现浇薄壁管桩在低应变瞬态集中荷载作用下的动力响应解析解

管桩低应变检测时,平截面假定并不满足,应力波的传播不能简单地用一维波动方程描述。对于薄壁的大直径管桩,桩顶各点的动力响应沿径向变化不大,因此,可以假定各物理量沿径向无变化而建立只含有变量z,θ,t的波动方程。采用分离变量法和常数变易法求得了该波动方程的解析解,并对一个算例进行了计算分析,探讨了桩顶的动力响应和平截面假定的影响深度问题,并把计算结果与一维波动理论以及三维有限元的结果进行了对比分析。     

尺寸效应对基桩低应变完整性检测的影响

１前言低应变反射波法是目前应用最广泛的基桩完整性检测方法，其理论基础为一维弹性杆纵波理论。采用一维杆纵波理论的前提是激励脉冲的波长λ与被检基桩的半径Ｒ之比应足够大（λ／Ｒ≥１０），否则平截面假设不成立，即“一维纵波沿杆传播”的问题转换为应力波沿具有一...     

低应变检测中振源及桩土相互作用的影响分析

敲击回波法是基桩完整性检测的有效方法,基于一维应力波理论,可以根据桩顶反射波质点振动速度响应曲线(包括走时、幅值及相位)来确定桩体波阻抗变化范围及程度。然而,在实际中,桩是柱体而非杆件,截面变形不均匀。通过点源激发的波分量及在桩顶侧面的反射波,分析了桩顶近场三维波动现象,并基于圆柱中纵向波对远场波进行分析。结果表明,在测点位置及激振频率满足一定的要求时,三维波动特性及纵向波频散特性可以削弱,桩的动测信号可近似用一维应力波理论来分析。在桩土相互作用下,桩体中应力波随传播衰减,分析了桩土剪切波速差异对应力波衰减影响规律,结果表明,应力波衰减不仅与桩土剪切波速比值有关,而且还与桩土剪切波速绝对值有关,桩体剪切波速越低、土体剪切波速越高,应力波衰减越快。     

沿桩顶径向的动测三维效应分析

基桩动测问题的理论基础一维应力波理论只有在锤径桩径比、波长桩径比、桩长桩径比足够大时才能近似成立,否则该问题实际上为应力波在柱体中传播的三维问题。基于应力波理论,考虑计算精度和效能,借助新型有限元分析系统COMSOL Multiphysics对基桩动测过程进行一维和三维动态仿真,对比分析两种模型计算结果异同,沿桩顶径向三维效应主要表现为不同部位速度响应不同且信号发生振荡,入射波存在延时,反射波到时也存在差别。结合野外实验较系统地研究这些三维效应随锤桩比、波长桩径比、长径比的变化规律,给出三维效应的动测规避方式。     

沿桩顶径向的动测三维效应分析

 基桩动测问题的理论基础一维应力波理论只有在锤径桩径比、波长桩径比、桩长桩径比足够大时才能近似成立，否则该问题实际上为应力波在柱体中传播的三维问题。基于应力波理论，考虑计算精度和效能，借助新型有限元分析系统COMSOL Multiphysics对基桩动测过程进行一维和三维动态仿真，对比分析两种模型计算结果异同，沿桩顶径向三维效应主要表现为不同部位速度响应不同且信号发生振荡，入射波存在延时，反射波到时也存在差别。结合野外实验较系统地研究这些三维效应随锤桩比、波长桩径比、长径比的变化规律，给出三维效应的动测规避方式。     

承台-基桩低应变法实测曲线分析

目前低应变法已成为基桩完整性的主要检测手段。通常情况下,低应变法检测时都是在桩头位置放置传感器,同时进行竖向激振产生沿桩身向下传播的应力波,当桩身存在明显波阻抗差异的界面(如桩底、断桩和严重离析等部位)或桩身截面面积变化部位,应力波就会发生反射。但低应变法检测已浇筑承台基桩时,存在激振点位置不确定,检测曲线不准确等现象。文章通过对承台-基桩上不同位置采集的低应变法实测曲线进行对比分析,确定承台-基桩最优低应变法检测方案。     

大直径变截面桩速度波衰减特性研究与应用

针对大直径桩在低应变测试中的三维效应和缺陷量化分析问题,建立变截面桩-成层土耦合振动模型,考虑桩身的三维波动,通过建立层间递推关系求解得到桩身任意位置纵向振动响应的频域解析解,并利用傅里叶逆变换得到时域内半解析表达.在此基础上,分别针对完整桩和缺陷桩,探讨不同条件下桩身入射速度波沿径向和纵向的幅值和走时变化规律.最后通...     

低应变反射波法的几点探讨

结合工程实践探讨了低应变反射波法在基桩检测中几种典型现象及理论依据,包括CFG桩浅部缺陷、CFG桩有效检测桩长、应力波在变截面处的绕射使测定的一维纵波波速比真实的偏低以及桩的浅部范围缺陷测不准现象。     

基桩质量检测误诊案例分析

桩身完整性检测是混凝土灌注桩质量验收的必检项目。主要检测桩身是否存在危及工程安全的质量缺陷以及缺陷程度等。检测方法以低应变反射波法为主。由于反射波法主要理论依据为一维应力波理论,而实际基桩检测过程并非一维波动过程。由于缺陷的存在,桩土相互作用等因素影响,使得问题复杂化而存在多解性。为此造成的误诊误判的现象时有发生。文章就基桩质量检测中存在的几例误诊案例进行分析,指出误诊原因,以期提高基桩检测水平,减少误判,为类似工程提供参考。     

