高桩码头上部结构受力特性实验

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上善若水

——by陈大可

高桩码头上部结构受力特性实验

高桩码头试验模型采用几何比尺5:1，模型长5.2m，宽2.5m，模型制成装配式结构。高桩码头上部结构受力特性试验主要是通过试验了解板梁式高桩码头的结构组成、传力机理和在垂直外荷载作用下板梁式高桩码头纵横梁受力特性。实验时测试码头纵横梁的振弦式应变计的频率，转化为码头纵横梁的受力状况。 一、实验目的

1、认识与了解板梁式高桩码头的结构组成、传力机理。

2、了解与理解板梁式高桩码头在垂直外荷载作用下纵横梁受力特性。 二、实验内容

1、在垂直外荷载作用下码头纵梁振弦式应变计的频率测试。 2、在垂直外荷载作用下码头横梁振弦式应变计的频率测试。 三、实验要求及注意事项

1、要求做实验前，了解实验内容，理解实验原理，明确实验目的。 2、实验前熟悉具体的实验步骤，记录好有关常数。 3、实验时同组之间注意分工明确，协调合作。

4、在实验过程中，所加荷载要轻拿轻放，注意安全，避免意外事故发生。 5、注意振弦应变计粘贴时，胶水涂层应厚薄均匀，并且粘贴要牢固 6、测量数据时，若发现振弦频率仪显示屏所显示的数据为''Errl''，需要查明原因。

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河海大学·港航院 四、实验仪器及设备

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主要实验设备与仪器包括：板梁式高桩码头试验模型、振弦式应变计若干套、加载设备及铅块、采点箱与振弦频率仪、计算机。

板梁式高桩码头实验模型采用几何比尺5:1，模型长5.2m，宽2.5m，，模型制成装配式结构。码头上部结构主要由面板、纵梁、横梁、桩帽和靠船构件组成。面板、纵梁、横梁均采用连续结构，纵横梁采用不等高的连接方式，横梁搁置在桩帽上。前门机轨道梁下布置

图1 板梁式高桩码头模型

一对双直桩，后门机轨道梁下布置一对叉桩，中纵梁下布置单直桩。靠船构件采用悬臂梁式。整个上部构件采用整体连接方式。码头模型如图1。

加载设备及铅块见图2，振弦式应变计见图3，采点箱与振弦频率仪见图4。

图2 加载设备及板砖

图3 振弦式应变计图4 采点箱与振弦频率仪

加载设备及板砖五、实验原理

高桩码头是应用广泛的主要码头结构型式之一。它的工作原理是通过桩台

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把码头上的荷载分配给桩，桩再把荷载传到地基中。板梁式高桩码头上部结构主要由面板、纵梁、横梁、桩帽和靠船构件组成。面板、纵梁、横梁均采用连续结构，纵横梁采用不等高的连接方式，横梁搁置在桩帽上。前门机轨道梁下布置一对双直桩，后门机轨道梁下布置一对叉桩，中纵梁下布置单直桩。靠船构件采用悬臂梁式。整个上部构件采用整体连接方式。

垂直方向的荷载，包括上部结构自重力、固定设备自重力、堆货荷载、起重运输机械荷载、铁路荷载等以均布力和集中力的形式由面板→纵梁→横梁→桩基→地基。

振弦式传感器（如图3）由受力弹性形变外壳（或膜片）、钢弦、紧固夹头、激振和接收线圈等组成。钢弦自振频率f?1?1E?，其中?为粘贴???2l2l振弦式传感器处的结构应力，?为粘贴振弦式传感器处的结构应变。容易得到

4l2?24l2?2?f。实验??f，当受力前后，振弦频率变化量为?f，则可得???EE中，板梁式高桩码头模型材料为钢筋混凝土，E砼=2.8?107kPa，l、?由振弦

