泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺樁完整性的方法
2023-04-24 11:14:06 1
泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺樁完整性的方法
【專利摘要】本發明公開了一種泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺樁完整性的方法。本發明包括如下步驟：步驟1.數據的採集；步驟2.通過泛頻響函數法分析採集到的數據；步驟3.判斷高承臺樁基樁樁長和完整性；具體通過在受測基樁正上方的承臺頂面激振，獲得樁身上部某位置的速度信號和力信號，並利用泛頻響函數法計算該位置的泛頻響函數以分析樁身的完整性。當在基樁承臺頂面激振時，對於基樁某一位置而言，先產生下行波，而後經樁底（缺陷）反射形成上行波，上行波相對於下行波的變化僅與該位置以下的樁-土相關，上行波的傅立葉變換除以下行波的傅立葉變換得到泛頻響函數，利用該泛頻響函數評價該位置以下樁身的完整性，能夠消除上部結構的影響。
【專利說明】泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺粧完整性的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及既有建構築物下高承臺樁完整性檢測技術，具體涉及一種泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺樁完整性的方法。
【背景技術】
[0002]高承臺樁基礎是橋梁、碼頭等工程中常見的基礎形式，近年來，世界各國自然災害頻發，在每次較大規模的災害如破壞性地震、滑坡、海嘯發生後，受災地區的很多橋梁、碼頭會遭到不同程度的破壞和損傷，這些破壞和損傷不僅發生在橋梁及碼頭上部的結構物中，同時也會發生在下部的基礎部分。另一方面，由於橋梁、碼頭樁這類高承臺樁基礎的部分樁身出露於地表，容易遭受人為事故的破壞和損傷，例如車輛、船舶撞擊及爆炸衝擊等。在這些自然災害或人為事故發生後，需對其安全性進行檢測評估，而高承臺樁基礎的大部分樁身位於地下(水下)，具有隱蔽性和複雜性，其檢測評估相對上部結構物的評價而言，具有更高的難度和技術要求。
[0003]基樁質量常規檢測手段包括單樁靜載荷試驗、低應變反射波法、聲波透射法、鑽孔取芯法四類，採用常規檢測方法時通常要求樁頂為自由端，而對於在役的高承臺樁，常規方法很難操作。此外，針對既有建築物基樁檢測的旁孔透射波法，檢測時，需要在樁側附近鑽孔且每根樁需要檢測數十甚至數百個測點，其檢測效率相對較低，成本較高，不適用於較大面積的質量普查，特別是對於水上的碼頭及橋梁樁，實際操作較難，而對於較長的樁，鑽孔傾斜將導致不可靠的測試結果。
[0004]因此研究一種能在不損壞上部結構和樁身的前提下，有效消除上部結構對測試結果的影響，將複雜結構系統下的基樁轉化到單樁測試模式下進行檢測分析的方法，對災後橋梁、碼頭等建構築物基礎安全性能的準確客觀評定有著較大的現實意義。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺樁完整性的方法。即不損壞基樁和上部結構物，就能檢測出基樁樁長和完整性的方法。
[0006]本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下:
[0007]步驟1.數據的採集；
[0008]步驟2.通過泛頻響函數法分析採集到的數據；
[0009]步驟3.判斷高承臺樁基樁樁長和完整性。
[0010]步驟I所述的數據的採集具體如下:
[0011]1-1.在受測基樁的樁身一定位置對稱地安裝兩組傳感器；
[0012]每組傳感器包括一個加速度傳感器和一個應變傳感器，通過導線將兩組傳感器連接至動態數據採集和分析儀；且其中一組中的加速度傳感器作為採樣觸發器；
[0013]所述的兩組傳感器的安裝方向與受測基樁軸向一致；安裝位置為檢測面的位置，且檢測面距承臺底面的距離大於1.5m ；
[0014]1-2.用激振錘在受測基樁正上方對應的承臺頂面豎向激振，採樣觸發器被觸發，然後兩組傳感器採集數據信號，並將信號傳遞給動態數據採集和分析儀進行同步顯示和存儲；其中加速度傳感器採集樁身檢測面位置處的加速度信號，應變傳感器採集樁身檢測面位置處的應變信號；
[0015]若步驟1-2兩組傳感器採集到的加速度信號和應變信號的吻合程度差異較大，則調整激振位置重複採集；若波形出現異常導致無法判別採樣質量好壞，則多次採集並存儲；所述激振錘的激振位置為受測基樁截面中心對應的承臺頂面位置。
[0016]步驟2所述的通過泛頻響函數法分析採集到的數據，具體如下:
[0017]2-1.將採集的加速度信號和應變信號轉換為速度信號(V)和力信號(P); [0018]2-2.獲取檢測面位置的泛頻響函數；
[0019]將步驟2-1得到的速度信號V和力信號P，結合檢測面位置處樁身截面力學阻抗ζ,得到泛頻響函數如下:
[0020]
K 柄 ￥, V 敕—DFT(h 行波)—pEIikzf!)]
