典型低应变反射波形曲线分析
3 收稿日期:2008203213
文章编号:1001-7291(2008)03-0080-02 文献标识码:B
典型低应变反射波形曲线分析
桂 甜,汪 勃
(江西省高等级公路管理局质量监督站,江西 南昌 330000)
摘要:本文根据大量的工程实例,总结出了完整桩和缺陷桩的几种典型低应变波形反射形曲
线,并对产生这些波形的原因进行了系统的分析。
关键词:低应变发射波法;完整桩;缺陷桩
近年来,随着高层建筑的发展,桩基作为主要承重部分,其质量的好坏倍受关注,桩基的无损检测也获得了广泛应用。低应变反射波法是在20世纪70年代发展起来的,他以方便快捷、成本低、方法可靠等优点应用于桩基的完整性检测。1 原 理
反射波法源于应力波理论,基本原理是在桩顶进行竖向激振,弹性波沿着桩身向下传播。在桩身明显存在波阻抗界面(如桩底、断桩或严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩颈或扩颈)部位,将产生反身波。经接收、放大滤波和数据处理,可识别来自桩身不同部位的反射信息。据此计算桩身波速、判断桩身完整性和混凝土强度等级。
当桩嵌于土体中,将受到桩周土的阻尼作用,桩的动力特性满足一维波动方程。
其波动方程为δ2u δx 2=1c 2?δ2u δt 2式中 c ———是弹性波纵波传播速度,他是由材料常
数ρ和E 所决定的常值:C 2
=E /
P
图1 a 为完整桩波形b 为摩擦桩波形c 为嵌岩端示意图
2 各种完整桩的波形
灌注桩桩型一般分为两种:摩擦桩、嵌岩端承
桩;其在低应变反射波法的。
(1)当桩为摩擦桩时,桩身阻抗大于桩底持力层土层的阻抗,此时桩底反射波速度符号和入射波符合一致,桩底处反射波应力的速度的幅值低于入射波,随着桩底土质变软,(如桩底沉渣)桩底土的波阻抗变得更小,此时除桩底反射波速度符号和入射波符合一致外,反射波幅值也变大。当把桩底土波阻抗小到可以忽略时,则可有:下行的压力波变上行拉力波,入射波全反射,质点速度加倍。(由此说明桩底反射波的幅值变得更大,人们可以利用它定性确定端承桩的沉渣厚薄)。
(2)当端承桩和嵌岩端承桩的桩底岩土波阻抗逐渐增大时,反射波的幅值变小,若桩底岩土波阻抗大于桩身波阻抗时,此时桩底反射波符合与入射波反向。(由此人们利用这一特征可以定性判断桩尖打入坚硬持力层的程度及深度)3 缺陷桩的波形曲线311 施工中造成的断桩波形
图2 a 深部断桩波形b 中部断桩波形c 浅部断桩波形示意图
(1)深部断桩:近似于摩擦桩的沉渣桩桩底反
射,有高幅值的桩间反射,反射波相位与初始入射波
第3期(总第171期)华东公路No .3(Total No .171)
2008年6月20日EAST CH I N A H I GH WAY June 2008
相同,往往可见到2次或3次,但按平均波速算桩长却远比设计桩长要短,或按设计桩长算波速远大于一般桩的波速,如按常规公式2L/△t计算后得到的V
p 达到4300m/s以上,这时就应该考虑到可能是桩基未打到设计的深度,或者是桩在深部有断桩现象。
(2)中部断桩:表现在反射波曲线的多次等周期衰减,反射曲线、反射子波的第一子波相位由于是高阻抗材料传向低阻抗的水、空气或充泥材料,故其相位与桩的初始入射波同相位,而后续波由于从低阻抗的软材料进入高阻抗的硬材料,故其相位表现为与初始入射波相反。我们可以从各反射波的等距峰峰△f值来计算断裂处的度。
(3)浅部断桩:是指桩的断裂部位在5m内,这往往是由于机械开挖或开挖旁侧堆土所致,他的反射波曲线表现形式与桩中间断相似,但峰峰很密,幅更小,有时往往叠加在一个低频包络线上,这是由于受桩身下部的振动或工地50Hz低频影响之故,此类波形的衰减也很慢。
312 成孔事故中造成的缩径或扩径
图3 a缩径桩波形b扩径桩波形示意图
(1)缩径:当桩身出现缩径时,缩径的上界面,其A1>A2,由VR和V I同号,表现为反射波相位与初始入射波同向,但在缩径的下界面,由于,VR和V I为反向,故后续反射波的相位与初始入射波相反。此类由于缩径引起的反射波由于界面波阻抗差异大,故反射波形清晰、完整而直观,如严重缩径者可见到多次反射波。
(2)扩径:扩径桩所引起界面反射波的特征与缩径相反,当扩径的上界面波入射后,表现为,压缩波表现为拉伸波,VR与V I相差一个负号,故第一反射波与初始入射波相反号;当应力波进入扩径的第二界面即底界面时,,VR和V I同号,反射波的后续波与初始入射波表现为同方向,但由于扩径的形态各有不同,其反射波的表现也将有差异,在严重扩径时,也会见到多次反射,而往往下界面的同向反射波表现得更清晰一些。