三维波动土中考虑桩身变截面与桩周土相互作用的大直径桩的动力特性

 采用Voigt体来模拟桩身变截面与土的相互作用,得到了三维波动土中考虑变截面与土相互作用的大直径桩–土作用模型。对桩身变截面处的应力平衡和应变连续条件进行拉普拉斯变换,得到修正的阻抗函数递推法。桩周土采用考虑径向和纵向波动的三维轴对称模型,桩身采用黏弹性Rayleigh-Love杆来考虑大直径桩的横向惯性效应。结合修正的阻抗函数递推法,通过求解桩土动力平衡方程得到了桩顶的速度频响的解析解和瞬态激振下速度时域响应的半解析解。通过参数分析,将所得解与忽略桩身变截面与土相互作用的解进行对比,并分析有关参数与变截面与土相互作用的耦合作用。     

土塞效应对管桩低应变测试视波速的影响研究

首先,基于附加质量模型建立了考虑环向波动效应的管桩纵向振动频域解析解,然后利用傅里叶逆变换得到半正弦脉冲激振力作用下时域响应半解析解,最后,基于建立的理论模型,研究了土塞效应对管桩视波速的影响,为管桩的低应变无损检测提供更加精确的管桩测试波速计算理论。本文解的理论反演曲线分别与现有理论解的反演曲线、模型试验和现场试验测试曲线进行了比较,验证了本文解的合理性和计算精度。分析表明:土塞效应对管桩视波速的衰减作用随着管桩壁厚和纵波波速的减小而增强;土塞的存在会导致桩端反射信号幅值到达时间随着桩顶接收角度的变化而变化;土塞效应会增大桩端反射信号的宽度。     

不同桩型低应变激振方式的技术探讨

通过分析应力波传播及其能量衰减的影响因素,和不同桩的桩－土作用机理,结合大量实际检测资料的对比分析,探讨低应变动测选取激振方式的重要性。     

考虑竖向波动效应的径向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动响应研究

基于黏性阻尼土体三维轴对称模型,考虑桩周土体竖向波动效应和施工扰动引起的径向非均质性,将桩简化为等截面弹性体,通过建立管桩-土体体系纵向耦合振动简化分析模型,采用Laplace变换和复刚度传递方法,递推得出桩周、桩芯土体与桩体界面处复刚度,进而利用桩-土完全耦合条件推导得出桩顶动力阻抗解析解答,且将所得桩顶动力阻抗解答与已有相关解答进行退化验证其合理性,在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了管桩桩长、桩内径、桩周土施工扰动程度和施工扰动范围对管桩纵向振动特性的影响规律,可为具体工程实践提供理论指导和参考作用。     

低应变反射波法检测缺陷桩的难点技术研究

通过多年的桩基检测实践,对低应变反射波法检测桩基的几个难点技术进行了深入研究。以一维弹性杆波动理论为基础,建立了基桩缺陷与反射波波形的关系,并对具有同样的同相反射或反相反射的缺陷以工程实测波形为例,从波形特征上阐明了缩径与离析、夹泥与空洞、局部断裂与断桩的区别,论述了桩顶浮浆层对波形曲线的影响、大直径桩的横向惯性效应以及不同桩型、不同桩底持力层的桩底反射波特征。从而能较好地避免缺陷的误判,对反射波法检测桩基完整性具有较大的借鉴意义。     

桩基三维弹性波动方程变步长交错网格有限差分数值计算

为了提高桩基低应变数值模拟的计算效率,在传统差分方法的基础上,将变步长交错网格有限差分法引入到三维桩土模型的数值计算中,通过对三维弹性波动方程进行差分,并在计算模型界面处引入吸收边界条件,计算得到了桩在瞬态纵向激振力作用下的低应变数值模拟响应。计算结果表明：在保证计算精度的同时,由于该方法自身可变化的差分网格,使得计算过程更加灵活简便,降低了内存需求量,减少了计算时间。吸收边界可以有效吸收到达计算模型界面处的入射波,该方法在对低应变实测曲线的拟合和非对称缺陷桩的数值模拟中取得了良好的应用效果。     

考虑波动效应的SH简谐地震波作用下单桩水平振动研究

借助于土体的一维波动模型求解了SH简谐地震波作用下土层的水平振动,从三维轴对模型出发考虑桩周土的水平波动效应,通过引入势函数并运用分离变量法在考虑桩–土相互作用的情况下求解了SH简谐地震波作用下由于桩土相互作用引起的土层的径向位移、水平位移以及土体对桩基的水平作用力,并在此基础上建立了SH简谐地震波作用下桩基的水平振动方程,借助于三角函数的正交性和桩–土接触面处的连续条件求得了桩基的水平位移。借助于放大因子的概念研究了SH简谐地震波对桩顶水平位移的影响。研究表明：SH简谐地震波作用下桩基的动力响应存在有共振现象;放大因子随频率的变化曲线存在3个峰值,前两个峰值相对较大;当桩土模量比较大时桩土模量比对放大因子几乎没有影响。     

Propagation characteristics of transient waves in low-strain integrity testing on cast-in-situ concrete thin-wall pipe piles

The three-dimensional effects of pile head and the applicability of plane-section assumption are main problems in low-strain dynamic tests on cast-in-situ concrete thin-wall pipe piles. The velocity and displacement responses were calculated by a theoretical formula deduced by the authors. The frequency and influencing factor of high-frequency interference were analyzed. A numerical method was established to calculate the peak value and arrival time of incoming waves on top of the piles. The regularity along circumferential and the influence of radius or impulse width were studied. The applicability of plane-section assumption was investigated by comparison of velocity responses at different points in the sections at different depths. The waveform of velocity response at different points forked after the first peak, indicating that the propagation of stress waves did not well meet the plane- section assumption. __________ Translated from Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2008, 30 (3): 414–419 [译自: 岩土工程学报]