1、板樁碼頭受力特征試驗實驗報告、試驗目的及試驗內容板樁碼頭受力特征試驗主要是通過試驗了解有錨板樁碼頭的結 構組成，了解有錨板樁墻后土壓力的分布規律、 板樁墻在外荷載作用 下的變形規律及板樁墻的內力變化規律，了解在外荷載作用前后錨桿 軸力的變化情況。具體試驗內容有以下幾點:1、在水平外荷載作用下板樁墻的變形測試;2、在水平外荷載作用下板樁墻后土壓力的測試;3、在水平外荷載作用下錨桿拉力的測試;4、在水平外荷載作用下板樁墻的內力測試。二、試驗的基本原理板樁碼頭是應用廣泛的主要碼頭結構型式之一。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構（對有錨板樁而言） 以維持其穩定。本次試驗模型采

2、用單錨板樁結構型式主要構件由板樁墻、帽梁、 導梁、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墻；鋼導梁采 用10號槽鋼，位于錨桿穿過板樁處；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；板樁頂端用現澆鋼 筋混凝土做成帽梁。板樁墻相當于一個豎直放置的梁，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構之間的傳力構件， 將板樁墻上 的水平荷載傳遞給錨定結構，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構的固 定作用，使得板樁墻上端受到約束而不能自由

3、移動， 從而在上端形成 一個鉸接的支承點，從而板樁墻的下端由于真入土深度的不同產生不 同的工作狀態:第一種工作狀態：板樁入土不深，在墻后主動土壓力作用下, 板樁產生彎曲變形，并圍繞板樁上端支承點轉動。板樁中只有一個方 向的彎矩且數值最大，入土部分位移較大。屬于自由支承情況，按底 端自由支承的彈性線法計算。第二種工作狀態：其入土情況和受力情況介于第一種工作狀態和 第三種工作狀態之間。第二種工作狀態：隨著板樁人土深度增加，入土部分出現與跨中 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算。第四種工作狀態：與第三種工作狀態類似，但入土深度更大，

4、固 端彎矩大于跨中彎矩。作用于板樁墻的土壓力分布根據施工方法、拉桿位置及錨著點的 水平位移、板樁入土深度、板樁剛度與地基之間的關系等因素的變化 而不同，分為兩類：一種是以頂端位移為主的情況，板樁墻后主動土壓力線線性分布；另一種是以彎曲變形為主，墻后主動土壓力視為“R”型分布。板樁墻屬于柔性薄壁結構，在土壓力等側向荷載作用下，其軸線 將發生撓曲變形，呈復雜的曲線形狀。三、試驗設備及儀器板樁碼頭模型、振弦式應變計、振弦式鋼筋測力計、振弦式土壓 力計、千分表、采點箱及振弦頻率儀、計算機、水平加壓系統（千斤 頂、振弦式反力計）、電源等。其中板樁碼頭實驗模型采用幾何比尺 10： 1，模型長度約4m;振弦

5、式鋼筋測力計和振弦式土壓力計在模 型制作時已經安裝。四、實驗步驟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面） 按一定的間距粘貼振弦式應變計;3、用引線將振弦式應變計、振弦式鋼筋測力計、振弦式土壓力 計與采點箱相連，并將采點箱、振弦頻率儀、計算機連接起來;4、將千斤頂及振弦式反力計按照試驗設計施加水平荷載的位置 安裝好，并將振弦式反力計與振弦頻率儀（單點）連接起來;6、開啟振弦頻率儀、計算機電源，打開計算機內已安裝的振弦 頻率儀的聯機軟件;7、讀取數字式位移計的初始讀數;&按動振弦頻率儀的Ec功

6、能鍵，選擇Ec9命令菜單，進入100 點自動掃描自動定時測量狀態，再接下 RET鍵，開始進行測量;9、待數據測量完畢后，按動Pr鍵，選擇Pr8命令菜單，進入串 口向計算機送數狀態，開始向計算機送入數據;10、打開聯機軟件操作菜單，從儀器中接收數據，起始點號選擇 000,終止點號選擇039，并確定。待數據讀取完畢后存盤;11、用單點頻率儀讀取振弦式反力計的初始頻率值;12、施加水平荷載 H1 ；13、讀取加荷后振弦式反力計的頻率值并記錄;15、讀取數字式位移計的讀數并記錄。五、試驗數據記錄及計算，并繪制相關曲線和彎矩圖1、數據記錄(1)記錄表1，見下頁板樁碼頭受力特征試驗記錄表格傳感器類型編號靈

