范文一：如何观察和理解高应变实测曲线

如何观察和理解高应变实测曲线

这里的实测曲线，并非指原始的加速度信号与应变信号，而是分析过程中以叠加显示形式出现的力曲线、归一化后的速度曲线[F(t)及ZV(t)]和下行波曲线

与上行波曲线

。认真理解与分析两组四条曲线是所有后续处理与分析包括波动方程拟合分析的关键。“高应变现场测试技术及注意事项”一文（王雪峰等，国家科委成果办宜昌桩基动测研讨咨询会资料《桩基动测理论与实践》，P196-214）对其质量判断已有详尽介绍，这里仅作进一步补充与解释：

1、力曲线和速度曲线起始段的重合亦即良好的一致性是必须的，这是一维应力波理论的必然产物，但当

① 输入的传感器灵敏度不准确，弹性波速（或弹性模量）不合理时；

② 传感器安装不合理，安装部位材质较差或安装部位不合理时（离桩顶太近，离接桩部位太近，离地表太近）；

③ 打击力不够（尤其对于粗短的端承桩）或严重偏心时；

④ 锤垫过厚，信号过缓时；

⑤ 桩上部存在严重缺陷(包括扩颈) 时；

⑥ 上部土层阻力较大时；

⑦利用柴油锤激发时（由于记录两条曲线的传感器低频响应不一样，在低幅值段，速度曲线往往略低于力曲线），二者的一致性未必能得到充分满足。

鉴于导致力曲线与速度曲线起始段不一致的因素较为复杂，我们在现场和室内分析时一定要仔细判断，在测试现场务必排除①、②、③、④条，为后续分析创造条件。

力曲线和速度曲线的一致性仅限于二者峰值点以前的部位，其中二者曲线形态的正比性是首先应得到满足的，而峰值的相等性（FVX=FMX）却未必，当然只要没有⑤、⑥条件存在，它们应当接近。

2、力曲线和速度曲线应较少毛刺，没有莫明振荡、尾部正常归零，这里所指的尾部系指100ms 左右处。大量现场试验表明，除特长桩外，一般高应变测试过程中，桩土系统在几十毫秒内基本上均完成了各种响应，因而经过近100ms 以后，基本处于相对静止状态，也即桩顶的力和速度应回复到零。RS 仪的分析软件只显示512点，如果采样间隔为100us ，则满屏只能显示51.2ms ，此时加速度曲线一般不归零，欲观全貌，可将原始信号压缩一次（“[”）再积分（“v”），自然显示100ms 时间段。也可以积分后再压缩观看（“v”→“Esc”→“Enter”→“[” →“f”）。

当① 加速度计安装不紧

② 传感器附近桩身材质不良

图 高应变实测曲线

③ 加速度计与其底座之间不紧

④ 加速度计线路故障

⑤ 电荷放大器故障

⑥ 锤击系统较差

等时，实测速度信号可能出现漂移或振荡，此时信号即便归零也十分勉强。

当① 工具式应变计安装不紧

② 过份扭曲

③ 安装部位材质太差

④ 锤击力过大，桩头进入塑性状态

⑤

锤击系统较差

实测力信号很可能出现毛刺，振荡及尾部不归零。

3、上行波曲线Wu(t)应合理地反映桩土特征

同一时刻桩顶力减去速度与广义波阻抗的乘积后除以2便构成了所谓的上行波曲线

[Wu(t)=1/2[F(t)-ZV(t)]，根据一维应力波理论，当桩身某位置有缩颈类缺陷时，将产生一上升的拉伸波，亦即出现同向的速度反射和反向的力反射；当出现扩颈类“缺陷”时产生一上升压缩波，亦即出现反向的速度反射和同向的力反射；当桩侧遇到土阻力时，同样产生上升的压缩波（速度反向，力同向）；对于摩擦桩而言，桩端阻力较小，应力波传播到桩底后自然产生向上的拉伸波，而端承桩，除因沉渣引起的小幅度拉伸波外，基本上产生一向上的压缩波。这些特征在单独的力和速度曲线上可能没有明显的反映，但在上行波曲线上，大都表现非常强烈，因此，读懂上行波曲线，将给后续的CASE 法分析及波动方程拟合分析打下良好的基础。

一般来说，除非桩土系统上部异常（即存在缺陷、扩颈或硬土层），在下行波峰值点以前上行波基本上为零，然后逐步增加；当桩身无缺陷时，上行波幅值乘以2便是对应位置以上部位桩侧阻力的总和

，因此它的增加趋势尤其是出现拐点的趋势基本上与地层变化相吻合，如果夹在此趋势中间形成一明显的下跳，则该处一定有缺陷或者干脆就是摩擦桩桩底反射；扩颈现象除浅部和严重者外，由于普遍与桩侧阻力相混，大多难以在上行波中察觉。

桩底反射过后，土阻力还将发挥一段时间，但对于摩擦桩而言，高峰期已过，阻力应很快减小至自然状态；端承桩的高峰期相对滞后，但同样应早于100ms 回归自然状态，回归的快慢完全取决于入射波脉冲宽度和桩下部尤其桩底土体材料的性质（弹性模量）。

观察和解释实测信号曲线应结合基桩工艺、施工记录以及工程地质资料进行。上述两组四条曲线蕴藏了大量桩土系统信息，读懂它们，留意缺陷位置及严重程度、土层分布、阻力发挥情况（严重滞后为大弹限情形）、桩底特点，高应变分析便已完成了大半。

范文二：高应变

摘 要 本文对高应变测试及分析过程中遇到的一些问题进行分析，讨论了影响分析结果的一些因素，指出提高落锤重量，降低落锤高度，增加拟合过程中的约束条件，可以降低动参数因素影响，减少分析的不确定性。

