板樁碼頭受力特征試驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告（河海港航）

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一、試驗(yàn)?zāi)康募霸囼?yàn)內(nèi)容

板樁碼頭受力特征試驗(yàn)主要是通過(guò)試驗(yàn)了解有錨板樁碼頭的結(jié)構(gòu)組成，了解有錨板樁墻后土壓力的分布規(guī)律、板樁墻在外荷載作用下的變形規(guī)律及板樁墻的內(nèi)力變化規(guī)律，了解在外荷載作用前后錨桿軸力的變化狀況。具體試驗(yàn)內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：

1、在水平外荷載作用下板樁墻的變形測(cè)試；2、在水平外荷載作用下板樁墻后土壓力的測(cè)試；3、在水平外荷載作用下錨桿拉力的測(cè)試；4、在水平外荷載作用下板樁墻的內(nèi)力測(cè)試。

二、試驗(yàn)的基本原理

板樁碼頭是應(yīng)用廣泛的主要碼頭結(jié)構(gòu)型式之一。它的工作原理是利用板樁墻下部打入土中，上部安裝各種錨定結(jié)構(gòu)(對(duì)有錨板樁而言)以維持其穩(wěn)定。

本次試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎脝五^板樁結(jié)構(gòu)型式主要構(gòu)件由板樁墻、帽梁、導(dǎo)梁、錨桿、錨定組成。

板樁墻由下部打入地基的鋼筋混凝土板樁向成連續(xù)墻；鋼導(dǎo)梁采用10號(hào)槽鋼，位于錨桿穿過(guò)板樁處；拉桿采用直徑為25mm的鋼筋制成，拉桿上裝有緊張器；錨定板采用混凝土板；板樁頂端用現(xiàn)澆鋼筋混凝土做成帽梁。

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板樁墻相當(dāng)于一個(gè)豎直放置的梁，上端由拉桿拉緊，下端支承在地基中。板樁墻承受墻前土壓力、墻后土壓力、水壓力、船舶荷載等水平荷載。拉桿作為板樁墻和錨定結(jié)構(gòu)之間的傳力構(gòu)件，將板樁墻上的水平荷載傳遞給錨定結(jié)構(gòu)，再將荷載傳給后方地基。

單錨板樁在水平力的作用下，由于單錨板樁墻上的錨定結(jié)構(gòu)的固定作用，使得板樁墻上端受到約束而不能自由移動(dòng)，從而在上端形成一個(gè)鉸接的支承點(diǎn)，從而板樁墻的下端由于真入土深度的不同產(chǎn)生不同的工作狀態(tài)：

第一種工作狀態(tài)：板樁入土不深，在墻后主動(dòng)土壓力作用下，板樁產(chǎn)生彎曲變形，并圍繞板樁上端支承點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。板樁中只有一個(gè)方向的彎矩且數(shù)值最大，入土部分位移較大。屬于自由支承狀況，按底端自由支承的彈性線法計(jì)算。

其次種工作狀態(tài)：其入土狀況和受力狀況介于第一種工作狀態(tài)和第三種工作狀態(tài)之間。

其次種工作狀態(tài)：隨著板樁人土深度增加，入土部分出現(xiàn)與跨中相反方向的彎矩，板樁彈性嵌固于地基中，入土部分位移小。按底端嵌固支承的彈性線法或豎向彈性地基梁法計(jì)算。

第四種工作狀態(tài)：與第三種工作狀態(tài)類似，但入土深度更大，固端彎矩大于跨中彎矩。

作用于板樁墻的土壓力分布根據(jù)施工方法、拉桿位置及錨著點(diǎn)的水平位移、板樁入土深度、板樁剛度與地基之間的關(guān)系等因素的變化而不同，分為兩類：一種是以頂端位移為主的狀況，板樁墻后主動(dòng)土

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壓力線線性分布；另一種是以彎曲變形為主，墻后主動(dòng)土壓力視為“R〞型分布。

板樁墻屬于柔性薄壁結(jié)構(gòu)，在土壓力等側(cè)向荷載作用下，其軸線將發(fā)生撓曲變形，呈繁雜的曲線形狀。

三、試驗(yàn)設(shè)備及儀器

板樁碼頭模型、振弦式應(yīng)變計(jì)、振弦式鋼筋測(cè)力計(jì)、振弦式土壓力計(jì)、千分表、采點(diǎn)箱及振弦頻率儀、計(jì)算機(jī)、水平加壓系統(tǒng)（千斤頂、振弦式反力計(jì)）、電源等。其中板樁碼頭試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎脦缀伪瘸?0：1，模型長(zhǎng)度約4m；振弦式鋼筋測(cè)力計(jì)和振弦式土壓力計(jì)在模型制作時(shí)已經(jīng)安裝。