7、敏度K水平力H(KN)儀器原始 值f0加荷前加荷后f 1（Hz）f2（Hz）振弦式 土壓力 計108.47E-081014.71111.6967.3118.57E-081029.81110.81004.6121.03E-071032.91071.9968138.81E-081087.91091.11013.9148.73E-081116.51108.91003.8158.60E-081099.71093.91019.1168.48E-081107.81117.81026.9178.20E-0811091112.31028.9188.56E-0811741178.11119198.90E-081

8、013.51010.71001.8振弦式 鋼筋計301.39E-051558.31509.61396.8311.46E-051474.314161395.4321.51E-051542.714941395.3331.48E-051488.114761385.3振弦式應變計-K拉K壓07.67E-047.44E-041927.11921.217.72E-048.00E-0419271929.827.68E-047.43E-041873.31878.837.96E-047.57E-042035.8204248.39E-047.60E-041926.81932.557.68E-047.59E-041

9、725.51729.967.59E-047.48E-041688.41669.177.78E-047.55E-041747.51748.4振弦式 反力計-3.90E-041749.61749.1-3.90E-041766.81736.1-3.90E-041760.11735.4說明：1、fi為加載前的初始讀數；f2為加載后的讀數。2、表格中的水平荷載值大 小由反力計的頻率值換算得到。3、fo為儀器出場時的率定記錄值。記錄表2數字式位移計讀數記錄表格儀器編號水平力H(KN)加何前加荷后數字式位 移計讀數(mm1-1.567-1.9823.9593.653-0.338-0.5294-0.209-0

10、.3175-0.245-0.28961.0441.0267-0.008-0.0148-2.532-2.533表22、數據計算、繪制曲線和彎矩圖首先計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水平加載計算表荷載加荷前值f1加荷后值f2頻率的平方差儀器靈敏 系數K水平加載值HzHzN水平力H1794.61749.1-161238.35-3.90E-0446.171766.81736.1-107539.031760.11735.4-86338.85說明：水平加載采用單點頻率儀測讀數據(1) 板樁墻的變形12A、板樁墻的變形計算表，見下頁表4數字式位移計讀數記錄表格位移計位置編號水平力H

11、(KN)H作用下的變 形加荷前加荷后mmmmmmmm3201-1.567-1.98-0.41351023.9593.65-0.3097003-0.338-0.529-0.1918904-0.209-0.317-0.10810805-0.245-0.289-0.044127061.0441.026-0.01814607-0.008-0.014-0.00616508-2.532-2.533-0.001表4B、板樁墻的變形曲線圖圖1加荷引起的板樁墻變形變化曲線分別如下圖1(2) 板樁墻上的土壓力A板樁墻上的土壓力計算表,見下頁表5板樁碼頭手受力特征試驗板樁墻后土壓力計算表儀器 位置編 號儀器原 始

12、值f。加荷前 值f1加荷后 值f2儀器靈敏 系數K加荷 前土 壓力值b 1加荷后 土壓力值加荷前 后土壓力 變化值A cmmHzHzHzkPakPakPa30010967.31014.71111.68.47E-087.9625.4117.45500111004.61029.81110.88.57E-084.3919.2514.86700129681032.91071.91.03E-0713.3821.838.45900131013.91087.91091.18.81E-0813.7014.320.611100141003.81116.51108.98.73E-0820.8619.38-1.48

13、1300151019.11099.71093.98.60E-0814.6913.59-1.091500161026.91107.81117.88.48E-0814.6416.531.891700171028.911091112.38.20E-0814.0414.640.60190018111911741178.18.56E-0810.8011.620.832100191001.81013.51010.78.90E-082.101.59-0.50說明：振弦式土壓力位置以碼頭面為基準。B、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(3 )錨桿拉力拉桿

