工程检测与评估3高应变基桩动力检测.ppt
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1、高应变基桩动力检测,第一章 基本概念及检测原理第二章 检测系统第三章 现场检测技术第四章 实测波形汇编,高应变基桩承载力检测 目录,第一章 基本概念及检测原理 目录,第一节 概述第二节 基本假设第三节 基本理论第四节 CASE法的检测原理,第一章 基本概念及检测原理 概述,所谓高应变动力试桩法,广义上讲,是指所有能使桩土间产生永久变形(或较大动位移)的动力检测桩基承载力的方法,无庸置言,这类方法要求给桩土系统施加较大能量的瞬时荷载,以保证桩土间产生一定的相对位移。自19世纪人们开始采用打桩公式计算桩基承载力以来,这种方法包括:(1)打桩公式法,用于预制桩施工时的同步测试,采用刚体碰撞过程中的动
2、量与能量守恒原理,打桩公式法以工程新闻公式和海利打桩公式最为流行。(2)锤击贯入法,简称锤贯法,曾在我国许多地方得到应用,仿照静载荷试验法获得动态打击力与相应沉降之间的曲线。通过动静对比系数计算静承载力,也有人采用波动方程法和经验公式法计算承载力。,第一章 基本概念及检测原理 概述,(3)Smith 波动方程法,设桩为一维弹性桩,桩土间符合牛顿粘性体和理想弹塑性体模型,将锤、冲击块、锤垫、桩等离散化为一系列单元,编程求解离散系统的差分方程组,得到打桩反应曲线,根据实测贯入度,考虑土的吸着系数,求得桩的极限承载力。(4)波动方程半经验解析解法,也称CASE法,根据应力波理论,可同时分析桩身完整性
3、和桩土系数承载力(5)波动方程拟合法,即CAPWAP法,是目前广泛应用的一种较合理的方法。(6)静动法(Statnamic),其意义在于延长冲击力作用时间(100ms),使之更接近一静载试验状态。,第一章 基本概念及检测原理 概述,CASE法和CAPWAP法,是目前最常用的两种高应变动力试桩方法,也是狭义的高应变动力试桩法。,第一章 基本概念及检测原理 基本假定,四个基本假定:(1)桩是一个时不变的系统,即桩的基本特性在测试所涉及的时间内可以看作是固定不变的。(2)桩是一个线性系统,即桩在总体上是弹性的,所有的输入和输出都可以简单叠加,这个假定并不妨碍我们在桩身的局部环节上采用某些办法来考虑其
4、非弹性性状。(3)桩是一个一维的杆件,即桩身每个截面上的应力应变都是均匀的,可以用它的平均应力应变来加以描述而不必研究其在桩身截面上的分布。,第一章 基本概念及检测原理 基本假定,(4)破坏发生在桩土界面,可以只把桩身取作隔离体来进行波动计算,桩周土的影响都以作用于桩侧和桩端的力来取代而参加计算。如果破坏发生在桩周土的土体内部,则把部分土体看作是桩身上的附加质量。在上述假定下,我们的问题在原理上被简化为一维的线性波动力学问题。,1、高、低应变法动力试桩的区分,(1)动力试桩是在桩顶作用一动态力(动荷载),在桩顶量测桩土 系统的动力响应,如位移,速度或加速度信号,对信号的时域和频域 进行分析,可
5、以对单桩承载力和桩身完整性进行评价。(2)高应变法,用重锤(重量为预估单桩极限承载力的1%1.5%)自由下落锤击桩顶,使其应力和应变水平接近静力试桩的水平,使桩 土之间的土产生塑性变形,即使桩产生贯入度,一般贯入度2mm,但6mm.桩对外有抗力(承载力)是通过位移产生,有了位移,桩 侧土强度得到充分发挥,桩端土强度也得到一定程度的发挥,此时,量 测的信号含有承载力的因素。但对于嵌岩桩和超长的摩擦桩,要使桩 端土强度发挥几乎是不可能的。(3)低应变法,用手锤、力棒敲击桩顶,或用激振器在桩顶激振,其产生的 能量小,动应变约10-5(高应变动应变为10-3),通过桩顶量测速度时域波形,对桩身完整性进
6、行判定。,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,由于应力波的影响而产生的截面运动,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,故可以得到高应变的重要公式,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,几个重要的推论:(1)在Fv图中,凡是下行波都将使两条曲线同向平移,原有距离保持不变;凡是上行波则都将使两者反向平移,互相靠拢或互相分离(2)在FV图中,如果只有下行波作用,F(t)曲线
7、和Zv(t)曲线将永远保持重合(3)在FV图中,F(t)曲线和Zv(t)曲线的相对移动直接反映了上行波的作用。,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,桩身阻抗变化在F-v图上的表现(1)阻抗减少将产生上行的拉力波,在达到检测截面时,将引起力值的减少和速度值的增加,即力曲线下移而速度曲线上移。(2)阻抗增大将产生上行的压力波,在到达检测载面时,将引起力值的增大和速度值的减少,即力曲线上移而速度曲线下移。(3)上述反射信号到达检测截面的时间和变阻抗截面所在深度成正比,可以根据反射信号在时间轴上的位置和已知的总体平均波速大体确定其所在深度。(4)由于高应变具有较高的捶击能量,应力波一般能够贯穿整个桩