四、試驗(yàn)步驟

1、在板樁墻前泥面以上沿高程方向（以板樁墻樁尖為基準(zhǔn)面）按一定的間距安裝千分表；

2、在板樁墻前泥面以上沿高程方向（以板樁墻樁尖為基準(zhǔn)面）按一定的間距粘貼振弦式應(yīng)變計(jì)；

3、用引線將振弦式應(yīng)變計(jì)、振弦式鋼筋測(cè)力計(jì)、振弦式土壓力計(jì)與采點(diǎn)箱相連，并將采點(diǎn)箱、振弦頻率儀、計(jì)算機(jī)連接起來(lái)；

4、將千斤頂及振弦式反力計(jì)依照試驗(yàn)設(shè)計(jì)施加水平荷載的位置安裝好，并將振弦式反力計(jì)與振弦頻率儀(單點(diǎn))連接起來(lái)；

6、開(kāi)啟振弦頻率儀、計(jì)算機(jī)電源，開(kāi)啟計(jì)算機(jī)內(nèi)已安裝的振弦頻率儀的聯(lián)機(jī)軟件；

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7、讀取數(shù)字式位移計(jì)的初始讀數(shù)；

8、按動(dòng)振弦頻率儀的Ec功能鍵，選擇Ec9命令菜單，進(jìn)入100點(diǎn)自動(dòng)掃描自動(dòng)定時(shí)測(cè)量狀態(tài)，再接下RET鍵，開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量；

9、待數(shù)據(jù)測(cè)量完畢后，按動(dòng)Pr鍵，選擇Pr8命令菜單，進(jìn)入串口向計(jì)算機(jī)送數(shù)狀態(tài)，開(kāi)始向計(jì)算機(jī)送入數(shù)據(jù)；

10、開(kāi)啟聯(lián)機(jī)軟件操作菜單，從儀器中接收數(shù)據(jù)，起始點(diǎn)號(hào)選擇000，終止點(diǎn)號(hào)選擇039，并確定。待數(shù)據(jù)讀取完畢后存盤(pán)；

11、用單點(diǎn)頻率儀讀取振弦式反力計(jì)的初始頻率值；12、施加水平荷載H1；

13、讀取加荷后振弦式反力計(jì)的頻率值并記錄；15、讀取數(shù)字式位移計(jì)的讀數(shù)并記錄。

五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算，并繪制相關(guān)曲線和彎矩圖1、數(shù)據(jù)記錄

(1)記錄表1，見(jiàn)下頁(yè)

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板樁碼頭受力特征試驗(yàn)記錄表格傳感器類型編號(hào)101112131415161718193031323301234567靈敏度K8.47E-088.57E-081.03E-078.81E-088.73E-088.60E-088.48E-088.20E-088.56E-088.90E-081.39E-051.46E-051.51E-051.48E-05K拉K壓1927.119271873.32035.81926.81725.51688.41747.51749.61766.81760.17.67E-047.44E-047.72E-048.00E-047.68E-047.43E-047.96E-047.57E-048.39E-047.60E-047.68E-047.59E-047.59E-047.48E-047.78E-047.55E-04-3.90E-04-3.90E-04-3.90E-04水平力H1(KN)加荷前加荷后f1(HZ)f2(HZ)1014.71111.61029.81110.81032.91071.91087.91091.11116.51108.91099.71093.91107.81117.811091112.311741178.11013.51010.71558.31509.61474.314161542.714941488.114761921.21929.81878.820421932.51729.91669.11748.41749.11736.11735.4儀器原始值f0967.31004.69681013.91003.81019.11026.91028.911191001.81396.81395.41395.31385.3振弦式土壓力計(jì)振弦式鋼筋計(jì)振弦式應(yīng)變計(jì)振弦式反力計(jì)說(shuō)明：1、f1為加載前的初始讀數(shù)；f2為加載后的讀數(shù)。2、表格中的水平荷載值大小由反力計(jì)的頻率值換算得到。3、f0為儀器出場(chǎng)時(shí)的率定記錄值。表1