313 灌注不当造成空洞———离析桩
(1)空洞桩:对于空洞桩,由于空洞上界面是从桩身材料高波阻抗Z1传向低波阻抗Z2的土层中,故桩间的第一反射波相位与入射波同向,但空洞的下端由于软材料低阻抗Z1进入硬材料(桩体)高波阻抗Z2,故其后续波的相位与桩初始入射波反向。对于此类缺陷因空洞的范围大小,而直接影响反射波幅值,但均可见到桩底反射。
(2)离析桩:桩间出现离析或胶结不良的缺陷,从理论上分析与缩颈的类似,即在离析的第一界面反射波的相位与初始入射波相位相同,而在离析的底界面的反射波与初始波相位相反,但由于离析的程度差异及材料密度的不同,往往会引起应力波在这缺陷层面和层间的复杂反射、折射、透射和散射,表现在层间的能量的强吸收,因此在反射波形上表现为波幅值降低,波形较乱,甚至于找不出明显的同向和反向的子波
。
图4 a空洞桩波形b离析桩波形示意图
4 结 论
低应变波反射法在建筑工程中的得到了广泛的应用,本文是对大量工程实践总结的结果,这些曲线可以为我们桩基检测人员提供参考。由于桩及桩周围岩石的关系复杂,在实际检测过程不可盲目照搬,还应根据不同的情况进行判断。
参考文献
[1]JGJ106—2003建筑基桩检测技术规范[S]1北京:人民交通出
版社,20031
[2]DBJ08—218—1996钻孔灌注桩动力测试技术规程[S]北京:
人民交通出版社,19961
2008年第3期桂 甜,汪 勃:典型低应变反射波形曲线分析—81—
应力-应变曲线
混凝土是一种复合建筑材料，内部组成结构非常复杂。它是由二相体所组成，即粗细骨料被水泥浆所包裹，靠水泥浆的粘接力，使骨料相互粘接成为整体。如果考虑到带气泡和毛细孔隙的存在，混凝土实际是一种三相体的混合物，不能认为是连续的整体。[2] 1. 普通高强度混凝土只能测出压应力-应变曲线的上升段，因为混凝土一旦出现出裂缝，承力系统在加压过程中积累的大量弹性能突然急剧释放，使得裂缝迅速扩展，试件即刻发生破坏，无法测得应力-应变曲线的下降段。[1] 2. 拟合本文的高强混凝土和纤维与混杂纤维增强高强混凝土的受压本构方程的参数结果 图3和图4为掺杂了纤维与混杂纤维的纤维增强高强混凝土的压缩应力一应变全曲线，由曲线可以看出，纤维与混杂纤维增强高强混凝土则能够准确地测出
完整的压应力．应变曲线．纤维增强高强混凝土和混杂纤维增强高强混凝土的这两种曲线具有相同的形状啪，都由三段组成：线性上升阶段、初裂点以后的非线性上升阶段、峰值点以后的缓慢下降阶段．[2] 3.[3]再生混凝土设计强度等级为C20，C25，C30，C40，再生骨料取代率100%。标准棱柱体试件150mm*150mm*300mm，28天强度测试结果。
“等应力循环加卸载试验方法”测定再生混凝土的应力-应变全曲线，即每次加载至预定应力后再卸载至零，再次进行加载，多次循环后达不到预定应力而自动转向包络线时，进行下一级预定应力的加载。 再生粗骨料来源的地域性和差异性使再生骨料及再生混凝土的力学性能有较大差别。 4.通过对普通混凝土和高强混凝土在单轴收压时的应力应变分析发现，混凝土的弹性模量随混凝土的强度的提高而提高，混凝土弹性段的范围随混凝土强度的提高而增大，混凝土应力应变曲线的下降段，随混凝土强度的提高而越来越陡，混凝土的峰值应变与混凝土的抗压强 度无正比关系。
混凝土受压应力-应变全曲线方程(描述)
混凝土受压应力－应变 全曲线方程
混凝土受压应力－应变全曲线方程 混凝土的应力－应变关系是钢筋混凝土构件强度计算、超静定结构力分析、结构延性计算和钢筋混凝土有限元分析的基础，几十年来，人们作了广泛的努力，研究混凝土受压应力－应变关系的非线性性质，探讨应力与应变之间合理的数学表达式，1942年，Whitney 通过混凝土圆柱体轴压试验，提出了混凝土受压完整的应力应变全曲线数学表达式，得出了混凝土脆性破坏主要是由于试验机刚度不足造成的重要结论，这一结论于1948年由Ramaley 和Mchenry 的试验研究再次证实，1962年，Barnard 在专门设计的具有较好刚性且能控制应变速度的试验机上，试验了一批棱柱体试件以及试件两靖被放大的圆柱体试件，试验再次证明，混凝土的突然破坏并非混凝土固有特性，而是试验条件的结果，即混凝土的脆性破坏可用刚性试验机予以防止，后来由很多学者（如M.Sagin ，P.T.Wang ，过镇海等）所进行的试验，都证明混凝土受压应力－应变曲线确实有下降段存在，那么混凝土受压应力与应变间的数学关系在下降段也必然存在，研究这一数学关系的工作一刻也没有停止。 钢筋混凝土结构是目前使用最为广泛的一种结构形式。但是，对钢筋混凝土的力学性能还不能说已经有了全面的掌握。