PDA高应变讲义

(注意单位!)
– 入土桩长 LP （用于CAPWAP分析） – 均匀桩身或非均匀桩身---桩身阻抗变化
一般桩身材料参数
SP
英制
k / ft3 Steel 0.492 Concrete 0.150 Timber 0.040 to 0.080
EM
WS
k / in2 ft / s 30,000 16,810 3,500 to 7,000 10,000 to 15,000 1,000 to 4,000 10,000 to 15,000 m/s 5,123 3,000 to 4,500 3,000 to 4,500 m/s 5,123 3,000 to 4,500 3,000 to 4,500
– 压阻式PR加速度传感器
用于钢对钢的冲击 (也可用于混凝土桩)
PE加速度传感器具有高共振频率，而无阻尼 PR加速度传感器具有低共振频率，带有阻尼
桩顶下2 倍桩径处
传感器安装需要注意
远离非均匀处 (如接桩、焊接处或面积变化处; 最好在其 下大于1 D) 避免安装至“裂缝”处 (缝隙会产生错误的应变读数) 处于地面或水面以上 接头处于水面以上 复合桩（如充填混凝土管桩）是否需要切割窗口
+
T
V V+
质点速度
力
-
ε = δ / ∆L = v ∆t / c ∆t T T+∆t
ε= v /c
δ = v ∆t
•
•
∆L = c ∆t
σ=Eε=v E/c F = σ A = EA ε = v EA / c F = v EA / c
应变的比例性或FT1和VT1成比例
对于下行波 对于上行波
ε=v/c ε=-v/c
极端状态2---一端固定一端自由
F v
+F +v
+F -v
(向上)
固定端
固定端速度为零，桩底和桩顶力加倍
静载试验
测试系统要求：灵活、小型化
• 不同的桩基类型
锚桩反力
堆载反力
• 不同的桩基尺寸
• 需要运输至现场
在瞬态荷载作用下，使桩土 体系产生一定的塑性变形， 其应变水平大于或等于静载 试验的动力试桩称为基桩高 应变动力试桩。 距离桩顶一定距离对称安装 力传感器和加速度传感器， 量测并记录桩土系统的动力 作用响应信号。
F = -Zv
ZV = ZV + ZV
ZV = F - F
下行波 F = （F + ZV）/ 2 上行波 F =（F – ZV）/ 2
易打阶段
+F +v
-F +v
力接近零
自由端
难打阶段
+F +v
+F -v
固定端
易打阶段 难打阶段 下行波 = ( F + Zv ) / 2 = WD 上行波 = ( F - Zv ) / 2 = WU
米制
Steel Concrete Timber
平均波速WS的确定
峰值
起跳点
起跳点-起跳点法 峰-峰法
起跳点-起跳点法 峰-峰法
数据采集时应记录如下信息，便于以后计算分析 – – – – – – – – – 桩号、工程名 、复打和初打日期 锤击信息，如锤重、落高 所需的承载力 (极限值还是设计值) 打入桩的垂直或倾斜情况 工程地质情况，如土层性质、分层及其力学性质 目测桩身材质情况 施工或测试中的一些不寻常情况 静载试验结果及日期 锤击数或每击贯入度
高应变试验
打桩监控试验
基桩动测
• 由实测应变 ( ε )得到力F • F (t) = E A ε (t)
———F ---------Z.V
• 由实测加速度得到速度V
V (t) = ∫a(t) dt
试验目的
单桩竖向极限承载力 保证（或试验）承载力---未充分激发 桩身结构完整性 打桩监控 桩身锤击应力状态及其分布---压应力和拉应力 桩身锤击能量传递比---桩锤实际传递给桩的能量 承载力时间恢复系数---初打试验与复打试验
Pile Properties
E 28.7 m AR 1938.44 cm^2 EM 39486 MPa SP 23.6 kN/m3 WS 4053.8 m/s EA/C 1888 kN-s/m 2L/C 14.10 ms C 0.55 [] P 21.3 m
F = Zv
Sensors
