江苏省桩基检测培训讲义2003.doc

江苏省基桩动测技术讲义季鹏 刘松玉 编写东南大学岩土工程研究所二三年八月第二篇 基桩动力检测第一章 动力检测理论基础第一节 动测绪论4 一、 基桩动测技术发展历史4 二、 动测方法分类5 三、 基桩动力测试目的与国内外动测仪器5 四、 国内外动测规范6第二节 波动理论8 一、 波的种类8 二、 波动方程9 三、 弹性波在杆内的传播11第三节 基桩动态系统14一、 动态测试参数14二、 传感器15三、 测振放大器25四、 动态测试系统的标定28第二章 低应变反射波法第一节 反射波法动测技术33一、 反射波法动测原理33二、 反射波法诊断的信号拟合技术36三、 反射波法诊断系统41四、 反射波法的现场检测方法43第二节 低应变测试的可靠性及其影响因素46一、 国内外几次考核结果46二、 几种典型缺陷的模拟测试结果46三、 影响低应变动测可靠性的因素及其对策53四、 关于波速与混凝土强度的关系54五、 关于测试桩长范围55第三节 反射波法桩身质量评定与应用中的问题55一、 桩身质量评定标准55二、 检测报告格式及注意事项57第三章 声波透射法第一节 基本工作原理59第二节 声波检测仪器及发射、接收换能器60一、 声波检测仪60二、 换能器61第三节 现场测试61一、 埋管数量及埋设方法61二、 声时的修正61三、 测试步骤及方法62四、 重复观测63第四节 资料解释及缺陷判断63一、 数据整理63二、 桩身完整性应按下列判据判断64第五节 桩身质量评定与应用中的问题66一、 桩身质量评定标准66二、 检测报告格式及注意事项67第四章 高应变检测技术第一节 基本原理68一、 若干基本概念68二、 凯斯（Case）法69三、 实测曲线拟合法72四、 高应动力试桩法检验桩身完整性74五、 高应变动测适用范围77第二节 测试与分析78一、 测试方法与设备78二、 仪器准备与安装79三、 信号的选取83四、 分析与拟合86第三节 应用中的几个问题88一、 影响高应变动力试验准确性的因素88二、 静动对比的验证89三、 检测报告的格式与注意事项90第二篇 基桩动力检测第一章 动力检测理论基础第一节 动测绪论 一、基桩动测技术发展历史桩的动测技术是相对于以往习惯采用静载试验来检验桩基工程质量和确定单桩承载力而言的。桩的动测方法在国外已有100多年的历史，最早的动测方法是在能量守恒定理的基础上利用牛顿撞击定律，据打桩时测得的贯入度来推算桩的极限承载力，即所谓动力打桩公式。近代的动测技术是以应力波理论为基础发展起来的。1931年伊萨克斯（D.V.Isaacs）首先用一维波动方程来描述桩的撞击过程，1938年E.N.FOX得出了用于打桩分析的波动方程解答。真正使波动方程分析方法开始进入实用分析阶段的要归功于E.A.Smith，1950年史密斯对锤桩土体提出了一系列质块、弹簧和阻尼组成的离散化计算模型并用差分和电子计算机进行计算，求得了精确的数值解，1960年发表了“打桩分析的波动方程法”这一著名论文。此后国外许多学者如Samon，J.E.Bowles，G.Goble等在计算机程序编制、参数确定、可靠性研究以及波动方程法的实际应用等方面进行了大量工作。波动方程应用于动测技术的另一类方法是将桩作为连续的弹性杆，在对边界条件作适当简化后，设法直接对波动偏微分议程积分求解，荷兰建筑材料与建筑结构研究所（TNO）的柯顿（V. Koter）在简化的假定条件下利用线性代数和阶跃函数，得出了无限长桩在锤击下考虑桩侧阻力对应力波起衰减作用的闭合解，70年代初他们研制成TNO桩基诊断系统，用于检验桩的完整性和桩身质量，后来又研制出可以确定桩承载力的TNOWAVE程序。