14、軸力計算如下頁表6板樁碼頭手受力特征試驗拉桿軸力計算表儀器 位置編 號儀器原 始值fo加荷前 值f1加荷后 值f2儀器靈敏 系數K加荷 前拉桿 軸力值P1加荷后 拉桿軸 力值P2加何前 后拉桿軸 力變化值 PmmHzHzHzKNKNKN1301396.81558.31509.61.39E-056.634.56-2.082311395.41474.314161.46E-053.310.85-2.463321395.31542.714941.51E-056.544.31-2.234331385.31488.114761.48E-054.373.84-0.53表6(4)板樁墻的內力板樁碼頭手受力特征

15、試驗板樁內力計算表應變 計位置編 號加荷 前值f1加荷 后值f2頻率的 平 方差 f2儀器 靈敏 系數K板樁墻 應 變值A ©混凝土 彈性模量E彎矩值MmmHzHz卩£KpaKNm21001927.11921.2-22704.977.44E-04-16.892.80E+07-1.77430119271929.810799.047.72E-048.342.80E+070.8865021873.31878.820636.557.68E-0415.852.80E+071.6687032035.8204225282.367.96E-0420.122.80E+072.11A板樁墻的內

16、力計算,如下表7109041926.81932.521998.018.39E-0418.462.80E+071.94131051725.51729.915203.767.68E-0411.682.80E+071.23153061688.41669.1-64799.757.59E-04-49.182.80E+07-5.16175071747.51748.43146.317.78E-042.452.80E+070.26說明：1、板樁: 點。墻模型米用C25混凝土。2、應變計粘貼位置以板樁墻樁尖為基準B、板樁墻彎矩變化圖， 如下圖3六、試驗分析本試驗主要研究 在水平外荷載作用下板樁墻的變形、板樁墻后

17、土壓力、錨桿拉力、板樁墻的內力。下面分別從這四個方面對本試驗 結果進行分析：(1)板樁墻的變形分析表4和圖3,可以發現水平力H作用下引起的板樁墻的位移變化值在力的作用點處最大，從板樁上部到下部逐漸變小，且位移變 化值均為負值。(2)板樁墻后土壓力分析表5和圖2,可以發現水平力引起板樁墻上部土壓力變化較 大、下部變化較小，且使得上部土壓力變大、下部土壓力減小。(3) 錨桿拉力分析表6,不難發現水平力Hi的作用使得4根拉桿的軸力均減小，四根拉桿的軸力共減小了 7.3KN，占水平力Hi的16%，可見拉 桿傳遞了較大部分的水平力。于是可以進一步認為，在有錨板樁碼頭 中，拉桿將作用在板樁上的一部分水平荷

18、載傳給后方的錨定結構。(4) 板樁墻的內力板樁墻相當于一個豎直放置的梁，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。分析表7和圖7,可以發現水平力Hi作用下的板樁墻彎矩變化較復雜。板樁墻下部彎矩變化值比上部彎矩變化值偏大；板樁墻兩端彎矩變化值均為負值、中間部分基本上為正值，則水平力H1 使得板樁墻兩端內側受壓、中間部分內側受拉。通過板樁碼頭受力特性試驗，我們了解到了板樁碼頭的結構組成、傳力機理和在水平外荷載作用下板樁碼頭板樁墻的變形、板樁墻 后土壓力的分布、拉桿軸力、板樁墻的內力。七、分析思考題1、為什么每次施加荷載前均需測定初始頻率值

19、答：一方面，鋼弦自振頻率都與相關物理量有對應關系，如鋼弦自振 頻率與應變：已店T后，其中0為粘貼振弦式傳感器處的結2構應力，.為粘貼；辰弦式傳感器處的結構應變。易得，一4#f2，E2般地，等為常數'故又可寫為“ Kf2，其中K為敏感系數'對于某一特定實驗為常數。為了測定加荷引起的變化，則A = K(f22-fj ),其中，fi為加載前的初始讀數；f2為加載后的讀數。因此在施加荷載前需測定初始頻率值 fi，然后再在加荷后測定頻率f2，帶入公式 土(f22-fi2 )，即可算出所施加的荷載引起的相關物理量的變化。另一方面，各次施加荷載前的初始頻率值會有差異， 所以每次施加荷載 前均需測定初