F1: [] 104 (1.04) A1: [] 1111 g's/v (1) C LIP: OK F1/F2: USE 2 STRAIN V1/V2: USE 2 AC C ELS
+F +v
-F +v
自由端
桩底力为零，桩顶和桩底速度加倍
极端状态2---一端固定一端自由
冲击作用产生 向下传播的压缩波 (+F = +Zv) 固定端运动速度为零 +F +v +F -v 产生上行的压缩波 (+F = -Zv) 固定端 +F +F = +2 F 固定端 R > 2F
(向上)
+v -v = 0
– 应力波 – 振动与波动
反射波
– 波阻抗 – 反射系数 – 自由端和固定端反射波
■
基本假定：一维、弹性、连续、杆
应力波概念和基础知识
一均匀弹性直杆的一端（如左端）受到锤击作用，使直杆 左边质点向右，直杆最左边一层产生压缩弹性力阻拦从左 边跑来的质点，并给予跟最左边一层相邻的右边质点以朝 左的速度。因此变形将在最左边的一层中消失，而在紧挨 着的右边一层中产生，这样杆最左端受到的扰动就由近及 远向右边传播过去。这种扰动传播现象称为应力波。 扰动引起介质质点运动方向与应力波的传播方向一致，称 为纵波---压缩扰动和拉伸扰动。 介质质点运动方向与应力波的传播方向垂直，称为横波--剪切扰动。 介质质点纵向运动和横向运动耦合起来的应力波---表面波。
公制
Steel Concrete Timber
kN / m3 Mpa 77 210,000 24 24,000 to 48,000 6.5 to 13 7,000 to 28,000 T / m3 7.85 2.45 0.7 to 1.4 T / cm2 2,100 240 to 480 70 to 280
FMX VMX FVP QNV QNV QNV QNV QNV QNV 5164 2.70 1.0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 kN m/s [] [] [] [] [] [] []
F = F + F
V = V + V
ROJEC T: EX6; SEATTLE; DAMAGE ILE NAME: EX-6 DESC R: K45;24"OC T/15VOID A1+F1 OPERATOR: ILE: C APWAP1 1990-11-20 15:14:00 Blow Number 15
波动与振动
在波动过程中，沿波传播方向， 后一被扰动的质点的振动相位总 是滞后于相邻的前一个被扰动的 质点，这是波动的一个重要特征。 如果介质所有质点振动相位都相 同，则为全部质点作整体的振动， 而不是波动。波动过程中介质中 各个质点都只在各自平衡位置附 近作振动，它们并不随波动过程 传到远处，被传播的只是扰动状 态，而不是振动的质点。因此
复打 - 1 天 (粘土)
V.Z = -R/2
R
-F=R/2 vdown =-R/2Z
“固结”
高应变现场试验
高应变动力检测 打桩监控试验
试验仪器 PDA包括两种类型：PAK和PAL PAL---PAL-L和PAL-R
采集及分析软件
PDA-W
CAPWAP
试验准备---桩头处理
打入桩---一般无需特殊处理
培训内容
PDA基桩高应变动力检测关键技术及曲线拟合 基桩无损试验技术全面解决方案
PDA 基桩高应变动力检测技术
韩 亮
欧美大地仪器设备有限公司 部门经理 岩泰高新技术顾问有限公司 总经理
提纲
高应变动力检测基础知识 高应变动力检测现场操作 实测数据分析 数据解释及计算 CASE法 CAPWAP法 实例分析
冲击作用产生 向下传播的压缩波 (+F = +Zv) +F +v (向下) -F +v (向下) 自由端 +F -F = 0 自由端受到的力为零 自由端反射向上传播的拉伸波 (-F = +Zv)
v +v = +2 v
自由端 R=0 桩端向下运动，2L/c时刻拉动桩顶向下
极端状态1---两端自由
F v
◆主要目的：承载力单桩竖向承载力
波动传播
桩顶