Case法也属于这一类方法，它是由美国Goble等人1964年研制的。近年来，波动方程在桩基工程中的应用又有了新的发展，在计算方法上，出现了采用连续模型及特征线法的CAPWAPC程序。我国的桩基动测技术研究已有20多年的历史。1972年湖南大学周光龙教授提出了动力参数法，对开创我国桩基动测方法的研究起了推动的作用。1978年东南大学唐念慈教授，首先在我国将波动方程方法用于桩基工程，他们在渤海12号平台对钢管桩进行了动力测试，编制了BF81程序。此后波动方程分析方法得到了迅速发展，1980年甘肃建科所编制了以输入实测力波为初始条件的计算程序，中国建筑科室研究院地基所1988年编制了类似CAPWAP/C的FEIPWAPC程序并研制成功我国自己的测试设备。东南大学在80年代末90年代初也研制成功了桩基分析仪PDAS。此外，我国的桩基动测技术还有百花齐放的特点，四川省建科院与中国建科院合作研制成功了锤击贯入法，1981年已通过部门鉴定，在许多地方得到应用，并编制了全国规程。西安公路研究所与中国科学院电工研究所共同开发了水电效应法，并于1982年通过了部级鉴定，地矿系统的浅层地震仪也常用于桩基动测中。目前，桩的动测法在我国已进入了实用阶段，并得到了迅速的发展，在设计、施工规范中已制订了明确要求，并已编制了我国的桩基动测规程。 二、动测方法分类桩的动测目前习惯上按试验时桩土产生应变的大小粗略分为高应变和低应变两大类。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。 波动方程法 波动方程法反射波法 高应变类 低应变类 超声波透射法 锤击贯入法 机械阻抗法、水电效应法、动力参数法、共振法 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。因为低应变法测定时，一般桩土间相对位移尚难以出现，使相应的土阻力激发，尽管测试时确也在桩项实际测定了桩的某些响应。但是也不能说低应变类方法完全不能提供单桩承载力，它只能间接由某种图式推算或由动、静对比资料统计后通过经验常数换算得到而决不是现场直接测定承载力。因此在应用低应变类方法提供承载力参数值时就必须十分注意所采用方法的原始假定，统计资料的多寡和离散情况、土质条件和桩条件的相似性等。各方法的特点见表11所示。 三、基桩动力测试目的与国内外动测仪器桩的动力测试目的：（1） 桩身完整性检验； （2） 确定单桩的轴向承载力； （3） 桩土机械的性能监控等；（4） 大型桩基工程的打入桩沉桩性状预测；（5） 研究桩在动力荷载作用下的性状；（6） 研究桩的振动特性以解决机器基础振动与变形问题。目前国内外用的桩基动测设备主要有：（1） PDA打桩分析仪（美国桩基动力公司）（2） TNO基桩诊断系统（荷兰建筑材料与结构研究所）（3） PID打桩分析仪（瑞典乌泼萨斯大学）（4） PDR打桩记录仪（荷兰富国国际工程地质公司）（5） FEIWAPC系统（中国建科院）（6） PDAS系统（东南大学）（7） R &S系统（武汉岩海公司）（8） RSM系统（武汉岩土所）四、国内外动测规范桩的动力测试方法在世界上许多国家均得到了应用，在国内外有关规范中作了一定规定，有的国家专门编制了动测规范。 （1）国际土力学和基础工程学会1983年将CASE法和CAPWAP法作为学会建议方法列入学会野外及室内试验委员会编制的规范。 （2）美国材料试验协会1989年编制了桩基高应变动测标准（D4945-89）。 （3）西德已编制了专门的桩的动测规程。 （4）加拿大基础工程学会规范，澳大利亚桩基设计施工规范，瑞典有关规范等均对桩的动测进行了具体规定。 （5）荷兰规定所有灌柱桩均进行动力检测。 