雪花形鋼板樁作為一種新型異形樁（結構形式如圖1所示），具有較大的比表面積，可以充分發(fā)揮樁側摩阻力作用，提高單樁承載力，同時雪花形鋼板樁自身強度高，用材相對較少，工程應用前景良好。為了準確掌握新型雪花形鋼板樁樁身變形特征，本文基于光頻域反射技術（OFDR）分布式光纖傳感技術，在實驗室內開展了雪花形鋼板樁模型的樁身變形試驗研究。
(a)雪花形樁示意圖
(b)樁身截面示意圖
圖1. 雪花形鋼板樁結構形式
測試過程
基于OFDR分布式光纖傳感技術對雪花形鋼板樁荷載時樁身應變特性進行研究，如圖2所示，本次試驗同時采用分布式光纖和應變片兩種測量應變的方法，對豎向荷載作用下的雪花形鋼板樁樁身不同部位進行應變監(jiān)測。使用的測試儀器為OSI-S分布式光纖傳感儀和靜態(tài)應變采集儀，由于試驗在室內模型槽內進行，采用快速加載方式，環(huán)境溫度較為穩(wěn)定，因此無需進行溫度補償。
圖2. 試驗整體設計示意圖
傳感器的布設位置如圖2中1-1截面所示，一共布設四根分布式光纖和一組應變片（5個）。其中，1號光纖呈S形布設，連接腹板與腹板交界處、腹板與翼緣交界處、翼緣邊上三個位置；2號、3號和4號光纖呈一字形分別布設在三個位置處，模型樁上光纖的兩種布設形式如圖3所示。應變片作為4號光纖的對照組，布設在4號光纖的對稱位置。
（a）S形布設
（b）一字形布設
圖3. 光纖的不同布設形式
測試結果
圖4為光纖和應變片測值的對比，試驗過程中OSI-S分布式光纖傳感儀選擇的空間分辨率為為1cm。從圖4中可以看出，應變片測值分布在光纖測值周圍，除第二個和第五個應變片測值與光纖測值相差很大外，其余三處兩種監(jiān)測方式得到的應變量基本吻合,且變化規(guī)律基本一致，都是沿著深度方向不斷減小，說明分布式光纖測量異形鋼板樁應變的準確性。
（a）200N
（b）400N
（b）600N
圖4. 荷載作用下光纖測值與應變片測值的對比
圖5為荷載作用下1號光纖應變測試結果，從圖中可以看出，隨著樁頂荷載的增加，樁身同一位置的應變也在增加，實驗前對有效位置進行定位，這樣從圖中可以很明顯地區(qū)分出有效數(shù)據段，可以了解到加載過程中樁身三個不同部位的應變變化規(guī)律。
圖5. 1號光纖應變測試結果
圖6 為荷載作用下雪花形鋼板樁樁身不同位置處應變對比，可以看出，在同一荷載作用下，腹板與腹板交界處和腹板與翼緣交界處的應變值基本相同，翼緣邊上的樁身應變較大，且不同部位應變差異的大小會隨樁頂荷載的增加而不斷增大。
（a）200N
（b）400N
圖6. 荷載作用下雪花形鋼板樁樁身不同位置處應變對比
實驗結論
基于OFDR的分布式光纖傳感技術可實現(xiàn)對荷載作用下雪花形鋼板樁樁身應變進行有效監(jiān)測，可以充分展示復雜結構的全局應變信息，為異形鋼板樁變形測試提供了一種新的可靠測量技術。通過對試驗數(shù)據的分析研究，揭示了荷載作用下雪花形鋼板樁不同位置的變形特性，為后期雪花形鋼板樁的優(yōu)化設計提供更可靠的依據。
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來源：Sensors
題名：Model Test Study on Deformation of Snowflake Shaped Steel Sheet Pile Based on OFDR
作者：高磊，徐中權，王權，張振雷，李平
作者單位：河海大學