4l2?4l2?2?f一式可进几何尺寸、材质确定。一般地，一般为常数。应此???EE一步简化为??=k?f2，k为系数，本实验中k=8?10?4。由此可见，在振弦几何尺寸确定后，振弦振动频率的变化量，即可表征该处的应变。

如图5所示，在边纵梁每一跨下部粘贴5个振弦式应变计，向码头前沿面看去，自左向右编号为020到034，采点箱通道编号也为020到034。中横梁 每一跨下部粘贴3个振弦式应变计，自码头后方向码头前沿编号为000到008，

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采点箱通道编号也为000到008。所有振弦式应变计位置见数据记录表。当垂直荷载作用在码头面某一点时，垂直荷载将引起振弦式应变计频率发生变化，变化量为?f，根据公式??=k?f2，容易得到垂直荷载在振弦式应变计粘贴处引起的应变，进而可根据材料力学知识??=My，很容易的得到该点处的弯矩。E砼Iz根据纵横梁各点弯矩值分别绘制纵横梁弯矩图，进而结合港口水工建筑物所学的相关知识，对结果进行分析研究。

图5 板梁式高桩码头纵横梁振弦式应变计测点布置图

六、实验步骤

1、阅读和掌握实验目的、实验要求以及实验内容。

2、了解高桩码头结构组成、传力机制、纵横梁受力特性，熟悉和掌握实验原理与操作方法。

3、开启振弦频率仪、计算机电源，打开振弦频率仪的联机软件。 4、按动振弦频率仪的Ec功能键，选择Ec9命令菜单，进入100点自动扫 描自动定时测量状态，再按下RET键，开始进行测量。

5、待数据测量完毕后，按动Pr键，选择Pr8命令菜单，进入串口向计算机送数状态，开始向计算机送入数据。

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6、打开联机软件操作菜单，从仪器中接收数据，起始点号选择000，终止点号选择039，并确定。待数据读取完毕后存盘。

7、将自控行车移动到设计的试验点位置，施加垂直荷载Pi，重复4～6步骤，卸荷。

8、重复4～9步骤，直至设计荷载试验完毕。 七、数据记录及处理

（一）垂直荷载（大约为20?24?10?4800N）作用在边纵梁边跨距最右边排架中心740mm处。

1.1、纵梁数据记录与处理。

表1 垂直荷载作用在边纵梁边跨中部左右时纵梁数据记录与处理

通道编号 应变计位置 mm 初始值 加荷 后值 频率 平方差 Hz2 仪器 灵敏度 纵梁应变值 混凝土弹性模量 kPa 2.8?107纵梁中纵梁使用期惯性矩 m4 ?5 3.32?10 性轴距底部 距离 m 弯矩值 Hz Hz 20 285 1172.2 1172.1 21 22 23 ??Hz2 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 8?10?4 ?? -0.19 -1.15 -1.31 -0.81 -1.01 -0.38 -0.20 -0.55 -0.49 -0.50 4.44 8.88 9.34 5.61 2.43 N?m -234.43 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 -2.39 -14.70 -16.62 -10.35 -12.88 -4.84 -2.51 -6.96 -6.23 -6.43 56.53 113.13 118.88 71.48 30.91 495 1443.3 1442.8 -1443.05 705 915 742.3 846.9 741.2 846.3 -1631.85 -1015.92 24 1125 1054.1 1053.5 -1264.56 25 1685 1186.8 1186.6 26 1895 1230.5 1230.4 27 2105 1707.1 1706.9 28 2315 1018.7 1018.4 29 2525 1051.5 1051.2 -474.68 -246.09 -682.80 -611.13 -630.81 30 3080 1154.9 1157.3 5549.28 31 3290 1130.7 1135.6 11104.87 32 3500 1294.3 1298.8 11668.95 33 3710 1168.0 1171.0 7017.00 34 3920 1010.6 1012.1 3034.05 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 2.8?107 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 3.32?10?5 5 Hohai University chdake@126.com

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