国内的有关规范、规程如下： （1）中华人民共和国行业标准基桩高应变动力检测规程（JGJ10697）。 （2）中华人民共和国行业标准基桩低应变动力检测规程（JGJT9395）。 （3）中国工程建设标准化协会标准（CECS35191），锤击贯入试桩法规程，中国建筑工业出版社，1992年北京。 （4）江苏省建设委员会，1989年，江苏省桩基工程质量监督管理暂行规定等一套文件。 （5）上海市建设工程质量检测中心，1992年，上海市钻孔灌桩桩动测技术管理规定。 （6）2003年7月1日施行：中华人民共和国行业标准建筑基桩检测技术规范（JGJ1062003）。 另外，在建筑桩基技术规范（JGJ9494）和建筑地基基础设计规范（GB500072002）中也有桩基动测的有关规定。6 动 力 试 桩 方 法 一 览 表11方法名称反射波法声波透射法共 振 法动力参数法机械阻抗法水电效应法锤击贯入法波 动 方 程 法动力打桩公式史密斯法（SMITH）凯 斯 法（CASE）凯斯波动分析（CAPWAP）激振方式自由振动（落锤冲击）稳态振动（激振器激振）强迫稳态振动（激振器扫频激振）自由振动（手捶冲击） 强迫稳态振动或自由振动或随机振动（激振器或手锤）自由振动（水中放电脉冲激励）自由振动（落锤冲击）自 由 振 动（锤击、对Pw-e法则用标准落锤冲击）自由振动（锤击）现场实测的物理量时域波形。1、 时域波形。2、 延迟时间。3、 振幅。1、 共振频率。2、 桩顶响应的幅（相）频曲线。1、 自由振动频率2、 振动波形1、 机械导纳幅（相）频道2、 相干函数谱4、 时域波形。5、 功率谱。6、 桩顶压强1、 桩顶锤击力。2、 贯入度。1、 贯入度2、 桩顶、桩身应力。1、 桩顶加速度随时间变化曲线。2、 桩顶应力随时音质变化曲线。1、 同凯斯法。2、 同凯斯法。3、 贯入度。1、 贯入度。2、 弹性变形值。3、 桩顶冲击能（对改进法）。主要功能检验桩身质量，判断缺陷位置。检验桩身质量，判断缺陷位置。检验桩身质量判断缺陷。检验桩身质量。检验桩身质量，判断缺陷位置。检验桩身质量，判断缺陷位置。1、 确定垂直极限承载力。2、 检验桩身质量。1、 预估垂直极限承载力。2、 预估打桩时桩身应力。3、 预估贯入可能性。4、 复杂打桩情况的模拟。1、 预估垂直极限承载力。2、 测定桩身锤击应力。3、 测定有效锤击能量。4、 检验桩身质量。桩身缺陷位置。1、 预估垂直极限承载力。2、 测定桩身锤击应力。3、 确定桩底及桩侧阻力和有关参数。4、 模拟桩的静荷载试验曲线。垂直极限承载力。限 制使用条件 根据激振力大小，桩的长径比应有相应限制分段的预制桩 预制桩上使用不便1、 直径不大于0.4m的桩。2、 桩长不超过15m。 贯入度应有一定范围。1、 桩是均质的直杆。2、 贯入度不宜小于2mm。 贯入度不宜小于2mm。与所采用的动力打桩公式有关，详见第十章。备 注预埋测试管道 实质是一种数值计算方法，可衍生出许多实用测试方法（如w-e 法）88第二节 波动理论桩基工程中所采用的各种动力测试方法，其理论基础包括将桩作为土中杆件的振动理论，动力作用在桩内作为应力波传递的波动理论，这里主要介绍波动理论。一、 波的种类 波的种类是根据介质质点的振动方向和波动传播方向的关系来区分的，它分为纵波、横波、表面波等，（一）纵波弹性介质当受到交替变化的拉应力和压应力作用时，就相应地产生交替变化的伸长和压缩形变，质点产生疏密相间的纵向振动，振动又作用于相邻的质点而在介质中传播。此时介质质点的振动方向和波动的传播方向相同，这种波称为“纵波”，如图1.1所示。任何弹性介质在体积变化时都能产生弹性力，所以纵波可以在任何弹性介质（固体、液体、气体）中传播。由于纵波的发生与接收都比较容易，因而在工业探伤和动态诊断中得到广泛的应用。