第二天-1-高应变测桩中的波动力学

高应变测桩中的波动力学,AlternativeforcetransducerorF=ma可转换的力传感器,高应变测试数据采集,钻孔用于安装56mm尺寸的膨胀螺栓。对于混凝土桩，使用钻孔样板以保持力传感器与加速度计的间距，然后安装锚栓。,管桩测试,近岸处钢管桩测试,AMX,SX1,SX2,a1(t)a2(t),oneoneachside,平均的力与速度,DMX传感器处（可近似为桩顶）最大位移,DFN最终贯入度,d1fin,FMX最大锤击力,传输的能量EMX,WR,ER=WRh额定锤击能量制造商的评级,MaxET=F(t)v(t)dt(ENTHRU,EMX)T=ENTHRU/ER(传输效率),测量力F(t)速度v(t),从采集曲线中看下行波和上行波,FdorWd;FuorWu,低应变测试：首波过后力为零，上行波波速为负值,计算桩身内力第1步，先得到下行波及上行波,L,2L/c,t=0,L/c,上行波,下行波,传感器下力波的叠加,X,Fx=Fu2+Fd3,下行波波峰到达X处，此时上行波经过2（L-X）/C时间后，上行波到达X处，上行波力等于Fu2。此刻X处为波尾，即为Fd3。此刻桩身内力即为上下行波力的叠加。,拉应力计算上行波,拉应力计算下行波,FTX=minFdminFu(拉力压力在下一个2L/c时段内),全时程记录中桩身最大计算拉力，考虑下行的拉力波时：Fd,max-tension+Fu,min-comp.CTX=MaxCTNTSX=CTX/AR,CTX桩身最大拉力,TSX最大拉应力,规范:容许打击应力,USA(AASHTO)钢桩：屈服强度Fy的90%；混凝土桩：压应力（轴向抗压强度fc的85%-预加应力）；拉应力（预加应力+轴向抗拉强度的50%）拉应力（RR）：钢筋屈服强度的70%。,反射是因阻抗变化,在阻抗变化处反射,2L/c,t=0,L/c,Z2,Fd2,Fu1,Fd,1,2x/c,Z1,A,B,FA=FB:Fu,1+Fd,1=Fd,2vA=vB:vu,1+vd,1=vd,2,2ndequation:(Z2/Z1)(Z1vu,1+Z1vd,1)=Z2vd,2with=Z2/Z1:(-Fu,1+Fd,1)=Fd,2=Fu,1+Fd,1=(Fu,1+Fd,1)/(-Fu,1+Fd,1),x,阻抗减少估算解（无侧摩阻力）,Z1,Z2,Fu,1,Fd,1,Fd,2,Fu,1是反射波，表征了截面减少（或损伤）的程度。,Fu,1=(Ft3-Zvt3),Fd,1=(Ft1+Zvt1),桩基损坏的例子,Fu,1=(Ft3-Zvt3)=-650,Fd,1=(Ft1+Zvt1)=2863,Beta=2863+(-650)/2863(-650)=0.63,考虑土阻力的阻抗减少量,1979年公式:BETA=(1a)/(1+a),阻抗减少,考虑土阻力时PDA手册公式（估算解）=(Fd,1-1.5Rx+Fu,1)/(Fd,10.5Rx-Fu,1),=(Fd,1-1.5Rx+Fu,1)/(Fd,10.5Rx-Fu,1),Fd,1=4816kNFu,1=-351kNRx=1237*2=2474=0.192,4816,1237=Rx/2,-351,4816-3711-3514816-1237+351,低应变中的缺陷反射,完整性：用于均质桩的BTA方法查找上行波的局部减少量80为主要损坏60为断桩可能产生错误的原因故意用于非均质桩；弯曲、杂波；桩底位置设定错误；长摩擦桩土阻力卸载。通常直接看完整性系数判定完整性类别。,PDA测试，数据解释,桩顶,桩底,损坏,破坏的桩60,从长远的角度来说，对于破坏的桩，只有破坏点以上的桩侧摩阻力有效（通常很小），端阻力无效、不可靠。对于破坏的桩，承载力无意义。系数总体来讲高估了Z2/Z1，实际情况是下部截面积更小。,系数计算的局限性,仅适用于均质桩；对多个主要损伤的探测产生了可疑的结果；对开裂或接头损坏的评价不符合系数基本推导原理渐进的或非常短的阻抗变化不符合系数推导原理；由于测量的不精确性（例如弯曲），PDA仪器有可能产生错误的损伤判断。,PDA承载力监测,基于刚体模型的1965年公式:Ru=F(to)-mpa(to)to桩顶质点速度为零的时刻，无阻尼。,to,Case法公式,后来在1968年，我们推导出了基于弹性桩假设的Case法公式，考虑桩中波的传播以及理想塑性土阻力。下面是简要的推导。,TheCaseMethodEquation,RTL=Fu,2+Fd,1or:RTL=(F1+Zv1+F2-Zv2),F1与V1桩顶在t1时刻的力与速度；F2与V2桩顶在t2时刻的力与速度；t2=t1+2L/cRTL为桩总阻力，包括动阻力与静阻力，侧摩阻力与端阻力。总阻力在t1时刻后2L/c时间段内发挥出来。,RTL=Fd,1+Fu,2Fd,1t1时刻下行波力；Fu,2t2时刻上行波力。,F=5450kN,F=50kN,F=2,820kN,F=2,730kN,RTL=5,450+2,730=8,180kN,静阻力等于总阻力减去动阻力,RS=RTL-RD,RD=JvvkN/m/sm/s,无量纲化:,Jc=Jv/Z.Case阻尼系数因此RD=JcZv,RD=JcZvtoe,Case法中，我们使用桩尖速度计算动阻力，它包含了阻力影响。