一种承载力检测的非结构式反力加载装置的制作方法

本发明涉及直接基础和间接基础压拔竖向承载力的静荷载试验领域，特别涉及一种非结构式反力加载装置。

背景技术：

基础和基桩的竖向静载荷试验大致包含三类技术：堆载法、锚桩法和自平衡法。

其中，堆载法通过反力架上的堆重与之平衡，锚桩法通过反力架将反力传给锚桩，与锚桩的抗拔力平衡，自平衡则采用一根桩的上下部分相互平衡。

目前的技术存在的主要问题是：

第一，堆载法必须解决几百吨甚至上千吨的荷载来源、堆入及运输问题，在检测试验过程中经常出现堆载的混凝土块滑落及整体倒塌现象，不仅会对千斤顶以及位移传感器等相关检测仪器被损坏，也造成现场检测工作人员伤亡等生产安全事故，此外，堆载高度过大要在底部设置支撑台，堆载向一侧偏心对支撑台产生压力，从而使得基础顶面产生附加应力，影响到检测数据的可靠性；

第二，锚桩法必须设置多根锚桩及反力大梁，在试验过程中，当加载的压力过大，可能会将锚桩与锚桩桩头主筋的焊接头裂开或者被拉断，直接造成钢梁与锚桩联合的反力架塌方，给试验人员的安全埋下隐患，为了减少反力架的尺寸，势必需要减少锚桩与检测体之间距离，但锚桩或锚杆与检测体距离过近又影响到检测数据的可靠性；

第三，自平衡法是在施工过程中将按桩承载力参数要求定型制作的荷载箱置于桩身中部，对荷载箱施压，得到荷载箱以上部分的反向加载时上部桩体的反应参数，以及荷载箱以下部分的正向加载时下部分桩体的反应参数，需要通过对加载力与位移、应变参数之间关系的计算和分析才能获得桩基承载力、桩的侧阻力、桩端承力的数据，加载要求的自平衡点位置难以确定，具有随意性，所得到的桩基极限承载力存在不确定因素，而且与基桩实际受力状态不符，有关研究表明其试验结果指导桩基设计偏于不安全，尽管业内也制定了相关规范，但其间接测试的缺陷也是显而易见且无法消除的。

总之，在目前的技术条件下，直接基础和间接基础压拔承载力的静荷载检测技术还有很多缺陷，设法减少堆载量、减小加载装置的尺寸、降低锚桩的成本，应该是比较现实的创新途径。

目前堆载法和反锚法都需要安装结构式的反力系统，当待检测的荷载较大，反力架或反力大梁也随之增大，一旦发生破坏也会产生较为严重的后果。

技术实现要素：

为解决堆载法和反锚法反力架或反力大梁尺寸较大、或发生意外后破坏严重的问题，本发明提出一种非结构式反力加载装置，其特征在于：所述反力加载装置包括至少一个竖向构件（1）、至少一个推拉动力设备（2）、一个中空构件（3）、若干斜杆（4）及其反力提供物件（5）和水平构件（6），所述竖向构件（1）位于所需检测承载力的地基和/或基桩（7）上方，所述推拉设备（2）放置在竖向构件（1）和所需检测承载力的地基和/或基桩（7）之间，所述中空构件（3）位于所需检测承载力的地基和/或基桩（7）周边，放置在地面或部分埋入地下，中空构件（3）的内径大于所需检测承载力的地基和/或基桩（7）的水平尺寸范围，所述斜杆（4）的上端与竖向构件（1）连接，斜杆（4）的下端与所对应的反力提供物件（5）连接，全部斜杆（4）水平向分力的合力为零或小于设定的阈值，所述反力提供物件（5）为永久、或临时置入地下的锚桩或锚杆、和/或地面堆载及其组合，所述水平构件（6）两端分别与中空构件（3）和反力提供物件（5）连接或接触，或者水平构件（6）的一端与中空构件（3）连接或接触、另一端与反力提供物件（5）保持设定的距离，或者水平构件（6）的一端与反力提供物件（5）连接或接触、另一端与中空构件（3）保持设定的距离。

本发明中，由于中空构件（3）的阻隔和间接作用，斜杆（4）、水平构件（6）和竖向构件（1）无法形成常规的、无自由度的结构体系，因而是一种非结构式的反力加载装置。

桩通常为圆形，中空构件（3）也以圆筒形为宜，如果中空构件（3）尺寸较大，为方便拆装、运输，可由若干构件拼装组合而成。

优选的，所述装置还包括工作台板（8），工作台板（8）位于推拉动力设备（2）与竖向构件（1）之间，工作台板（8）的水平尺寸大于中空构件（3）的内径，设置中空构件（3）的高度不小于推拉动力设备（2）行程为零时的高度，非结构式反力加载装置的安装顺序为：

s1，在所需检测承载力的地基和/或基桩（7）的周边放置中空构件（3），在所需检测承载力的地基和/或基桩（7）的上部放置推拉动力设备（2），设置推拉动力设备（2）的行程为零；

