文档介绍：高应变讲稿-徐国华
高应变测试基本理论及方法
一、高应变测试的基本概念
用重锤(1%~%)锤击试桩桩顶,使试桩与桩周土发生塑性变形,量测桩顶附近力、速度的时域曲线,通过CASE法或曲线拟合计算法计算试桩的竖向抗压承载力、桩身完整性、最大锤击压应力、最大锤击拉应力、锤击能量传递比等。
二、应力波在桩身中的传递
桩身中的应力波为上行波和下行波的叠加,
任意一点在某一时刻的力、速度可由下式表示:
F=F↑+F↓,V=V↑+V↓
F↑=-ZV↑,F↓=ZV↓
F以压应力为正,拉应力为负,
在下行波中,质点运动速度方向与受力方向一致。
在上行波中,质点运动速度方向与受力方向相反。
根据桩身中实测的力、速度,根据下式反算上行波、下行波的力速度: F↑=(F-ZV)/ 2
F↓=(F+ZV)/ 2
Z为桩身阻抗由下式计算:
Z=EA/C=ρC2A/C=ρAC=(γ/g)AC
式中:
Z----桩身材料波阻抗,kN?s/m。
E----桩身材料弹性摸量,kPa。
C----波速,m/s。
A----桩身截面面积,m2。
ρ----桩身材料质量密度,kg/m3。
γ----桩身材料重度,kN/m3。
g----重力加速度,m/s2。
不同桩型典型桩身材料重度下表所示。
典型桩身材料重度
计算阻抗注意的几个问题:
(1)单位:
(2)面积空心管桩或钢管桩计算小圆面积时扣掉了一边的壁厚。
、固定端的反射
(1). 杆件底部为自由端
边界条件为:
F=F↓+F↑=0
因而:F↑= -F↓
亦即:-Zv↑= -(Zv↓) v↑=v↓
因此:v=v↓+v↑=2v↓
结论:
应力波到达自由端后,将产生一个性质相反、幅值相等的反射波。即
压力波产生拉力反射波;拉力波产生压拉力反射波。
在杆端处,由于波的叠加,使杆端处质点运动速度增加一倍。
(2). 杆件底部为固定端
界面
边界条件:
v=v↓+v↑=0
因而:v↑= -v↓
亦即:- F↑/Z = -(F↓/Z) F↑=F↓
因此:F=F↓+F↑=2F↓
结论:
应力波到达固定端后,将产生一个性质相同、幅值相等的反射波。即压力波产生压力反射波;拉力波产生拉拉力反射波。
在杆端处,由于波的叠加,使杆端处质点所力增加一倍。
杆件截面变化反射、透射特征
(1). 杆件受到F1↓()
Z1
F1↓,v1↓ F1↑, v1↑
界面
F2↓,v2↓ F2↑, v2↑
Z2
边界条件:根据连续性
F1↓+F1↑=F2↓+F2↑
v1↓+v1↑=v2↓+v2↑
结合:F1↓=Z1v1↓,F2↓=Z2v2↓
F1↑= -Z1v1↑, F2↑= -Z2v2↑
可得:
F1↑=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)F1↓+2Z2/(Z2+Z1)F2↑ F2↓=2Z2/(Z2+Z1)F1↓
(2). 当仅有下行波(F1↓)存在时,即F2↑=0
则:
F1↑=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)F1↓(反射波) F2↓=2Z2/(Z2+Z1)F1↓(透射波)
从式 F1↑=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)F1↓可以推得: ①. 当桩端自由时,即Z2=0,则
F1↑= -F1↓
②. 当桩端固定时,即Z2→∞,则
F1↑= F1↓
。
土阻力波
FR
↑- Ri/2↓ FR↑
如当应力波传到x位置时,激发了该处的土阻力Ri。土阻力Ri分成两部分:向上传播的FR↑和FR↓。
力平衡条件为:FR↑-FR↓=Ri
vR↑=vR↓
由于:vR↑=-FR↑/Z
vR↓=FR↓/Z
所以有: FR↑= 1/2Ri
FR↓= -1/2Ri
结论:在桩侧土阻力作用下,桩身内部将产生一个上行的压力波和下行的拉力波。两者的幅值相等,都各等于该处土阻力值的一半。
三、CASE法
基本假定
(1). 桩为一维线弹性细长杆件。
(2). 桩身材料是均质的(弹性模量E和桩身截面积A恒定)。
(3). 土的基本模型为:总土阻力由土的静阻力和土的动阻力组成。用摩擦键和弹簧模拟土的静阻力,用阻尼壶模拟土的动阻力。土的动阻力集中在桩尖附近,并与桩尖质点的运动速度成正比。桩侧动阻力忽略不计。
(4). 应力波在传播过程中的能量损耗,包括桩身内阻尼损耗和向桩周土中的逸散损耗,都忽略不计。
实际上(1)(2)(4)就是桩的模型;(3)是土的模型。
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