本书所介绍的反射波诊断法主要采用纵波。（二）横波固体介质除具有体积弹性外，还具有剪切弹性。固体介质当受到交变的剪切力作用时，将会相应地发生交变的剪切形变，介质质点产生具有波峰和波谷的横向振动，振动又作用于相邻的质点而在介质中传播。此时介质质点的振动方向和波动的传播方向垂直；这种波称为“横波”，又称切变波，如图1.2所示。液体和气体由于没有剪切弹性，所以液体和气体内部只能传播纵波，而不能传播横波和具有横向振动分量的其它波。（三）表面波（瑞利波）固体介质表面受到交替变化的表面张力，使介质表面的质点发生相应的纵向振动和横向振动，结果使质点作这两种振动的合成振动，即绕其平衡位置作椭圆振动，椭圆振动又作用于相邻的质点而在介质表面传播，这种波称为表面波。图1.3为表面波传播示意图。图中示出了瞬时的质点位移状态，右侧的椭圆表示质点振动的轨迹。由图可知，它在固体表面（XZ平面）沿X方向传播。质点在XY平面内作椭圆振动。 二、波动方程设有一自由支承细长杆件受到撞击后任一截面在变形后仍保持平面，则微分单元处的奕变为 （1-1）式中，D为所取截面的位移； 为不同时间t及截面位置x的函数现分析桩内微分时时我在截面ab处的受力， （1-2） 式中A杆件截面积； E材料的弹性模量。而截面ab处的受力则为 （1-3）所以单元上所受不平衡力为 （1-4）不平衡力产生的加速度可按下式求得，即 （1-5）式中 W 单元的重量； g 重力加速度。整理后乃得 （1-6）如令杆件的质量密度为,便得古典的一维波动方程为 或 （1-7）式中C=为弹性波在杆件内的传播速度，这里应区分质点速度V和波速C，如下图1.5所示 质点位移，质点速度V=波位移L，波速C=而应变(上面的)因此：V=C则 EAV=EAC=CF(F=AE) （1-8）F=V 定义： =Z即：Z=CA C=称Z为广义波阻抗（Ns / m） C为波速 m / s E弹模N / m2kPa 桩的质量密度kg / m3 三、弹性波在杆内的传播（一）弹性波在杆的固定端和自由端的反射当杆中传播的应力波到达杆的另一端时将发生波的反射，其情况视边界条件而异，边界条件对于入射波来说，是在入射波波阵面后方的一个新扰动，这一扰动的传播就是反射波，反射波的具体情况应根据入射波与反射波合起来的总效果符合所给定的边界条件而定，对于弹性波来说，入射波与反射波的总效果可按叠加原理来确定。两弹性波相互作用后杆中质点速度V3和应力3分别为 V3 = V1 + V2 3=1+2 （19） 如有V2=V1，则V3=0，3=21，即两波相遇界而处质点速度为零而应力加倍，这相当于法向入射弹性波在固定端（刚壁）的反射。如有V2 =V1，则有V3 = 2V1，3 = 0，即两波相遇界而处应力为零而质点速度加倍，这相当于法向入射弹性波在自由端（自由表面）的反射。（二）弹性波在变截面杆中的反射和透射在变截面杆中，当应力波通过截面积发生突然变化的界面时将发生反射和透射，见图1.6，图中（a）为反射前的情况，（b）为反射后的情况。由界面两侧总作用力相等和速度相等，于是有 AI（I +R）=A2T (110) VIVR =VT由波阵面处动量守恒条件可得： （111）由此联立求解可得 （112）式中的（cA）为广义波阻抗，下标I、R、T分别表示入射、反射和透射。当界面两侧（c）相同，仅由于截而积的变化引起弹性踊的反射和透射的情况下，n =A1/A2.，引入TA = nT，则R = TAI.由于n和TA总为正值，则T必为正，所以透射波和入射波总是正号；F的正负则视A1和A2相对大小而异；当应力波由小截面传入大截面（A1A2即n1）时，反射波的应力和入射波应力同号（反射加载）。