8、长而直达桩端。,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,典型的桩端变阻抗反射在实测记录上的表现,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,典型的桩身缺损在实测记录上的表现,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,应力波沿细长杆传播的结果:下行压力波(运动速度向下)遇自由端反射为上行拉力波(运动速度向下),端点力为零,质点速度加倍。下行压力波(运动速度向下)遇固定端反射为上行压力波(运动速度向上),端点质点速度为零,力加倍。下行拉力波(运动速度向上)遇自由端反射为上行压力波(运动速度向上),端点质点速度加倍。下行拉力波(运动速度向上)遇固定端反射为上行拉力波(运动速度向下),端点质点速度为零。,第一章
9、基本概念及检测原理 基本理论,土阻力所产生的应力波及其在FV图上的表现 应力波在行进过程中将使桩身截面产生运动如果桩身处在桩周土的包围之中,桩身区段在土中将激发起土的阻力由于桩身所产生的运动是一种瞬态运动,被它激发出来的土阻力也将是一种动态的作用力,从而在桩身中又激发起次生的应力波 由力学平衡条件:R=Wu-Wd 得:Wu=R/2 Wd=-R/2,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,第一章 基本概念及检测原理 基本理论,土阻力在实测曲线上将表现为两根实测曲线的分离,使力曲线高出速度曲线,高出的幅度正好等于所受的土阻力R因此,在这里我们可以得到几个非常重要的推论:(1)在锤击力的作用下,桩身运
10、动将激发土阻力而使桩身受到外加的阻力波作用(2)土阻力的信号将被检测截面的传感器直接接收到,使得实测曲线中包含了试验时实际激发的土阻力信息(3)作用于深度为x处的土阻力所产生的上行波将在2xc时刻到达检测截面因此,在实测曲线上沿着时间轴将可以在2Lc之前看到分层累加的的土阻力信息。(4)土阻力的作用将首先表现为实测力曲线的上升和实测速度曲线的下降。两者的分离幅度将正好等于所受的土阻力。,第一章 基本概念及检测原理 CASE方法,基本模型桩自身:CASE法将桩视为一维、均质、等截面、连续的线弹性,基本不考虑桩身缺陷影响,应变与质点速度之间满足协调方程。局限:桩身自阻尼衰减没有考虑承载力分析时,桩
11、身缺陷没有考虑,所以缺陷桩误差更大桩身塑性没有考虑,低强度桩、力信号过大时存在问题锤击偏心时存在问题传感器过上存在问题,第一章 基本概念及检测原理 CASE方法,基本模型桩周土静力模型:CASE法为确保波动方程解耦,得到半经验解析解,不仅将桩侧速度与动阻力分离,而且将桩身位移与静阻力分离,因而假定土的静力模型为理想刚塑性体,桩一运动耦合面即进入塑性状态,且为极限承载力状态,问题:弹性阶段即位移初始增加阶段被忽略,加载起始阶段即认为已达到极限承载力状态,导致了极限承载力曲线上零值也是极限承载力的谬误。要求:位移取值足够大,使得极限承载力出现平坦段、达到拟理想刚塑性状态才可以正确应用要求有更大的打
12、击力和动位移,第一章 基本概念及检测原理 CASE方法,基本模型桩周土动力模型:为排除动力试桩过程中土体的动力效应,CASE法假定土的动阻尼全部集中于桩尖,且与桩尖速度和广义波阻抗成正比。,优点:动阻力与桩身质点运动无关,解耦承载力计算,得到解析解 指标:CASE阻尼系数,虽与持力层塑性指数有关,但更多的已演变成一个与动静对比相关的系数了,第一章 基本概念及检测原理 CASE方法,基本模型桩周土动力模型存在的问题:动阻力与桩顶广义波阻抗相关,却与桩底的无关须确保桩侧动阻力较小,桩侧须光滑、等截面,须有足够位移持力层和桩侧土层须相差较大仅考虑了牛顿粘性体模型,没有考虑惯性力等的影响,第一章 基本
13、概念及检测原理 CASE方法,承载力等值线,不同阻尼的承载力取值,桩侧和桩端阻尼对承载力的影响,第一章 基本概念及检测原理 CASE方法,第一章 基本概念及检测原理 CASE方法,凯司法确定承载力的各种实用算法 我们实测得到的土阻力Rz近似地看作由两部分叠加而组成,一是土在静载荷试验时所表现的静阻力Rs,二是由于动力作用所产生的附加的动阻力Rd,三者的关系:Rs=Rz-Rd1.阻尼系数法(RSP法)在阻尼系数法中,规定把t1时刻选择在锤击开始阶段速度曲线的峰值处 CASE阻尼系数Jc的经验取值(美国PDI公司资料),第一章 基本概念及检测原理 CASE方法,2.最大阻力法(RMX法)最大阻力法
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