关键词 高应变测试，桩体，波形拟合分析，承载力

前言：利用锚桩或堆载等静荷载试验确定桩的承载力不仅成本高，而且耗时，高应变测试可以方便快速的提供桩的承载力[1，2]。然而，随着该方法在工程中的应用，高应变动测及分析中遇到的问题越来越多，比如，解的唯一性问题[3]，对该方法也由盲目迷信到怀疑、否定。本文对该方法测试及分析中面临的问题进行客观分析，指出该方法应用的局限性，为了科学了解该方法、提高分析精度提供帮助。

1测试有关问题

1.1试桩的要求

高应变测试及分析是基于一维弹性波理论，要求受测桩有一定的长径比，同时要求桩身混凝土材料有一定的抗压强度。对于广泛使用的挖孔灌注桩，桩一般较短，桩径变化较大，特别是对大直径、大扩大头的挖孔桩，用一维近似分析测试信号会有较大的误差。

1.2“重锤低击”试验方法

重锤低击有以下几点好处：

（1）重锤低击可避免“轻锤高击”产生的应力集中，而应力集中容易使桩身材料产生塑性甚至破坏；

（2）重锤低击荷载脉冲作用时间长，且荷载变化缓慢，可以使桩产生较大的沉降位移；

（3）重锤低击，桩体产生的速度较小，速度变化率也较小，因此动阻力的影响较小，可减少动阻尼参数误差对拟合分析影响，提高拟合分析精度；

（4）重锤低击作用可类似静荷载中快速加载及静动法试验。

锤重一般不小于预期静承载力的1.5%。

1.3落锤高度

控制落锤高度一般基于以下条件：

（1）冲击力不宜过高，否则桩体材料会塑性变形甚至破坏；

（2）桩体有一定的沉降位移，确保桩被打动；

（3）要求落锤稳定。

以上条件对重锤(>1.5%极限承载力)很容易满足，但对轻锤则往往是矛盾的，因为降低落高控制冲击力，无法使桩体有沉降，要使桩体产生沉降，非增加落高，提高冲击力不可。

2信号处理有关问题

2.1信号组合

为了消除偏心锤击造成的一边受拉、一边受压的情况，一般将两侧的信号进行平均后作为分析信号。这种平均仅在一边受拉、一边受压情况下有效，理论上要求锤击点与两侧传感器在一条连线上。现场实验，落锤方向有时难以控制，偏心落锤可能导致两边侧点信号同时受拉、受压，采用平均迭加是无法消除这种影响。此外，由于两侧的桩况、安装环境不同，有时可能导致某侧传感器安

装较差，有时可能两侧的F、ZV曲线只有一个较好，用平均只能起到更坏的效果，因此，对信号进行优化组合在实际检测是很必要。特别是在对心锤击情况，偏心影响可以不考虑，轴对称两侧测点信号应该是比较接近的，若仅因安装、连线等原因导致部分通道记录信号不理想，可选择某种组合的信号进行分析。当某通道没有记录到信号，作信号平均已不具有修正偏心作用，实际上是将该参数幅值减半，是不恰当的。

2.2测试信号校正

F(t)曲线是通过安装在桩侧的应变计（应变环）测量的应变计算出来的，Z·V(t)曲线是由安装在桩侧的加速度计测量的加速度积分计算出来的。测量处波速值与平均波速是不同的，用平均波速代替测点波速引起的误差。因此，ρ、A、C三参数会影响F(t)、ZV(t)曲线幅值，且对两者影响程度不一样，这些参数设置不当，会影响F(t)、ZV(t)幅值。此外，应变计是两点安装，两点之间混凝土与其它处混凝土差异程度及安装匹配耦合程度也会影响应变的测量。在作拟合分析之前，对F(t)、ZV(t)幅值差别作校正是必要的。当冲击脉冲起跃较陡的情况下，F(t)、ZV(t)曲线由零点到达峰值点走时很短，在这段时间内，应力波传播距离很小，由此激发的土阻力也不大，F(t)、ZV(t)上升段基本吻合，峰值相差也不大。根据这一原则，可对F(t)、ZV(t)曲线进行校正。校正的参考曲线一般以ZV(t)为主，因为加速度计是单点安装，测量精度相对较高。将待校的曲线上升段及峰值调整与参考曲线比较接近。

2.3冲击力与极限承载力关系

在动荷载作用下，桩体要运动必须克服静阻力、动阻力、惯性力，因此，要使桩体有一定动位移，冲击力必须大于极限承载力。静阻力与桩周土层、桩底土层有关，与外部荷载变化形式无关，动阻力、惯性力大小与质点速度、速度变化率、土层性质等有关。一般来说，质点速度越小，速度变化率越小，动阻力、惯性力就越小，冲击力与极限承载力差距就越小。对“重锤低击”实验方式，由于脉冲持续时间长，荷载大小变化缓慢，在桩体产生一定沉降后，激发的承载力与冲击力差别可以在较小范围内。“轻锤高击”方式，脉冲持续时间短，荷载变化幅度大，动阻力、惯性力也较大，要使桩体打动，冲击力要远远大于桩的极限承载力。对于颗粒比较密实的土层，由于阻尼系数较大，动阻力也较大，冲击力与极限承载力差距也相应较大。在冲击力脉冲一定的情况下，桩截面越大，质点速度越小，动阻力在总阻力比例也越小，对大直径桩极限承载力与冲击力差距可能较小。

3拟合分析有关问题

3.1桩土模型参数

最初采

用Smith模型描述桩土相互作用模型，但这种模型过于简单，特别是对桩底，它不能很好地描述能量向土层辐射情况。在大量的有限元模拟计算及实验基础上，目前使用的桩土作用模型已作了改进，模型还增加了辐射阻尼、附加质量。近年来，为了追求模型能与土力学研究成果相一致，增加了硬化、软化角等参数，从土力学角度上讲是无可厚非的，但在计算上存在诸多问题：