但注意，此时由于TA = 2n/(1+n) A2或即n 1）时，反射波的应力和入射波的应力异号（反射卸载），但透射波却强于入射波（TA 1），这是与单纯因波阻抗率（c）不同所引起的反射和透射情况不同之处。（三）弹性波在不同介质面上的反射和透射设弹性波从一种介质（有关各量都用下标1表示），传播到另一种声阻抗不同的介质（有关各量都用下标2表示），传播方向垂直于界面，即讨论入射的情况，当弹性波到达界面时，不论对于第一种介质或对于第二种介质，都引起了一个扰动，分别向两种介质中传播，此即反射波和透射波，只要这两种介质在界面处始终保持接触（既能承压又能承拉而不分离），则根据连续条件和牛顿第三定律，界面上两侧质点速度应相等，应力应相等： VI + VR = VT I+R=T (113)由波阵而动量守恒条件，可把上式化为 （114）与上两式联立求解可得 （115）F和T分别称为反射系数和透射系数，完全由两种介质的声阻抗比值n所确定，显然， 1 + F = T （116）注意，T总为正值，所以透射波和入射波总是同号。F 是正负取决于两种介质声阻抗的相对大小，现他两种情况来讨论：（1）如果n 1，即（c）1 0。这时，反射波的应力和入射波的应力同号（反射加载），而透射波从应力幅值上来说强于入射波（T 1）。这就是应力波由所谓“软”材料传入“硬”材料时的情况（图1.7(a)）。在特殊情况下，当时，就相当于弹性波在刚壁（固定端）的反射，这时，有T=2，F=1。（2）如果n1，即（c）1 （c）2时，则F0。这时反透射波从应力幅值上来说弱于入射波（T3，相对误差=100%2%。此外，图1.11（b）显示，当=0.707时相位差近似与成正比，此时所测波形不会产生畸变，因此传感器的阻尼比一般均取=0.707当传感器为加速传感器时 （1-19）由图1.12可知，只有在1时，所以加速度传感器的固有频率必须很高，故而加速度传感器的体积小，刚度大。此外，若=1，且1时， （1-20）即。这种情况下传感器可传感器速度可作为速度传感器，但要求1，因其频率范围十分狭窄，故一般不用。总之质量弹簧型传感器可制成位移传感器（用在幅频特性曲线的高频段），也可制成加速度传感器（用在低频段），而一般不能制成速度传感器，这就是传感器测振动的基本原理，这种分析基于稳态振动条件下得到的，对于冲击及暂态运动是不适用的。（二）传感器特性参数传感器的技术性能是由其特性参数决定的，主要有：（1）灵敏度S S = 输出信号/输入信号 （1-21）一般要求S稳定，不随频率及环境条件而变。（2）横向灵敏度 即与测量主轴垂直方向上的灵敏度。 S横= 单位横向运动输入产生的输出信号值/S主轴灵敏度100% （1-22） 仪器中均用最大横向灵敏度作标准，一般要求S横5%。（3）动态范围指输出信号与输入信号间维持线性关系时输入信号幅度的容许范围，在选用传感器时这个指标很重要，当然选用时还是考虑后接放大器所允许的最小输入信号。4频率及相位特性即输入输出之间的频率响应函数，它的模的特性即为幅频特性，幅角的特性即为相频特性。幅频特性反映了灵敏度与频率比之间的关系图1.13（a），只有在S的平直区才能正常工作，否则将产生很大误差，这类误差称为频率失真。其工作区域是由传感器本身的结构决定的，且主要由固有频率和阻尼比决定。至于相频特性，则要求相位j与频率比成线性关系图1.13（b） ，否则对复合波形（输入波）就会产生畸变而失真。设 （为常数）。则对任一谐波分量 ，传感器输出为 即对任一谐波分量，传感器输出只是在时间轴上移动一个，故即使输入为复合波形也不会产生波形畸变，故一般仪器均要求阻尼比=0.60.7，此时线性关系较好。