[發明專利]一種樁基低應變檢測中傳感器最佳安放位置確定方法

在審

• 申請號: 202110684641.3
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113373990A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 鄭長杰;何育澤;欒魯寶;崔亦秦;蔡元杰
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00;E02D27/12
• 代理公司: 廈門原創專利事務所(普通合伙) 35101
• 代理人: 吳廷正

本發明提供一種樁基低應變檢測中傳感器最佳安放位置確定方法。該方法包括建立計算模型、建立與推導樁體位移和速度響應表達式、分析不同條件下高頻干擾幅值與入射波幅值比值圖等步驟。該方法可得到應力波沿大直徑樁三維傳播規律，并有效消除大直徑樁低應變檢測中高頻干擾的影響，操作高效簡便、檢測精度高、實用性強、檢測費用少，是一種高效的大直徑樁低應變檢測傳感器安放位置確定方法。

技術領域

本發明應用于土木工程樁基檢測技術領域，具體是一種樁基低應變檢測中傳感器最佳安放位置確定方法。

背景技術

樁基工程施工工藝步驟要求嚴格、施工隱蔽性強、施工質量缺陷難以及時發現，因此樁身結構完整性檢測顯得尤為重要。低應變反射波法以其簡便實用、檢測精度高、成本低等特點，成為工程中應用最為廣泛的樁身檢測方法。目前我國廣泛采用的低應變檢測方法是將被測樁基視為一維彈性連續桿件。參見圖1-2，樁基檢測過程中，在樁頂橫截面中心處施加一垂直激振后，產生的彈性縱波將向下傳播，然后彈性縱波從樁底反射回樁頂預先安放的傳感器中，傳感器鏈接到計算機，便可檢測到樁頂應力波的速度響應曲線。通過這些反射信息，便可判斷樁身混凝土的完整程度、缺陷程度以及缺陷所在位置。

建立在一維應力波理論上的傳統低應變檢測方法與應力波實際傳播規律是不相符的。上述檢測方法是基于平截面假定的一維應力波理論，即錘擊荷載在樁頂是均勻施加的。然而在實際檢測過程中，測錘直徑通常只有幾厘米，遠小于樁的直徑，把樁頂錘擊荷載視作均布荷載是不準確的。此外，錘擊荷載會在樁頂產生3種波(P波、S波和R波)，這些波除了沿樁身縱向傳播，還會沿樁身徑向傳播，存在嚴重的三維效應，特別是在大直徑樁中，應力波傳播的三維特征尤為明顯，對測試結果判定產生影響。

目前，研究者們主要通過數值有限元計算來分析低應變檢測中的三維效應，并提出傳感器安放在某一范圍內時，能有效濾除高頻干擾波，更容易判斷樁身缺陷情況。但這些研究方法都是基于有限元法，有限元計算需要繁雜的三維建模和前、后處理，并且往往計算時間很長，在現場檢測中十分不便，施工質量評估效率低下。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種樁基低應變檢測中傳感器最佳安放位置確定方法。

為解決上述技術問題，本發明的一種樁基低應變檢測中傳感器最佳安放位置確定方法，包括如下步驟：

對樁基、測錘的基本數據進行測量；

建立計算模型；

建立土體運動及樁體振動方程，解出樁體位移和速度響應表達式；

利用樁體速度響應表達式繪制樁頂速度響應變化圖及高頻干擾幅值與入射波峰幅值比值沿徑向變化圖；

分析高頻干擾幅值與入射波峰幅值比值沿徑向變化圖確定傳感器最佳安放位置。

作為一種可能的實施方式，進一步的，所述樁基、測錘的基本數據包括：樁基的長度H、樁基的半徑R、樁身模量E_p、樁體密度ρ_p、土體密度ρ_s、泊松比ν、測錘半徑r₀和激振荷載p(t)。

作為一種可能的實施方式，進一步的，所述建立土體運動及樁體振動方程具體為：

測錘激振力以半正弦集中激勵來模擬，錘擊荷載的范圍用式表示；

根據彈性動力學理論，得出土體縱向應力梯度的運動方程：

式中：u_s為土體縱向位移，μ為土體的復剪切模量，μ＝G_s(1+2ξi)，G_s和ξ分別為土體的剪切模量和阻尼比，ρ_s為土體密度，