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(2)記錄表2

數(shù)字式位移計(jì)讀數(shù)記錄表格儀器編號(hào)12345678水平力H1(KN)加荷前加荷后-1.567-1.983.9593.65-0.338-0.529-0.209-0.317-0.245-0.2891.0441.026-0.008-0.014-2.532-2.533數(shù)字式位移計(jì)讀數(shù)（mm）表2

2、數(shù)據(jù)計(jì)算、繪制曲線和彎矩圖

首先計(jì)算一下所施加的水平力大小，如下表3

板樁碼頭手受力特征試驗(yàn)水平加載計(jì)算表加荷前值加荷后值頻率的平荷載f1f2方差△f2HzHz1794.61749.1-161238.35水平力H11766.81736.1-107539.031760.11735.4-86338.85說(shuō)明：水平加載采用單點(diǎn)頻率儀測(cè)讀數(shù)據(jù)儀器靈敏系數(shù)K-3.90E-04水平加載值N46.17表3（1）板樁墻的變形

A、板樁墻的變形計(jì)算表，見(jiàn)下頁(yè)表4

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數(shù)字式位移計(jì)讀數(shù)記錄表格位移計(jì)位置mm3205107008901080127014601650編號(hào)12345678水平力H1(KN)加荷前加荷后mmmm-1.567-1.983.9593.65-0.338-0.529-0.209-0.317-0.245-0.2891.0441.026-0.008-0.014-2.532-2.533H1作用下的變形mm-0.413-0.309-0.191-0.108-0.044-0.018-0.006-0.001表4

B、板樁墻的變形曲線圖

加荷引起的板樁墻變形變化曲線分別如下圖1

圖1

（2）板樁墻上的土壓力

A、板樁墻上的土壓力計(jì)算表，見(jiàn)下頁(yè)表5

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板樁碼頭手受力特征試驗(yàn)板樁墻后土壓力計(jì)算表儀器原始值f0加荷前值f1加荷后值f2加荷加荷后前土土儀器靈敏壓力壓力值系數(shù)K值??1儀器編位置號(hào)?加荷前后土壓力變化值??kPa17.4514.868.450.61-1.48-1.091.890.600.83-0.50mmHzHzHz30010967.31014.71111.68.47E-08500111004.61029.81110.88.57E-08700129681032.91071.91.03E-07900131013.91087.91091.18.81E-081100141003.81116.51108.98.73E-081300151019.11099.71093.98.60E-081500161026.91107.81117.88.48E-081700171028.911091112.38.20E-08190018111911741178.18.56E-082100191001.81013.51010.78.90E-08說(shuō)明：振弦式土壓力位置以碼頭面為基準(zhǔn)。kPa7.964.3913.3813.7020.8614.6914.6414.0410.802.10kPa25.4119.2521.8314.3219.3813.5916.5314.6411.621.59表5B、板樁墻上的土壓力曲線

加荷所引起的土壓力變化（即水平力作用下的土壓力變化）曲線分別如圖2

圖2

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（3）錨桿拉力

拉桿軸力計(jì)算如下頁(yè)表6

板樁碼頭手受力特征試驗(yàn)拉桿軸力計(jì)算表加荷前值f1加荷加荷前前后加荷后拉桿拉桿軸拉桿軸軸力力值P2力值變化值P1△PKNKNKN6.634.56-2.083.310.85-2.466.544.31-2.234.373.84-0.53儀器原儀器編始位置號(hào)值f0mm123430313233Hz1396.81395.41395.31385.3加荷后值f2儀器靈敏系數(shù)KHzHz1558.31509.61.39E-051474.314161.46E-051542.714941.51E-051488.114761.48E-05表6

（4）板樁墻的內(nèi)力

A、板樁墻的內(nèi)力計(jì)算，如下表7

板樁碼頭手受力特征試驗(yàn)板樁內(nèi)力計(jì)算表應(yīng)變計(jì)位置mm210430650870

編號(hào)0123加荷加荷前值后值f1f2HzHz1927.1921.121929.192781873.1878.382035.20428頻率的板樁墻儀器平應(yīng)靈敏方差變值系數(shù)K??△f2??-22704.7.44E-16.8997-0410799.07.72E8.344-0420636.57.68E15.855-0425282.37.96E20.126-04