（三）速度传感器前面已说明，弹簧型传感器不宜制成速度传感器，而工作上速度传感器常利用电磁感应原理制作而成，其结构如图1.14（a）所示，有三个组成部分，即永久磁铁，磁路和运动线圈，当线圈运动时，产生感生电动势e为 （1-23）其中B空隙内磁通密度（T）（斯特）；L导线有效长度（cm）n相对切割速度（cm/s）。一般B，L为常数，e与v成正比。速度传感器分为相对式（直接接触型）及质量弹簧型（惯性式）。相对式结构如图1.14（b） 所示，一般外壳在空间固定，顶杆直接接触振动物体（靠弹簧压紧），线圈、顶杆与振动物体一起运动，依靠相对速度来检拾感生电动势，故传感器没有相移，可测频率从10Hz开始，其频率上限由线圈、顶杆、弹簧片的质量、刚度和初始压力决定（一般为101000Hz）。这种传感器的可测幅值范围，低频时取决定于结构的最大行程，而高频时取决定于顶针不脱离物体的最大加速度。通常将既满足最大行程又满足最大加速度的频率称为交越频率。这种速度传感器的优点是精度高，输出大，附加质量小、低频特性好，缺点是高频性差、体积大、安装不方便。常用国产仪器有Z2A及CD-2、CD4等，使用该传感器时也用弹簧悬挂起来（或手拿着测试，这时就变为质量弹簧型传感器。而质量弹簧型速度传感器结构如图1.14（c） 所示，线圈由弹簧片悬挂在外壳上，传感器安装在振动物体上，当物体振动时就成为标准的质弹型传感器。注意，这里与图1.10中所讲的质弹型传感器不同，因为它通过二次传感切割磁力线感生电动势，而前者仅利用相对位移来估计速度。国产常用仪器有Z1A及M b14B（英国），在桩基测试中有时也用速度传感器进行测试，但并非主要型式。（四）加速度传感器（1）工作原理多数加速度传感器是利用压电晶体效应制作的。压电晶体效应，是指某些晶体在一定方向上受外力作用或随变形时，它的晶面或极化面上将有电荷产生，利用这种效应制成的传感器，称为压电晶体式传感器，一般制成加速度传感器或力传感器。此类传感器由于产生电荷 ，是属于发电型传感器。加速度传感器由于其有灵敏度高，频率范围宽，动态范围大，重量轻，体积小等优点，故被广泛用在振动测试中（包括桩基测试），可以说是应用最广泛的一种传感器。加速度传感器的结构如图1.15（a）所示，由圆板形压电元件、质量块、弹簧及基础等组成，一般采用两种极性相反的压电晶体固定在基座上，通过弹簧加预压力，当传感器与物体一同振动时，由于质量块的惯性力使压电晶体受压变形，从而产生电荷。电荷量大小与变形成正比，即与惯性力或加速度成正比。另一方面，加速度计随物体振动时其质量弹簧系统产生强迫振动，质量块的相对位移，即压电晶体变形，这又是典型的质弹型传感器。由前所述，系统因有频率必须很高，一般均在万赫以上。设传感器的固有频率为 （1-24）其中，k为压电晶体刚度；E为杨氏模量（N/m2）；D为压电晶体直径；t为压电晶体厚度（m），m为惯性块质量。显然，相对位移压力即压力与被测物加速度成正比，又根据压电效应q=2d33F，d33为压电常数（压缩型），故q=2d33 m 压电片电容（法拉），为介电常数（F/m）压电片开路电压为故电荷灵敏度为（库伦/重力加速度）电压娄敏度为（伏/重力加速度）其中，g为重力加速度，a为被测物加速度。加速度计的幅频特性如图1.13（a）所示，频率范围可在0.5 5000Hz以上，它的上限取决于加速度计固有频率，下限取决于电路参数。制造压电晶体的材料主要有石英晶体和压电陶瓷。石英晶体灵敏度低，但温度特性好；而压电瓷的灵敏度高，但温度特性差。，一般温度升高时灵敏度降低，而温度达一定值时压电效应消失。压电晶体传感器在不同的使用环境下，传感器的性能会受到影响，如温度、湿度、声场、磁场等，特别是温度的影响较大，在声场、磁场下传感器也会有额外的输出。这一点在使用传感器时都要考虑，应尽量排除不利环境。桩基测试环境一般较差，这一点应该引起注意。