（1） 有些模型参数难以通过现勘或室内实验确定，即使可通过室内实验确定，现场情况可能与之有较大的差别。这些参数大致范围不清楚，在何种条件下，哪些土层发生硬化、软化不清楚；

（2） 模型参数过多导致求解欠定。假设模型有10~20参数，50单元就有500~1000个，而采样点一般只有1024个，若只分析6L/C长度，往往只要几百个已知点，导致求解方程数小于未知参数数目；

（3） 从土力学角度上讲，不同参数代表不同的物理定义，但在计算中，某些参数可能是相关的，即参数调整对计算曲线的影响是相似的，调参数A可达到的匹配程度，调参数B也能达到同样的效果。那么是调整A还是调整B？

（4） 参数过多情况下，仅有F、ZV波形作为约束条件是不够的，必然会导致部分参数人为设定。而人为设定又缺乏室内、现场实验数据支持，设置的参数具有人为随意性，产生适得其反的效果。因此，桩土相互作用模型要基本反映桩土作用过程。

3.2拟合质量数

拟合质量数是衡量拟合效果好坏的一个参数，主要是指计算波形与实测波形匹配程度，它并不能作为衡量拟合结果合理程度参数。

拟合质量数小不等于结果好，之所以这么讲，是基于以下几条理由：

（1） 实测波形受传感器安装、传感器性能影响或多或少有些失真；

（2） 分析是基于一维波动理论，而对一些较特殊的桩，如挖孔桩，其反射的波形用一维近似有很大误差；

（3） 桩土相互作用模型虽然在作不断改进，但仍难以模拟实际情况。实际桩基中，桩土相互作用不仅与土层特性有关而且还与桩型、施工工艺等有关；

（4） 计算采用离散化方法，即将桩体分成很多单元，每个单元上桩侧作用力认为集中于单元底部，这与实际连续体是有差别的；

（5）桩材料是非线性粘弹性介质，不同频率成份波传播速度不同，导致波在传播过程发生弥散，即波形状发生畸变。

基于以上理由，拟合质量系数小，并不能代表拟合结果是合理。当然，也并不是说拟合质量系数可以很大，波形匹配程度可以很差。根据测试精度、桩长、桩型、施工工艺、桩周土层情况，最佳拟合质量系数是不同的，它有一个合理范围。

这个范围与实际具体情况有关，我们是无法定量来描述它。拟合结果好坏应以拟合趋势而定，即要求计算值与实测值在桩底反射波之后相当一段长时间内变化趋势要一致。

3.3反分析多解性

用静载荷实验确定桩基承载力是最直接的方法。高应变试验方法是用重锤锤击桩体，通过对桩侧F、V测量来推算承载力。这种通过一定实验方法，由物体的某些表面现象或响应反推物体内在本质规律就属于反分析。在岩土工程中，反分析存在多解性、不确定性问题。有以下几方面因素可能会影响多解性：

（1）已知的力学参数只有F（t）、ZV（t）曲线，已知条件太少，而模型参数又太多。这种情况与表达式a+b=10无法唯一确定a、b，a、b有多种组合是一个道理；

（2）模型参数相关性。调参数A和调参数B都有类似的计算曲线，从而导致解的不确定；

（3）计算曲线对某些参数的不敏感性，即参数有较大的变化，曲线仅有微小变化。自动拟合是通过目标函数后一步和前一步差值来判断是否终止计算的，终止计算前优化循环步数的微小变化，结果会有较大差异。当人工干预时，更难以通过曲线的变化来把握、控制。

减少反分析不确定性常有以下方法：

（a）分段拟合（见《桩的动测新技术》）；

（b）软件建立数据库，设立专家系统来排除不合理结果；

（c）增加测试参数量，即除了F、V测试之外，还增加其它参数测试；

（d）重锤低击，使桩有较长受载时间、较低的加载速率，减少与动阻力有关参数的影响。

3.4波形拟合长度

拟合长度增加，相当于增加求解方程组数，它对减少解的不确定性是有帮助的。一般来说，拟合长度不少于6L/C，或2L/C+20ms。在后期的信噪比较高的情况下，拟合长度还可适当增加。通过对较长时间波形变化趋势拟合可克服拟合长度较短时导致拟合匹配程度高，结果不合理现象，同时，也可消除波形局部失真、模型及离散化等带来的误差。

4 影响分析结果其它因素

4.1嵌岩桩、挖孔桩等特殊桩分析

在拟合分析时，模型参数计算要求桩有一定的沉降位移，要使嵌岩桩有一定的位移，除非桩底基岩发生破坏。因此，是基岩的抗压强度及桩底部面积决定桩的承载力，嵌岩桩实际承载力一般会远大于设计承载力。嵌岩桩的检测应以低应变完整性检测为主，只要桩体材料抗压强度较高，桩身结构较完整，桩底沉渣较干净，承载力一般会达到设计要求。若要进行高应变实验，根据设计要求的承载力来选择锤重（>1.5%极限承载力（设计））。当冲击力很大且沉降位移很小，可以认为达到设计要求。当沉降位移很大，说明基岩

塑性位移较大，此时可采用拟合分析。

对于大口径的挖孔桩，基本上属于端承桩，同时桩长度也较小，这些与一维近似要求相差较远，桩底扩大径反射波幅值要比一维理论值小。而在高应变拟合过程采用是一维波动理论，受实测波形（特别是扩大头反射波）失真影响，在拟合扩大头截面积就会出现误差，进而影响单位面积端承力及单桩极限承载力计算。