桩底
C
力
V
+
质点速度
+ -
T
力
V
-
质点速度
波动传播 下行波
桩顶 桩底
C+
力
V+
下行波
+
F+, V+ ( F-, V- ) (同号) F = Zv
质点速度
+
波动传播 上行波（反射）
桩顶 桩底
上行波 F+, V-
V
质点速度
C
力
+
F-, V+
(反号) F = - Zv
灌注桩---需制作桩帽 桩帽截面尺寸与原桩身相同，高度一般1~2D 去除桩顶软弱混凝土，露出新鲜砼面并凿平； 将所有主筋接至顶端，各主筋处于同一高度； 使用钢板护筒，顶部设置3层钢筋网片，间距 100mm；网片下每隔100mm设置箍筋； 混凝土强度等级比原桩身至少提高1个等级且不低 于C30。
传感器安装
Vr=-RVi
反射系数
R=（1-n）/（1+n） n=Z1/Z2
当n>1即Z1>Z2时，R为负，反射波引起的质点速度与入射 波引起质点速度同号，反射波应力与入射波应力异号； 当n<1即Z1<Z2时，R为正，反射波引起的质点速度与入射 波引起质点速度异号，反射波应力与入射波应力同号；
极端状态1---两端自由
锤重、锤垫及落高
• 对于摩擦桩来讲，锤重最低为Qu的1% 一般为Qu的1.5~2% • 锤垫厚度一般约50mm（胶合板为佳）
• 根据实测应力情况控制落高，不能出现有 破坏性的应力；重锤低击原则
CT
交流电干扰---使用直流电供电
数据采集时传感器安装对信号的影响
V1 安装倾斜降低幅值
平均的力成比例且合理，2个力传感 器可以补偿较大的偏心
对称且同一检测截面 垂直安装 加速度传感器极性
至少2个应变传感器，补偿偏心影响
– 沿轴中心对称安装 – 若要评价两个方向的偏心情况，需要4个应变传感器
使用膨胀螺栓和量板钻孔固定应力环加速度计，两 传感器间距5~10cm
加速度传感器 – 压电式PE加速度传感器
通常坚固耐用 用于一般情况 (混凝土桩或钢桩)
数据质量
实测数据问题一般出自下列方面
– – – – – – 传感器问题 电缆问题 传感器安装问题 桩身存在严重缺陷 传感器标定系数问题 判断问题
锤击过程如果对中不好会产生严重的偏心
两道速度曲线一般重合性较好
即使大的偏心，两道速度曲线一致性很好
现场试验输入参数
桩身参数 (传感器位置)
– – – – 面积 “直径” (传感器位置和周长) 测点下桩长 材料参数
质量密度 SP 弹性模量 EM 平均波速 WS EM = ρ c2 = (SP / g) WS2
波动与振动密切相关，但两 者是两种不同物质运动形式， 不可混为一谈
反射波
波阻抗 Z=ρAC=EA/C 其中：A横截面积 ρ质量密度 E弹性模量 C平均波速 阻抗的变化是反射波的基础和前提
反射波
应力波在阻抗变化界面上反射 根据连续条件，界面两侧质点速度相等 Vi+Vr=Vt 根据牛顿第二定律，界面两侧应力相等 σi+σr=σt 通过推导，可得σr=R σi
基础知识
基本概念 桩的基础知识 基本试验过程
桩基类型
• 钢桩
• H型
• 钢管桩 (端部开口或闭口) • 混凝土桩 ( 预应力或常规的钢筋混凝土桩 ) • 木桩 • 复合桩
• 沿桩长均匀材质 (充填混凝土管桩)
• 沿桩长不均匀材质 • 钻孔桩和螺旋钻孔桩
基本概念
应力波概念及基础知识
FT1 = VT1 x EA/c
桩身阻抗 “EA/c” = ρ c A = “Z”
W U ( 6500) W D WU
-------WD
桩身中任意点的力和速度 都是上行波和下行波的叠加
TS: 102. 4 TB: 0. 0
Project Information
Quantity Results
F = WD + WU V = ( WD - WU) / Z
冲击作用 下行压力波 +F=R/2 vup = -R/2Z R (+F = +Zv) 激发的土阻力 (R) 结果下行拉力波和上行压力波， 数值均为R/2
-F=R/2 vdown
=-R/2Z
初打
F = +R/2
R
+F +v +F=R/2 vup = -R/2Z