（2）加速度传感器的安装在振动测试中（例如桩基测试），传感器的安装是个很重要的问题，安装不当将引起很大误差，有时甚至完全失效。I、钢柱螺栓连接法：在传感器与被测物体间用钢柱螺栓连接，种方法最接近于标定传感器的条件，具有良好的频响特性。但安装时由于传感器有弹性，故存在接触刚度问题，相当于增加了一个弹簧，传感器与此弹簧构成一振动系统，该系统发生共振时（接触共振），就会降低频率响应的上限频率，故安装时表面要平整，如不平整，可涂一层硅脂，以增加接触刚度。、绝缘螺栓：即在传感器与物体间要绝缘，一般是垫云母片，螺栓也是绝缘的，云母硬度高，对频响上界只降低15%。、永久磁铁：在传感器与金属物体间加磁铁，此法安装简便，但对加速度的幅值有限制（150就不能用。、粘接剂：用环氧树脂、502胶、双面胶等各种粘剂，这种方法会影响高频特性，一般只适用于低加速度、低频测量；在桩基测试中粘接剂用得很广，一般用黄油、石膏粉、橡皮泥等。、蜡层：用蜡把加速度计粘上，此法频响特性尚好，但温度不能高。、探针：这种方法能即把传感器固定在探针上，而探针直接触振动物体，此法简单，只适用于1000Hz以下的测试。（3）加速度传感器的灵敏度当使用加速度传感器时，必须用电缆将传感器与放大器联结，电缆、仪器输入端都有电阻电容，会影响到传感器的灵敏度。图1.16为其等效电路。实际电压灵敏度 （Sq 为开路电荷灵敏度，r为开路电压灵敏度）。上式表明，电缆及仪器输入端电容会降低灵敏度 。上述灵敏度是静态的，可证明在动态情况下（低频时） （1-25）由上式可见，当被测物体的频率降低时灵敏度降低，小到一定程度就测不出，故有个频率下限。式（1-25）中 称T为时间常数，增大T可扩展低频。实用上一般采用增大仪器输入端阻抗的方法。这意味着要求后接放大器具有高输入阻抗，所以压电传感器是高输出阻抗型的，时间常数愈大频率下限就愈低。至于高频，可证明仪器输入端电压与频率无关。前面在论述传感器频响函数的幅频特性时，曾说明过这是在稳态振动条件下讨论的，对于冲击运动或瞬态运动是不适用的，下面讨论这个问题。冲击的频谱是很宽的，而一般传感器的工作频率区尚不能满足冲击的范围，故会造成传感器的输出波形误差，这种误差称为频率失真。例如对矩形加速度冲击运动，传感器输出电荷理应是矩形，实际上由于T的存在，输入波形中有一部分低频成分不能通过，会造成一些下隆，而且肪冲结束时，传感器仍有输出，而出现负冲击。由图1.17可见，当T愈大则下降愈小，失真也愈小。这种情形对于终端锯齿波、半正弦波的情形也是一样的，只要传感器及后续电缆和放大器输入端的总时间常数足够大，则误差就愈小。例如，如允许误差为，对矩形波来说T应为脉冲宽度的倍，而对半正弦波和锯齿波，则T为的倍和倍。至于压电计的高频特性对冲击测量的影响，由图1.18可见，增加阻尼比对重现波形有利，最佳阻尼比=0.65，传感器固有周期与冲击时间的比值Tn/愈小，则失真也愈小。此外，在高频瞬态加速度作用下，多数压电计会出现零漂达，而石英晶体零漂比较小（见图1.19）。（五）其它传感器在桩基测试中除加速度计、速度计外，还常用力传感器、机械阻抗传感器、应变传感器等。图1.20a为压电晶体力传感器，将其安装在被测物体的受力点上，通过传感器中的压电晶体传递到物体上，因此压电元件产生的电荷量与该力成正比，用此来测量冲击力。这种压电晶体式传感器被广泛用在机械阻抗测试中，其性能与加速度传感器样优越。图1.20b为机械阻抗传感器，即将一个压电晶体传感器与一个压电加速度计组合在一起，具有二种传感器的优点，此传感器可同时输出力与加速度。在振动测试中还有品种繁多的电参数式传感器，它是把振动量转换成电路参数（电容、电阻、电感）的变化，然后把电参数的变化转换成电压的变化，主要有电容式、电感式、电阻式等三大类，由于它们在桩基测试中很少用，这里就不作介绍。