4.2缺损桩承载力分析

拟合分析是基于一维弹性波动理论，即将桩作为一个弹性体考虑，不考虑桩材料塑性变形及破坏强度。因此，在对波形进行拟合分析之前，除了要评估桩能否用一维近似外，还要考虑桩材变形及强度问题，特殊是对有缺损的桩。

换句话讲，桩的破坏有两种形式，一种是桩土间发生较大塑性位移，土发生破坏，它对应的是通常所指的极限承载力；另一种形式是桩体发生破坏，属于桩材料破坏强度问题。

对缺损桩分析，要将这两种破坏形式区别开来。当低应变检测桩有较严重的缺损，再用高应变拟合判断承载力评估桩身可用性，这一做法是不妥的。

4.3波速误差对分析影响

按规范要求，从传感器安装部位至桩底之间桩体的平均纵波速根据下行波上升沿及上行波的下降沿时差及传感器安装部位至桩底的长度计算。通俗地讲，就是由入射波的起点和桩底反射波起点来确定反射波的走时。有低应变检测经验的人都会体验到受桩侧反射波的影响，桩底反射波的起点识别是困难的。

为了能有效地识别上升沿及下降沿，冲击脉冲起跳要陡，桩底反射波要比较清晰。在上升沿及下降沿无法识别的情况下，可利用峰峰值来分析。

由于桩材为非线性粘弹体，高频波速会大于低频波速，低应变激振频率高，而高应变激振频率低，因而低应变测试得到的波速高于高应变测试得到的波速。高应变拟合对波速要求较高，高应变拟合一般不宜用低应变得到的纵波速，而应根据高应变的上、下行波法来分析波速。当无法从高应变测试曲线得到波速时，在用低应变测试波速替代时应将波速适当减小。

对波形的拟合是从波形起跃点开始的，正因如此，要求利用下行波上升沿及上行波下降来确定波速。但在实际检测中，往往冲击脉冲起跳较缓，导致上升沿特别是下降沿无法识别。采用ZV曲线入射波峰和反射波峰确定的速度，与上、下行波法确定速度会有差别，也就是按照峰峰计算的波速与冲击起跃点对应的反射波并不是桩底反射波的起始点。它不仅会影响桩底有关参数计算，还会影响波形的匹配程度。

4.4“轻锤高击”（窄脉冲）对分析影响

（1）轻锤高击产生的应力集中容易

使桩身材料塑性变形甚至破坏；

（2）由于冲击脉冲窄小，应力波在向下传播时，桩部分处于加载状态，另一部分处于卸载状态，桩的沉降位移一般是很小的，桩甚至没有打动；

（3）由于加载速率较高，动阻力及惯性力较大，使用阻尼系数误差对结果影响很大。同时应力波衰减也较快，到达桩深部甚至变得比较微弱，质点的位移（动位移）很小，而确定模型极限阻力，要求动位移在2.5mm以上。

总之，窄小脉冲是不利于拟合分析的。

5 结束语

对以上高应变测试及分析影响因素分析，有助于提高高应变的测试及分析精度。

范文三：高应变

提 纲

1、前言

2、 Case 法的基本理论

3、检测仪器与设备

4、现场检测技术

5、检测数据的分析与判定

6、工程桩的检测对比

7、相关问题及误差分析

8、曲线拟合法的介绍

1 前言 高应变概念

? 什么是高应变法基桩检测

什么是高应变法基桩检测::

高应变法试桩是一种用重锤冲击桩顶, 冲击脉冲在沿桩身向下传播的过程中使 桩 — 土产生足够的相对位移,以激发桩周 土阻力和桩端支承力的一种动力检测方法。

高应变动力试桩在原理上就被简化为一维线 性波动力学问题 性波动力学问题::

? 假定桩身材料是均匀的和各向同性的

? 假定桩是线弹性杆件

? 假定桩是一维杆件

? 假定纵波的波长比杆的横截面尺寸大得多 ? 假定破坏只发生在桩土界面

1 前言 高应变概念

1 前言 检测目的

高应变法检测目的 高应变法检测目的::

⑴判定单桩竖向承载力是否满足设计要求。

⑵检测桩身缺陷及位置,判定桩身完整性类别。 ⑶分析桩侧和桩端阻力。

1 前言 适用范围

高应变法适用范围

高应变法适用范围:

? 检测基桩竖向承载力和完整性

? 检测预制桩打入时的桩身应力和锤击能量传递 比,为沉桩工艺参数及桩长选择提供依据。 ? 进行灌注桩承载力检测时,应有现场实测经验和 本地区相近条件可靠验证资料

1、前言 国外高应变技术发展概况

发展历史

发展历史:

? 1960年smith “打桩分析的波动方程法” ? 1965年美国的 Goble教授提出CASE法 ? 1974年 Goble提出了计算机曲线拟合CAPWAP 法

? 80年代 Rausche提出了更接近桩土实际状态的 连续杆件模型capwapc拟合法

1、前言 国外高应变技术发展概况

国外试验规范情况 国外试验规范情况::

