基桩高应变法测.ppt

基桩高应变法检测 2009.9 高应变法是用瞬态激振，使桩土发生相对迁移，利用波动理论揭示桩土体系在接近极限阶段时的工作性能，评价桩身质量，分析桩的极限承载力； 低应变法是利用低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内作低幅振动，利用振动和波动理论判断桩身缺陷。 高应变法与低应变法的根本区别在于高应变法考虑了桩周土的弹塑性响应而低应变法仅使桩周土完全处于弹性范围内。 直接测定桩的极限承载力，一般必须具备桩与桩周土之间产生足够的相对位移这一条件，从而可以获知桩在工程中所具备的安全度。据此观点高应变法可以直接测定桩的极限承载力，而低应变法是测不到桩的极限承载力的。 对基桩的检测,一般都需要对桩身施加外力。 从外力的能量角度讲,大能量的有静载测试、高应变法，外力可以达数十、百、千吨。小能量的有低应变法、声波透射法，外力的能量微乎其微，只在桩身介质内部产生了弹性应变。 从外力的时间属性讲，有静载和动载之分。 静载是指荷载在一定的时间内不发生变化，如常规的静载检测，每级荷载在2小时内维持稳定，通常就认为是静态的荷载。 动载则指荷载是动态的，荷载随时间发生变化，又可分为瞬态和稳态。高应变的锤击属于对桩施加瞬态荷载。 尽管一些实践表明，有些类型的桩与一维应力波动理论有关桩身的基本假定相差较大，但多数类型的工程桩（预制方桩、预应力管桩、常规灌注桩）与这些基本假定是相近的。这些基本假定是高应变检测技术应用的基础，包括： 桩是一个时间不变的系统，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； 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（在桩身的局部环节可以考虑其非线性性状）； 桩是一个一维杆件，即桩身每个截面上的应力应变都是均匀的，可以用平均应力应变来描述桩身截面上的分布。 高应变法涉及的理论比较复杂，操作也较严格。本次培训内容以掌握高应变检测的基本技能为主。  几个基本概念 .纵波波速C C为杆的纵向振动波沿杆件的传播速度，可以理解为应力波在桩身中的传播速度，即波速，它的单位为m/s，高应变检测时混凝土桩的正常波速一般为3000-—4000m/s。 .质点运动速度V 传递波动的物质称为介质，介质的运动随时间的变化称为振动，整个介质随空间、时间的运动变化情况，则称为波动。在应力作用下，桩身产生运动。其质点的振动速度V取决于应力的大小和介质的特性。 弹性杆中的应力波引起的质点运动速度与应变成正比，是讨论应力波问题的基本公式。例：对于低碳钢，c=5120m/s，屈服限对应的变形约为1‰即ε=1000με，则质点运动速度V=5.12m/s。 .桩的广义波阻抗 Z = EA/c =?cA 由一维波动理论可知，桩的广义波阻抗Z是其横截面积、材料密度和弹性模量的函数：Z：桩的广义波阻抗（单位：N?s/m）； C：桩的声波速度（单位：m/s）； E：桩的弹性模量（单位：N/m2）； ?：桩的质量密度（单位：kg/m3）； A：桩的截面积（单位：m2）。 .波在阻抗变化处的反射、透射，与低应变中基本一致。 vR＝－vI[（Z2－Z1）/（Z1＋Z2）] =－FvI F=1-n/(1+n) T=2/(1+n) n= Z1/ Z2 vI入射波，vR反射波，F反射系数，T透射系数 （1）阻抗近似不变（Z1=Z2）n= 1 F=0 没有反射波 （2）阻抗减小（Z1﹥Z2）n﹥1 F﹤ 0 有反射波 ， vR与vI符号一致 （3）阻抗增加（Z1﹤Z2） n﹤1 F﹥0 有反射波 ， vR 与vI符号相反 .入射波、反射波和透射波和下行波、上行波之间关系。 在实际桩的动力检测时，施加于桩顶的荷载为压力，按习惯定义位移u，质点运动速度V和加速度a以向下为正（即x轴正向），桩身轴力F，应力σ和应变ε以受压为正。 （1） 当初始入射波FI沿x正向（向下）传播尚未到达阻抗变化界面前，下行波就是入射波，无上行波； （2） 入射波到达阻抗变化界面将产生反射和透射，反射力波FR沿阻抗为Z1的杆x轴负向（向上）传播，称为上行波；透射力波FT沿阻抗为Z2的杆x轴正向（向下）传播，此时下行波就是透射波。 .对于实际工程桩动测，希望是在桩顶给桩以入射波（输入），使入射波在下行过程中遇到桩截面或界面阻抗变化和桩周岩土阻力作用以反射波的形式上行返回至桩顶，通过对桩顶部测量的应力波信号提取反射波或上行波信息，并与入射波或下行波相比较，达到检测承载力和桩身完整性之目的。 就动测桩的实质而言，最受关注的信息就是反射波，而反射波就是上行波。 .土阻力 在低应变检测中，土阻