,桩尖速度,2L/c,t=0,L/c,Ri,-Ri,RB,Ri,RB,桩尖速度:由于冲击波=2Fd,1/Z由于阻力=-(Ri+Ri+RB)/Zorvtoe=(2Fd,1RTL)/Z,Fd,1,-Fd,1,Ri,x/c,Case法静阻力,Rstatic=RTL-RDRstatic=Fu,2+Fd,1-Jc(2Fd,1Fd1Fu,2)Rstatic=(1Jc)Fd,1+(1+Jc)Fu,2,总阻力=静阻力+动阻力,Rstatic=(1Jc)Fd,1+(1+Jc)Fu,2,RTL=5,450+2,730=8,180kNForexamplewithJc=.3Rstatic=(1-.3)5,450+(1+.3)2,730=7,350kN,RXi.,第1个速度峰值后任意时刻，计算静阻力Rstatic：选择最大的静阻力Rstatic（JC=i）,RAU,RA2,Fd1=2,800kN,Fu2=2,800kN,2L/c,当Fd1=Fu2时;Rstatic=(1Jc)Fd,1+(1+Jc)Fu,2orRstatic=2Fd,1RA2,对桩摩阻力的修正。,Case阻尼系数怎么选取？,通常，我们根据CAPWAP法计算结果或静载试验结果确定Case阻尼系数。JC通常在以下值之间变化；纯净砂采用0.4；粘土采用1.0。,桩侧摩阻力及桩端阻力,2L/c,t=0,L/c,R,-R,RB,R,RB,Fd,1,-Fd,1,R,有侧摩阻力桩的桩顶力与速度,.它的上下行波,Ri上行的阻力波,PDA估算的侧阻力,谷底不确定：推算上行波！在总阻力时屈服；扣除阻尼即得静侧摩阻力。,1个案例：PDA承载力结果终锤时,PDA承载力结果复打，第1锤,复打，第2锤,复打，第4锤,在这个例子中ks=1，最新软件中改变为0.5。,CFB=RMXSFT=WD1+WU2SFT=2549+1609702=3456,因有桩端弹限，最大桩端应力有时间延迟。,回到Case法，哪里是桩底？,Case法对卸载的修正：RSU应力波到达桩底前，桩顶就回弹。,Lostfriction?,RSU,RUICase法承载力修正,t-vzero,t-vzero,Lostfriction,RSU(J=0)=RTL(time0)+LostFrictionReduceRSU(J=0)usingdampingapproach,修正Hiley或实测能量公式,us,Ru,Rstatic,qs,Set,DMX,EMX=Ru(DMX)-(DMX-Set)EMX=RuDMX+SetRu=2EMX/(DMX+Set)修正Hiley或实测能量公式EMX是损失后的能量（即有限传输能量）；DMX-Set为弹性变形；Set（DFN）为最终贯入度。,QUS测量能量公式QUS=2(经验系数)EMX/(DMX+SET),承载力考虑因素,测量桩顶力与速度给出了阻力大小与位置的信息；在冲击过程中阻力随时间变化，需要正确选择Case法；阻尼在冲击开始时最大，在冲击过程中随时间逐渐减小；确定阻尼须考虑土质类型；Case法必须得到CAPWAP法或静载试验支持。,我们为何需要Case法？,除CAPWAP分析的锤击信号外，用Case法计算其它所有锤击信号的承载力；但是，Case法总是需要CAPWAP计算结果或静载试验结果来比对以获得正确的阻尼参数。,总结,带有应力波的PDA测试提供信息有：动应力；桩完整性；承载力。PIT测试提供相似的信息，但是，冲击后力为零。,结束,有问题吗?,研习班:给重要的PDA输入参数命名,研习班:给重要的PDA输入参数命名,AR,LE,EM,WS(SP,WC)JC校准记录A1,A2,F1,F2数量采集频率(5,000;10,000;.),记得吗?,由应变测量值得到力Forcefromstrainmeasurement速度Velocity能量Energy波速WaveSpeed阻抗Impedance比例关系Proportionality上行波Waveup下行波Wavedown,记住,由应变测量得到力Fm=mEMAR速度Velocityvm=amdt能量EnergyEt=Fmvmdt波速WaveSpeedc=(E/)orWS=EM/(SP/g)阻抗ImpedanceZ=EA/corZ=EM*AR/WS比例关系ProportionalityFd=vdZFu=-vuZ上行波WaveupFu=(F-Zv)下行波WavedownFd=(F+Zv),Remember,Case法总阻力:RTL=Case法静阻力:Rstatic=下列名称均含3个字母:从上行波中计算的拉应力；从上行波或下行波中计算得到的最大拉应力；桩尖计算压应力。,Remember,CasetotalresistanceRTL=Wd1+Wu2CasestaticresistanceRstatic=RTLJc(2Wd1RTL)Rstatic=(1-Jc)Fd1+(1+Jc)Fu23-letternamesofthefollowing:Computedtensionstressfromwaveup:TSNComputedmax.tensionstressfromeitherwaveuporwavedown:TSXComputedcompressionstressattoe:CSB,问题:如果没有比例性，可能原因是什么？,?,Question:Ifthereisnoproportionalitywhatcouldbethecause?,Measurementswrong?Calibrations?Transducers?PileNon-Uniform?Highresistancenearsensors?Pileproperties(WS,AR)?Other?,问题:如果横截面积AR偏差了10%，结果影响如何？,比例值承载力传输的能量应力完整性速度,位移,问题:如果横截面积AR偏差了10%，结果影响如何？,比例值?0%承载力?10%传输的能量?10%应