? 1983年ISSMFE 把高应变法作为推荐方法

? 1989年美国ASTM公布了《高应变动力试桩标准试验 方法》

? 1987年加拿大规定桩承载力可由高应变法确定

? 1988年英国土木工程师协会编制的《桩工规范》中 规定了桩基可用高应变动测法

1、前言 我国高应变技术的发展概况

? 80年代中后其从美国和瑞典引进仪器和相关技术,并进行 消化吸收和研究。

? 1986年,中国科学院武汉岩土力学研究所开发出第一台 RSM动测仪

? 1989年家工程质量监督检验中心颁布了《高应变动力试 桩国法暂行规定》

? 1997年行标JGJ106-97《基桩高应变动力检测规程》实 施

? 2003年国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003 )颁布执行

1、前言 高应变方法的发展概况

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 体碰撞过程中的动量与能量守恒原理。

(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 。

1、前言 高应变方法的发展概况

(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系数和桩土承载力

(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。

1、前言 高应变方法的发展概况

目前,在我国应用范围最广泛的高应变分 析方法采用 CASE 法 和实测曲线拟合法 实测曲线拟合法 实测曲线拟合法。

第二章 Case法的基本理论

基本概念与基本关系式

Case 法的桩 ~土力学模型 行波理论和应力波在桩中的传播 桩侧土阻力波

Case 法计算桩的承载力

Case 法检测桩的完整性

打桩过程中的桩身应力

机械振动的概念 :

是指物体 是指物体((质点 质点) ) 或系统在平衡位置附近以某种方式 进行的往复运动 进行的往复运动。 。

波动概念 :应力波是机械振动在连续介质中的传播过 程 。

注意 :波动只是振动状态 波动只是振动状态((振动相位 振动相位) ) 的传播 的传播, , 连续 介质中各个质点仅在它们各自的平衡位置附近振动 介质中各个质点仅在它们各自的平衡位置附近振动, , 并没有随振动的传播而流动 并没有随振动的传播而流动。 。

基本概念与基本关系式

应力波的特性:

应力波具有反射、透射、散射、叠加、弥散(衰减)等特性。 A . 反射、透射:

当波传播到两种介质的阻抗变化分界面时,一部分从界面返 回,形成反射波;另一部分进入到另一种介质,形成透射(折 射)波。

B . 波的叠加原理

两列波相遇后,仍然保持他们各自的特性(频率、波长、振 幅、震动方向等)不变,并按照原来的方向继续前进,好象没 有遇到过其它波一样。

在相遇区域内,任一点的振动为两列波单独存在时在该点所 引起的振动位移的矢量和。

基本概念与基本关系式

桩身力学阻抗 Z

? 定义为

定义为:桩身截面所受内力增量与质点运动速度增量之比。 即:Z=dF/dv=A? d σ/dv= A? Ed ε/dv =EA/C=ρcA

d ε/dv=1/C

式中 A 为桩身截面面积。σ--应力;ε---应变

波阻抗 Z 的量纲为 : kN.s/m

?物理意义

物理意义

物理意义是:质点运动变化所提供的力。或质点运动速度变 化一个单位速度(1m/s)所需的力。

?波阻抗 Z 仅与材料本身有关,大小由材料本身性质所决定。 基本概念与基本关系式

质点速度与应力应变的关系

? 质点的速度与力的关系 V = Fc/EA? 质点的速度与应力的关系 V = V =σσc/E

? 质点的速度与应变的关系 V = V =εεc 基本概念与基本关系式

? CASE 法的近似假定

⑴桩身阻抗恒定,即桩身截面不变,桩身 材质均匀且无明显的缺陷。

⑵只考虑桩底的动阻尼,忽略桩侧土的动 阻尼,而且静阻力始终保持恒定。

⑶应力波在传播过程中没有能量耗散和信 号畸变。

(4)在(t1~t1+4l/c)时段内桩侧各点的摩 阻力不变。

CASE法的桩~土力学模型 假定

CASE法的桩~土力学模型 桩模型 桩的力学模型

CASE 法的桩的基本模型是一维等阻抗线弹 性杆件 (桩身某一截面上的各个质点的受力状 态和运动状态都是相同的 ) 。

不考虑桩身材料的粘性(即应力波在沿桩 身传播时桩身材料本身不吸收应力波的能 量,无能量耗散,包括桩身内阻尼损耗和向 桩周土中的逸散损耗)。

CASE法的桩~土力学模型 桩模型 ? 桩的力学模型

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

CASE法的桩~土力学模型 土模型

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。 桩侧土的力学模型

⑴ 桩侧土的静阻力模型

桩侧土的静阻力模型为理想刚塑性模型

理想刚塑性静阻力模型的意义为:桩侧土静阻力一经激发 即达到极限,且不随桩 — 土之间的相对位移的变化而变化

⑵ 桩侧土的动阻力模型

CASE法忽略桩侧土的动阻力。 CASE法的桩~土力学模型 土模型

⑵桩端土的动阻力模型

CASE 法的桩端土的动阻力模型采用线性粘 滞阻尼模型

CASE法的桩~土力学模型

土模型 (, ) d c R J Z V L t =??

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

问题:动阻力与桩身广义波阻抗相关,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

CASE法的桩~土力学模型 土模型

一维波动方程

? 2u/? t 2= c2? 2u/? x 2-R/(ρ? A )

式中:u 是杆上 x 处在 t 时刻的轴向位移, 它是纵向坐标和时间两个变量的函数。上 式中左边的偏微分是杆上质点的加速度, 右边的偏微分是杆上质点的应变。

行波理论及应力波在桩中的传播 波动方程

行波理论及应力波在桩中的传播 上下行波 下行波和上行波

一维波动方程的达朗贝尔通解为 一维波动方程的达朗贝尔通解为::

u(x,t) = f(x-ct) + g(x+ct)

解由两部分组成 解由两部分组成, , 分别代表两个行波 分别代表两个行波, , 其传

播速度均为 c 而传播方向相反 而传播方向相反, , 在竖向的桩身中 传播时通常称为下行波和上行波 传播时通常称为下行波和上行波。 。

根据波动理论 根据波动理论, , 一个任意位移波和与它对应

的应力波在杆中的传播仅仅随时间以波速 c 沿正 反方向移动而其形状保持不变 反方向移动而其形状保持不变。 。

下行波 f(x-ct)