s2，工作台板（8）搁置在中空构件（3）上；

s3，竖向构件（1）放置在工作台板（8）上，或与工作台板（8）相连接；

s4，斜杆（4）的上端与竖向构件（1）连接，斜杆（4）的下端与所对应的反力提供物件（5）连接，安装水平构件（6）。

优选的，所述装置还包括设定数量的加层构件（9），所述加层构件（9）设置在竖向构件（1）的上方，层层叠放，斜杆（4）的上端与加层构件（9）连接，最下一层的加层构件（9）与竖向构件（1）之间以及各层的加层构件（9）之间相互连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的非结构式反力加载装置的结构示意图，图2是本发明的非结构式反力加载装置带有工作台板（8）的结构示意图，图3本发明的非结构式反力加载装置带有加层构件（9）的结构示意图，附图编号及说明如下：(1)竖向构件、(2)推拉动力设备、(3)中空构件、(4)斜杆、(5)反力提供物件、(6)水平构件、(7)所需检测承载力的地基和/或基桩、(8)工作台板、(9)加层构件。

如图1所示安装非结构式反力加载装置，推拉动力设备（2）采用千斤顶，千斤顶伸长顶升竖向构件（1），由于反力提供物件（5）的约束，使得斜杆（4）受拉，斜杆（4）的斜向拉力可分解为向内的水平力和向下的竖向力，向下的竖向力作用于竖向构件（1），并向下传递到所需检测承载力的地基和/或基桩（7），对所需检测承载力的地基和/或基桩（7）提供承载力检测的反力。

斜杆（4）斜向拉力所分解的向内的水平力需要进行平衡，根据水平构件（6）两端与中空构件（3）和反力提供物件（5）之间构造状态的不同，分为以下几种情况：

第一种情况，水平构件（6）至少一端与与中空构件（3）或反力提供物件（5）保持设定的距离，且距离足够大而水平分力足够小，反力提供物件（5）挤压桩间土，斜杆（4）斜向拉力所分解的向内的水平力完全传递到桩间土；

第二种情况，水平构件（6）两端分别与中空构件（3）和反力提供物件（5）连接或接触，且水平构件（6）的水平刚度无穷大，斜杆（4）斜向拉力所分解的向内的水平力完全传递到中空构件（3），多个斜杆（4）斜向拉力所分解的传递到中空构件（3）的向内的水平力相互平衡。

以上第一种和第二种情况为两种极端状态，当水平构件（6）至少一端与与中空构件（3）或反力提供物件（5）的距离有限而水平分力较大、或者水平构件（6）的水平刚度有限时，斜杆（4）斜向拉力所分解的向内的水平力一部分传递到桩间土，另一部分传递到中空构件（3）且多个斜杆（4）斜向拉力所分解的传递到中空构件（3）的向内的水平力相互平衡。

如图2所示非结构式反力加载装置带有工作台板（8），工作台板（8）位于推拉动力设备（2）与竖向构件（1）之间，工作台板（8）的水平尺寸大于中空构件（3）的内径，设置中空构件（3）的高度不小于推拉动力设备（2）行程为零时的高度，非结构式反力加载装置的安装顺序为：

s1，在所需检测承载力的地基和/或基桩（7）的周边放置中空构件（3），在所需检测承载力的地基和/或基桩（7）的上部放置推拉动力设备（2），设置推拉动力设备（2）的行程为零；

s2，工作台板（8）搁置在中空构件（3）上；

s3，竖向构件（1）放置在工作台板（8）上，或与工作台板（8）相连接；

s4，斜杆（4）的上端与竖向构件（1）连接，斜杆（4）的下端与所对应的反力提供物件（5）连接，安装水平构件（6）。

可以看出，与图1没有工作台板（8）的情况相对比，在图2中，可将竖向构件（1）放置在工作台板（8）的上面，提供了一个相对稳定的操作平台，竖向构件（1）还可以通过预设的连接件与工作台板（8）相连接，连接方式为铰接或刚接，使得竖向构件（1）保持竖向稳定、避免倾倒。

如图3所示非结构式反力加载装置带有加层构件（9），所述加层构件（9）设置在竖向构件（1）的上方，层层叠放，斜杆（4）的上端与加层构件（9）连接，最下一层加层构件（9）与竖向构件（1）之间进行连接，各层加层构件（9）之间相互连接。

当需要增加斜杆（4）的数量且竖向构件（1）的连接位置提供不足时，可通过加层构件（9）增加新的斜杆（4）上端的连接点。

竖向构件（1）和加层构件（9）均可采用钢结构，最下一层加层构件（9）下端与竖向构件（1）的上端预留螺孔进行螺栓连接，或者上层加层构件（9）下端与紧邻的下层加层构件（9）的上端连接，或者若干加层构件（9）外包竖向角钢统一与竖向构件（1）连接，或者带有公母接头相互承插等等。