国产应变测量传感器（力传感器）主要技术性能指标 1测量范围 8002测量基距 75mm(英寸)3定输出 1.5mv.v4零点输出 4KG（A.C型）12KG（B.D型）6频率响应 2KHZ(A.C型)4khz(B.D型)7精度 0.8%8组桥型式 全桥3509允许供桥电压 10v DC10允许超载 120%11外型尺寸 120mm32mm9.5mm12自 重 40g(A.C) 110G(B.D)13引出电缆 40.15mm屏蔽电缆长1.5mm，带CX16Z2FM1航空插头 三、测振放大器传感器将振动量转变成电量后，必须通过一定形式的放大器放大，才能记录或送入信号分析仪。不同的传感器要求有不同形式的放大器，这里主要介绍与速度传感器及加速度传感器（或力传感器）相配的微积分放大器及电荷放大器。（一）微积分放大器微积分放大器的电路框图如图1.21所示，输入信号经衰减、放大后，进行微积分运算，再经衰减而输出，其微积电路图见图1.22。在积分电路中当电阻的电压与电容上电压满足：，所以 （1-26）上式说明电路输出与输入电压的积分成正比，比例系数是1 / RC。在微分电路中如则 （1-27）上式说明输出电压与输入电压的微分成正比，比例常数为RC。如果在微积分电路中加入运算放大器就成为有源微积分电路（见图1.23）,其优点是信号经微积分后可以有增益，且截止频率范围宽。微积分广大器的特点是：经过微积分放大器后信号变小，且放大倍数随频率而变化。其中积分随频率增加而降低，微分随频率增加而增加，见图1.24。积分电路在测低频时噪声较显著，微分电路测高频时噪声较显著。此外微积分电路有相移，积分电路在-45o-90o,微分电路在45o90o ，微积分放大器一般与与速度传感器相匹配，在振动测试中亦属常用设备的一种。（二）电荷放大器电荷放大器是与压电式传感器相匹配的一种高性能放大器，在桩基测试与振动测试中用得最普遍。其结构则由一个负反馈电容和高输入阻抗高增益的运算放大器组成，它的等效电路如图1.25所示。由Cf反馈来的电荷,其中K为运算放大器的放大倍数（增益）。放大器输入电压是由电荷差（qa-qF）在电容CT两端形成的电位差，即由上式解得由于K1，可得，（1+K）CfCT ，则有 (1-28)即电荷放大器的输出电压与加速度的电荷成正比而与反馈电容反比，且基本上与电缆电容无关，故电缆可以很长，这是电荷放大器的最显著优点之一（它不会改变频率特性和灵敏度），而普通的电压放大器不具有这个性质。实际的电荷放大器为使工作稳定，一般要在反馈电容上跨接电导为g的电阻。可以证明，一般情况下 （1-29）式中，j为虚数。即畏出电压e0不仅取决于电荷qa，且与反馈电路参数和信号频率有关。电路正常工作时信号频率有个范围，可以证明，其频率下界为 (1-30)一般K很大，g i /K可忽略，故频率下界与反馈电容及反馈电导成反比，只要调节Cf、gf,即可调整频率下界，一般电荷放大器的fe接近于零。而频率上界为 （1-31）即频率上界取决于频响特性和电缆电容，电荷放大器亦有相应的调整装置。由于电荷放大器的输入阻抗极高，对噪声敏感，通常50Hz交流声通过分布电容耦合到输入端，同时电缆过长，噪声亦随之升高，所以电荷放大器的输入端一定要屏蔽好且要保持清洁，此外电荷放大器的零漂也较敏感，为减少零漂必须提高输入阻抗和电缆的绝缘电阻。 四、动态测试系统的标定基础结构动态诊断工作对其测试分析系统的精度有较高的要求。实践表明，缺少有效的振动与冲击标定（特别是现场标定，或称标定），是不能实现各项定量诊断要求的。为了完成基础结构动态诊断任务和保证要求的精度，必须准确地确定传感器的参数及其有关的测量系统的性能，这项任务是通过