位移波分量 f 是指在某个时刻 t 和某个位置

x 上的物理量 上的物理量, , 由 x 和 t 决定 决定。 。 对于某个固定波 形的位移波 f (100)来说 来说, , 出现的时间和位置由 t 和 x 所决定 所决定。 。 即 :100= x-ct , x =100+ct。 若 C=4000m/s, 当 t=0 时 , x=100; 当 t=0.002 秒 时 , x=108; …… .. 。 随着时间 t 的延长 的延长, , x 值 变大 变大, , 意味着应力波 f(x-ct) 逐渐远离原点 逐渐远离原点, , 向 下运动 下运动。 。 因此 f(x-ct) 是向下运动的波 是向下运动的波, , 一般称 为下行波 为下行波, , 用 f ↓ (x -ct ) 表示 表示。 。

行波理论及应力波在桩中的传播 上下行波

上行波 g(x+ct) 对于某个固定波形的位移波 g (100)来说 来说, , 出 现的时间和位置由 t 和 x 所决定 所决定。 。 即 :100= x+ct, x =100-ct 。 若 C=4000m/s, 当 t=0 时 , x=100; 当 t=0.002 秒时 秒时, , x=92; …… .. 。 随着时 间 t 的延长 的延长, , x 值变小 值变小, , 意味着应力波 g(x+ct) 逐渐靠近原点 逐渐靠近原点, , 向上运动 向上运动。 。

g(x+ct) 是向上运动的波 是向上运动的波, , 一般称为上行

波 , 用 g ↑ (x+ct) 表示 表示。 。

行波理论及应力波在桩中的传播

上下行波

? 下行波 f ↓(x-ct ):

v ↓ = ? f ↓ (x-ct)/dt = -Cf ’ ↓

ε↓ = -? f ↓ (x-ct)/dx = -f ’ ↓

因此有:v ↓ =Cε↓

即:ε↓ = v↓ / C

而 F ↓ =ε↓ ? E ? A=(EA/C)v ↓ =Zv↓ 故:F ↓ =Zv↓

在下行波中 在下行波中, , 质点运动的速度方向

与所受力方向始终一致 与所受力方向始终一致。 。

行波理论及应力波在桩中的传播 上下行波

? 上行波 g ↑ (x+ct):

v ↑ =? g ↑ (x+ct)/dt=Cg’ ↑

ε↑ = -? g ↑ (x+ct)/dx= -g’ ↑

因此有:v ↑ = -Cε↑

而 F ↑ =ε↑ ? E ? A= -(EA? /C)v↑ = -Zv↑ 故:F ↑ = -Zv↑

在上行波中 在上行波中, , 质点运动的速度方向与所受 力方向始终相反 力方向始终相反。 。

行波理论及应力波在桩中的传播 上下行波

行波理论及应力波在桩中的传播 上下行波

在下行波中,质点运动的速度方向与所受力方向 始终相同,且有 F ↓ = Zv↓。

在上行波中,质点运动的速度方向与所受力方向 始终相反,且有 F ↑ = -Zv↑。

在高应变中,存在着:下行压力波、下行拉力波、 上行压力波和上行拉力波四种运动形式波。

无论是下行压力波还是下行拉力波,都符合 F ↓ = Zv ↓关系;

无论是上行压力波还是上行拉力波,都符合 F ↑ = -Zv ↑关系。

下行力波 F ↓ = Z v↓

上行力波 F ↑ = -Z v↑

一般情况下,在桩身任一位置截面上量 测到的质点运动速度和力都是下行波和上 行波叠加的结果:

v = v↓ + v↑

F = F↓ + F↑

行波理论及应力波在桩中的传播 上下行波

即:试桩时由桩侧两侧力和加速度传感器测 得截面的质点运动速度和力v m 和F m

v↓= (vm + Fm /Z)/2 v↑= (vm -F m /Z)/2

F↓= (Fm + Z vm )/2

F↑= (Fm -Z vm )/2

行波理论及应力波在桩中的传播

上下行波

? 如果已知桩上某截面的力F m 和速度v m ,就可 以从力F m 和换算后的质点速度Z vm 分别求得 其下行波(等于两者之平均值)和上行波 (等于两者之差一半)。

行波理论及应力波在桩中的传播 上下行波

⑴当桩端为自由端时,其边界条

件是受力为零。

F = F↓ + F↑ =0

F ↑ = -F ↓

-Zv ↑ = -(Zv ↓ ) ? v ↑ =v↓

v = v↓ + v↑ = 2v↓

行波理论及应力波在桩中的传播

桩端特征

⑵当桩端为固定端时,其边界条

件是速度为零。

V= V↓ +V↑ =0

v ↑ = -v↓

-F ↑ /Z = -(F ↓ /Z) F ↑ =F↓

F = F↓ +F↑ = 2F↓

行波理论及应力波在桩中的传播

桩端特征

⑶当桩端约束介与自由端与固定端之间时 行波理论及应力波在桩中的传播 桩端特征

应力波沿细长杆传播的结论:

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。

行波理论及应力波在桩中的传播 桩端特征

行波理论及应力波在桩中的传播

桩身阻抗变化

由力平衡和介质连续条件: F 1d + F1u = F2d + F2u

V 1d + V1u = V2d + V

2u

行波理论及应力波在桩中的传播 桩身阻抗变化 F 1↑=[(Z2-Z 1)/(Z2+Z1)] F1↓(反射波) F 2↓=[2Z2]/(Z2+Z1)]F1↓ (透射波) 当只有下行波 F 1 ↓入射界面时

范文四：高应变

(CMA 章)

基 桩 高 应 变 法 试 验 检 测 报 告

工程名称:※

工程地点:※

委托单位:※ (盖骑缝章) 检测日期:※年※月※日

报告总页数:※ (含此页)

