空心管，用于穿设下节段桩导线3-1。

进一步，对应于每个应力或应变计5所在位置，在护线型钢4上分别开设应力或应变计预留缺口，通过应力或应变计缺口连接应力或应变计5与相应的导线，并在导线连接完成后安装应力或应变计保护盖5；对应于接桩位置，在护线型钢4上分别开设接桩段预留缺口，通过接桩段预留缺口进行接桩时穿线操作，及接桩后导线整理，并在完成导线整理后安装接桩段保护盖6。

应力或应变计保护盖5、接桩段保护盖6与护线型钢4均可以采用相同规格的型钢制成。其中，应力或应变计保护盖5、接桩段保护盖6可采用型钢与钢桩1焊接，也可预留连接孔，采用螺栓及铆钉等连接方式。

本申请所述针对钢桩应力分布实时监测的结构的安装过程如下：

(1)在钢桩1两侧对称位置确定应力或应变计2粘贴位置，焊接护线型钢4、封头板7；在对应于应力或应变计2所在位置，在护线型钢4开设应力或应变计预留缺口，应力或应变计预留缺口与应力或应变计保护盖5尺寸对应；同时护线型钢4还在接桩部位开设接桩段预留缺口，接桩段预留缺口与接桩段保护盖6尺寸对应。

(2)将下节段桩导线3-1穿过下节段桩1-1，上节段桩导线3-2穿过上节段桩1-2，线头预留在应力或应变计2对应位置。

(3)通过应力或应变计预留缺口粘贴应力或应变计2，并将各个应力或应变计2与下节段桩导线3-1或上节段桩导线3-2焊接，同时对应力或应变计2及下节段桩导线3-1、上节段桩导线3-2的线头涂胶保护；再将穿线管8穿入导线通道，并位于导线通道上部。

(4)在应力或应变计预留缺口安装应力或应变计保护盖5，并周边满焊，焊接时需采取措施控制温度，保证不致破坏内部应力或应变计2、下节段桩导线3-1、上节段桩导线3-2、穿线管8。

(5)实施沉桩作业，先完成下节段桩1-1沉桩；之后将上节段桩1-2吊装就位，完成下节段桩1-1与上节段桩1-2焊接连接；之后将下节段桩导线3-1通过穿线管8传至桩顶并与上节段桩导线3-2捆绑成束；之后安装接桩段保护盖6；之后，完成整桩沉桩作业。

沉桩期间及沉桩完成后的试桩阶段，均可通过下节段桩导线3-1、上节段桩导线3-2监测设备连接导线3的外露线端对各测点处应力或应变计2进行实时采集，进而得到钢桩1桩身应力分布。

实施例1，钢桩1为直径为600,、壁厚为16、总长为40m的钢桩，分为两节，下节段桩1-1为20m，上节1-2为20m；应力或应变计2采用120欧姆电阻式应力或应变计，全桩设置10对，其中上下节段桩均设置5对；导线3采用多芯屏蔽导线，每个应力或应变计2连接一束导线；护线型钢4、应力或应变计保护盖5、接桩段保护盖6均采用L63X6角钢，与钢桩1焊接；封头板7采用8mm厚度钢板，与钢桩1、护线型钢4端部斜向焊接；穿线管8采用内径20mm的无接头塑料管。

实施例2，钢桩1为H400X400的型钢桩，总长为45m，分为三节，每节为15m；应力或应变计2采用350欧姆电阻式应力或应变计，全桩设置18对，其中每节桩均设置6对；

导线采用多芯屏蔽导线，每个应力或应变计2连接一束导线；护线型钢4采用10号槽钢、应力或应变计保护盖5、接桩段保护盖6均采用10号槽钢加工出螺栓孔，并与钢桩1上焊接的螺帽连接；封头板7采用10mm厚度钢板，与钢桩1、护线型钢4端部斜向焊接；穿线管8采用内径20mm的无接头塑料管两根，用于下节段桩导线3-1穿过。

以上所有安装均可通过手工、常用工具及一般焊接完成；参照图1～图6，本技术领域的加工及安装技术人员均能便捷、顺利实施。

以上所述，仅为本申请的两种实施方式，本申请的保护范围并不局限于此，任何对本发明的技术方案及构思加以调整改变，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种针对钢桩应力分布实时监测的结构，其特征在于：包括钢桩(1)、应力或应变计(2)、导线、护线型钢(4)、应力或应变计保护盖(5)、接桩段保护盖(6)、封头板(7)；

钢桩(1)包括从下向上依次连接的若干节段桩；若干节段桩的外侧均粘贴有应力或应变计(2)，应力或应变计(2)与节段桩同步变形；

对应于应力或应变计(2)所在位置，在钢桩(1)的外侧安装有护线型钢(4)，护线型钢(4)与钢桩(1)外侧共同构成导线通道；导线通道的底部安装有封头板(7)，封头板(7)同时与钢桩(1)外侧连接，用以封闭导线通道的底部；若干导线分别穿设在导线通道中，且导线的下端与应力或应变计(2)一一连接，导线的上端位于导线通道的顶端外；

对应于应力或应变计(5)所在位置，在护线型钢(4)上开设有应力或应变计预留缺口，通过应力或应变计预留缺口连接应力或应变计(2)，并安装应力或应变计保护盖(5)；对应于接桩位置，在护线型钢(4)上开设有接桩段预留缺口，用于安装接桩段保护盖(6)。

2.根据权利要求1所述的针对钢桩应力分布实时监测的结构，其特征在于：在导线通道内还设置有穿线管(8)，穿线管(8)位于导线通道上部，用于穿设下部节段桩输出的导线。

3.根据权利要求1或2所述的针对钢桩应力分布实时监测的结构，其特征在于：应力或应变计(2)两两左右对称设置在每个节段桩上。

4.根据权利要求3所述的针对钢桩应力分布实时监测的结构，其特征在于：每个节段桩左侧设置的应力或应变计(2)在纵向上对齐，每个节段桩右侧设置的应力或应变计(2)也在纵向上对齐。

5.一种针对钢桩应力分布实时监测的结构的安装方法，其特征在于，包括：

(1)在钢桩(1)外侧确定应力或应变计(2)的粘贴位置，安装护线型钢(4)及封头板(7)；

(2)将导线穿过各节段桩，并将导线下端的线头预留在应力或应变计(2)对应位置；

(3)通过应力或应变计预留缺口粘贴应力或应变计(2)，并将各个应力或应变计(2)分别与对应的导线连接，同时对应力或应变计(2)及导线的线头涂胶保护；再将穿线管(8)穿入导线通道，并位于导线通道上部；

(4)在应力或应变计预留缺口安装应力或应变计保护盖(5)，并将周边满焊，焊接时需采取措施控制温度，保证不致破坏内部应力或应变计(2)、各阶段导线及穿线管(8)；

(5)实施沉桩作业，先完成最下端的节段桩沉桩；之后依次吊装上部各节段桩就位，并完成各节段桩之间的连接；之后将下部节段桩的导线通过穿线管(8)传至桩顶并与上部节段桩的导线捆绑成束；之后安装接桩段保护盖(6)；之后，完成整桩沉桩作业。

6.根据权利要求5所述的针对钢桩应力分布实时监测的结构的安装方法，其特征在于：沉桩期间及沉桩完成后的试桩阶段，均可通过各导线的外露线端对各测点处应力或应变计(2)进行实时采集，进而得到钢桩(1)桩身应力分布。

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