近年来，随着有限元数值方法的发展和计算机技术的进步，人们已经可以利用钢筋混凝土有限元分析方法对混凝土结构作比较精确的分析了。由于混凝土材料性质的复杂性，对混凝土结构进行有限元分析还存在不少困难，其中符合实际的混凝土应力应变全曲线的确定就是一个重要的方面。 1、混凝土单轴受压全曲线的几何特点 经过对混凝土单轴受压变形的大量试验大家一致公认混凝土单轴受压变过程的应力应变全曲线的形状有一定的特征。典型的曲线如图1所示，图中采用无量纲坐标。 s c c E E N f y x 0,,=== σ εε 式中，c f 为混凝土抗压强度；c ε为与c f 对应的峰值应变；0E 为混凝土的初始弹性模量；s E 为峰值应力处的割线模量。 此典型曲线的几何特
真应力-真应变曲线
真应力-真应变曲线(true stress-logarithmic strain curves) 表征塑性变形抗力随变形程度增加而变化的图形，又称硬化曲线。它定量地描述了塑性变形过程中加工硬化增长的趋势，是金属塑性加工中计算变形力和分析变形体应力-应变分布情况的基本力学性能数据。 硬化曲线的纵坐标为真应力，横坐标为真应变。试验时某瞬间载荷与该瞬间试件承力面积之比称真应力(或真抗力，即真实塑性变形抗力)。硬化曲线可用拉伸、扭转或压缩的方法来确定，其中应用较广的为拉伸法。根据表示变形程度的公式不同，用拉伸图计算所得硬化曲线有3种，如图1所示。第1种是S-δ曲线，表示真应力与延伸率之间的关系。第2种是S-φ曲线，是真应力与断面收缩率的关系曲线。第3种是S-ε曲线，是真应力与对数变形之间的关系曲线。由于φ与ε的变化范围为0～1，所以第2、3种硬化曲线可直观地看出变形程度的大小，使用时较为方便。 S-δ曲线的制作先作圆柱试件拉伸试验获取拉伸图(拉力P与试件绝对仲长Δl的关系图)，如图2a所示。然后按下述方法计算出曲线上各点的真应力S和对应的断面收缩率φ，根据所获数据绘制S-φ曲线，如图2b所示。
按式(4)与(6)可求出试件出现细颈前的那段曲线，因为该曲线的变形沿试件长度上是均匀的，符合体积不变条件。 当拉伸力达最大时，变形迅速集中并形成细颈，细颈部位受三向拉仲应力作用而逐渐变小，最终发生破断。由于形成细颈后变形发展得极不均匀，每瞬间参加变形的体积不知，故不能用公式计算这个阶段中曲线上任意点处的应力与应变；实用中只能按细颈中断口部位面积F f及断裂时的拉伸力P f来算出断点处的真实断裂应力S K及真实断裂应变φK，然后将该点与出现细颈前所算出的点，用光滑曲线联结即可组成一条完整的曲线(图2b)。
钢筋之应力-应变曲线
二第一章绪论 (1) 1.1 前言................................................................................................... .1 1.2 研究动机.. (2) 1.3 研究目的 (3) 第二章旧桥柱试体.................................................................................4 2.1 桥梁设计规范 (4) 2.1.1 公路桥梁工程设计规范.............................................................4 2.1.2 公路桥梁耐震设计规范.............................................................5 2.2 圆形旧桥柱试体................................................................................7 2.2.1 试体设计.. (7) 2.2.2 BMCL100试验观察.................................................................9 2.2.3 BMCL50试验观察.................................................................10 2.2.4 BMC4试验观察.....................................................................11 2.2.5 圆形旧桥柱试体破坏状况比较.....................................14 2.2.6 圆形旧桥柱试体侧力-位移图比较................................15 2.2.7