报告编号:※

合同编号 :※

(报告专用章)

※※※※※※※※※※检测站

※年※月※日

※※※※※※※※※※※※ 工程

基桩高应变法检测报告

现场检测人员:※※※ 上岗证号 :※

报 告 编 写:※ 上岗证号 :※

校 核:上岗证号 :※

审 核:上岗证号 :※

技 术 负 责 人 :

声明 : 1、本检测报告涂改、错页、换页无效;

2、检测单位名称与检测报告专用章名称不符者无效;

3、本报告无我单位“技术资格证书章”无效;

4、本报告无检测、审核、技术负责人签字无效;

5、如对本检测报告有异议,可在报告发出后 20 天内向本检测单位书 面提请复议。

(报告专用章) ????? ※ 年 ※ 月 ※ 日 ?? 地址:邮政编码:

?? 电话:联系人:

目 录

一 项目概况???????????????? ※

二 工程地质概况?????????????? ※

三 成桩工艺及桩位图???????????? ※

四 现场检测???????????????? ※

五 计算方法???????????????? ※

六 检测结果???????????????? ※

七 结论与建议??????????????? ※

八 附图表????????????????? ※

网 址:

e_mail:

-项目概况

1方桩应为桩横截面尺寸,管桩应加壁厚。 2可为标准值或极限值。

二、工程地质概况

??? 注:可从简,表述方式虽不限,但仍以图表结合为宜,基本情况亦应说明清楚, 如资料溯源,各层尤其持力层性状,桩顶桩底位置描述等。以下为一参考描述 根据由武汉市勘测设计研究院提供的 《武汉长虹房地产建筑开发有限公司西 北湖广场东方国际公寓岩土工程勘察报告》 (2001-K-117) , 东方国际公寓场地所 在部位为次级背斜,场地外围有三条断层(系推测) , 对场地的稳定性没有影响。 拟建场地地势较平坦,岩土层概况、 相关岩土物理力学性质指标、 桩周土概况详 见表 2。

场区岩土层概况 表 2

三 成桩情况及桩位图

根据委托单位提供的设计及施工资料, 各检测桩的单桩承载力设 计值和有关成桩参数见表 3,桩位平面图见附图。

注:本表中资料由工地现场人员提供。

四 现场检测

1、检测设备

现场检测设备一览表 表 4

2、检测流程

(可述及检测中发生的情况,如如桩帽桩头处理 , 现场意外等) 现场检测示意图如图 1。

五 计算方法

1. CASE 法承载力计算 :

2

) 2() 2()

1(2

)

() ()

1(1111c L t V cA c L t F J t V cA t F J R c c c +?-+

++?+-=ρρ (1)

图 1

式中 (图 2), R c —由 CASE 法判 定的单桩极限 承载力实测值 (kN); J c — CASE 法阻尼系数; t 1— 速度峰值 对 应 的 时 刻 (s); F(t1) — t 1时刻测点处实 测 的 锤 击 力 (kN); V(t1) — t 1时刻的质点运动速度 (m/s); Z —桩身截面广义波阻抗 (kN·s/m); A —桩的截面 积 (m2) ; L —测点下桩长 (m)

2. CASE 法完整性分类 :

分类标准见表 5.

其中,桩身完整性系数 max 1

1) (5. 0) () (5. 1) (????

??-?-+?-=

x U D x U D t F R t F t F R t F β, ΔR —相应缺陷以上部位

土阻力 (kN)。相应缺陷位置可按 ()21t t C x x -=计算 , 这里, x —最大缺陷对应 位置与传感器安装点的距离 (m); t 1—速度第一峰所对应的时刻 (s); t x —最大缺

陷反射峰所对应的时刻 (s)。

3. 实测曲线拟合法

实测曲线拟合法通过专业软件 , 采用了较复杂的桩-土力学模型,选择实测 力或速度或上行波作为边界条件进行拟合, 拟合完成时计算曲线应与实测曲线基 本吻合, 桩侧土摩阻力应与地质资料基本相符, 拟合用弹限一般不得超过各单元 最大动位移 , 从而获得桩的竖向承载力和桩身完整性 , 本方法可提供摩阻分布图、 桩身阻抗变化示意图、内力分布图和模拟静载条件下的 Q — s 曲线,提供桩底和 桩侧各单元阻力、阻尼及弹限值以及必各单元最大拉压应力 (TSX、 CSX) 等。

六 检测结果

高应变动力试桩检测结果见表 6、 表 7。 实测力和速度波形见附图。

F-锤击力; L一测点下桩长; C一桩身波速 图 2 实测波形确定桩身波速示意图

CASE 法结果 表 6

曲线拟合法分析结果 表 7

说明:表 6、表 7所列桩长为测点下桩长,由施工单位提供。

(注:上表必须加盖报告专用章)

七、结论与建议

受检桩中 根桩为Ⅰ类桩,占桩总数 %;受检桩中 根桩为Ⅱ类桩,占桩

总数 %;受检桩中 根桩为Ⅲ类桩,占桩总数 %。桩号如下:、 ;受检桩 中 根桩为Ⅳ类桩,占桩总数 %,桩号如下:、 。

所测 桩单桩竖向承载力检测值达到 kN , 满足设计要求; 所测 桩单桩竖 向承载力检测值为 kN ,未满足设计要求。

八 附图表(加粗为必须项)

1. 实测力与速度时程曲线 张;

2. 计算曲线、图表共 张;

(注 :CASE法需提供极限承载力曲线 , 最大动位移曲线 , 拟合法需提供拟合 效果图 , 摩阻分布图 , 模拟 Q-s 曲线和土性参数总汇表等 , 拟合桩数不得少于 被检桩的 30%)

3. 现场反馈单 张;

4. 检测桩位平面图 张;

5. 检测桩附近地质资料附图 张;

6. 检测桩施工记录表 张;

7. 桩基检测委托单 张;

8. 检测人员资格证明 份;

9. 单位资质证书。

现 场 反 馈 单

测试人(1) :上岗证编号:

测试人(2) :上岗证编号:

见 证 人 :(甲方、委托方或监理均可)

年 月 日

11

高应变成桩参数及检测记录表 NO.

成桩参数提供人:电话:检测人员:

12

范文五：较高温度下混凝土的一般应力_应变关系曲线

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C&$$%&+%+%$2---*"’" 44##)(%&+]A$%+"%-&-#,#$-+,%2&,-@ 47

摘 要"对柔性 结 构 采 用 基 于 性 能 的 抗 震 设 计 F% %%%C&$$&++$2*""---’44

提出了一个简单的方法$ 这个设计方法基于对顶点摘 要选取三个比例#在底部两层具有不同" 5g5 .屈服位移的评估#底部剪力的 强 度 由 基 于 一 个 可 代 类型的不规则结构层钢筋混凝土结构模型#使其 56

的 地 震 激 励#观 察 它 们 的 地 震 响 应 特 性$ 等 价 单 自 由 度 !"体 系 的 屈 服 点

墙壁被设计用来提供个由一个或多个性能目 $决定第一个模型 有 一 个 对 称 弯 矩 抵 抗 结 构 模 型 第 "#!5每 一 个 性 能 水 准 都 表 现 #标而确定的单一底部剪力二个模型在中间框架布置了一个填充 剪 力 墙!模 型 $ 以一个7 在顶点偏移量和墙底部的塑性铰转角上"#第三个模型只在底部两层的外部 结 构 中 有 一 个 .层建筑为例对该方法进行阐 述#主 要 从 平 滑 设 计 谱 $ 通过分 析 和 对 比 试 验 结 果#得 出 了 以 填充剪力墙$ 非线性 或者地面运动记录中算出的危害性来说明下结论%在 和 中#对除弯矩型结构 ?b%R6 AG8 .///静力和动力分析证实了这种方法足以确保结构能够 和支撑墙结构之外的其他结构所估计的基本周期看 $ 达到预期的性能目标&结构由于破坏而 吸 收 的 能 量 总 量 与 填 来是合理的关键词抗震设计&钢筋混凝土剪力墙&屈服点 "充剪力墙的存在和位置几乎 没 有 关 系&结 构 倾 覆 时

#其次是由 于 剪 切 变 形 而 吸 收 的 能吸收最多的能量

$ 上部刚性系统 导 致 下 部 结 构 产 生 摇 摆#因 此 能量

的抵抗力3W .自重针对总的倾覆弯矩提供了高达

$ 关键词"混凝土&建 筑&振 动 台 试 验&不 规 则&倾 覆

弯 矩&扭矩

较高温度下混凝土的一般

应力应变关系曲S

线

对剪力墙结构采用基于屈服S$-$%()*+%$229*+%(&-L$)(+&,-20&.,%?

位移的抗震设计 R,-’%$+$(+C)$A(+$17$#$%(+"%$2 ?

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国际期刊导读

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!$+&%%&%&+N&+%+&2$$)$$--$-())0$2$1$"(-.:.,’..’;,,,混凝土的初始弹性模量瞬 @= #4?!?应力下混凝土的压应变

热应变屈 服 应 力 和 配 筋 的 粘 结 强 度&%++%&++%&++&%%&##" 2$2$-$1$10$20$(((2$$)$$-9,’’’,..:@ ???时蠕变应变

基于精确 性#普 遍 性 和 简 易 性!推 荐 选 择 特 定 的 公 .,%’$1’,-’%$+$; "较高温度下适 当的拉压力应力应变关系利用 S "####式5ATUB@F*+$$).&:$%[,)"#$.%(’+&,-*0$(%R,)"#- S这个公式是基 于 与 周 围 温 度 一 致 的 !了推荐的公式$+&%%&%&+*$$)$$--$.:.,’..’ 4 提议的关系与现有的应力"S 有约束混凝土提出的!!$%"C-&-$$%&-*+%"’+"%$2DEEPDUPYDHJIYDFD44 应变关系曲线!以及现有的试验数据相比较!他们可 摘 要"钢筋混凝土柱中使用钢纤维!可以帮助改善 因 温 度 和 约 束 而 产 生 的 混 凝 土 的 力 学 性 以捕捉到在地震激励作用下柱的抗破裂性 在性能试验中准 "并且被证实优于现有关系曲线 然而还需要另 "!!质根构件用于评估钢纤 维 对 于 钢 筋 混 凝 土 柱 ! 0备了" 外的试验来进一步验证和改进新提议的关系曲线" 该项研究中采用的 的剪切强度和行为的加固作用关键词"混凝土$应 力 应 变 关 系 曲 线$温 度$火 灾S 量 是 钢 纤 维 的 体 积 分 数 %例 如&!! /-/W 5-/W 变$ 瞬时蠕变$初始 应 力$热 应 变$屈 服 强 度$抗 拉 强 和 抗 剪 钢 筋 的 名 义 比 率 %例 如&和 ’ 51W W-.-/度抗压强度 $ 和 从试验结果可以看到抗剪能"’! W W -7-5/./.

力增加最大的达到了的钢纤维体积分数" 为 5-1W

了 预 测 这 些 柱 子 的 最 大 抗 剪 强 度和! &=a= ^,)(

提出了剪切强度计算公式评价和应用了!#$# [),("@

!和 中的剪切强度公 A%G350SRRAG] Qb 4d!35/5

钢结构 年第期第卷总第0 1 3 56 .//./60 期

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