X P 1 DFT( KfT*) — DFT[(/? + zv)]
[0021]其中，DFT表示離散傅立葉變換；
[0022]2-3.計算檢測面以下樁段頂在模擬半正弦脈衝下行波輸入後得到的上行波曲線.[0023]上行波曲線=IDFT[泛頻響函數XFT (模擬半正弦脈衝下行波)]
[0024]其中，IDFT表示離散傅立葉逆變換，FT表示傅立葉變換。
[0025]步驟3所述的判斷高承臺樁基樁樁長和完整性，具體如下:
[0026]3-1.計算高承臺樁檢測面以下樁長:
[0027]根據上行波曲線樁底反射信號計算高承臺樁檢測面以下樁長H:
[0028]H = tXc/2
[0029]其中，t表不樁底反射信號出現的時刻；c表不樁身一維縱向應力波傳播速度；
[0030]3-2.判斷高承臺樁檢測面以下樁身是否完整:
[0031]若上行波曲線在樁底反射出現之前有其他反射信號，則說明檢測面以下樁身存在缺陷，並計算缺陷位置L:
[0032]L = tdXc/2
[0033]其中，^表示缺陷反射信號出現的時刻；
[0034]若上行波曲線在樁底反射出現之前未出現其他反射信號，則說明檢測面以下樁身完整。
[0035]本發明的有益效果是:
[0036](I)本方法能在不破壞上部結構和樁身的情況下，完全消除上部結構對樁身完整性檢測的影響，使得待測樁從複雜結構中「隔離」出來，對隔離後的單樁問題容易參照傳統的單樁一維振動問題進行分析評價，大大降低了問題的難度，提高了檢測結果可靠性；
[0037](2)不需要鑽孔等複雜施工，操作簡單方便，經濟成本較低，同時不會對在役基樁產生損傷，能夠在需要大量普查的工程中推廣採用；[0038](3)高承臺樁(如橋梁、碼頭樁)的部分樁身暴露在地面(水面)以上，特別適合於採用本方法進行測試分析，對於其他既有結構物下的低承臺樁基，如果通過在樁身周圍開挖，使其一部分樁身側面暴露，也可以採用上述方法進行檢測和評價。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為本發明檢測結構示意圖；
[0040]圖2為本發明中兩組傳感器安裝示意圖；
[0041]圖中，激振錘1、承臺2、導線3、動態數據採集及分析儀4、受測基樁5、應變傳感器
6、檢測面7、加速度傳感器8、地基土 9、相鄰基樁10。
【具體實施方式】
[0042]以下結合說明書附圖對本發明方法作進一步說明:
[0043]如圖1、圖2所示，泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺樁完整性的方法，具體包括如下步驟:
[0044]步驟1.數據的採集；
[0045]步驟2.通過泛頻響函數法分析採集到的數據；
[0046]步驟3.判斷高承臺樁基樁樁長和完整性。
`[0047]步驟I所述的數據的採集具體如下:
[0048]1-1.在受測基樁5的樁身一定位置對稱地安裝兩組傳感器；
[0049]每組傳感器包括一個加速度傳感器8和一個應變傳感器6，通過導線3將兩組傳感器連接至動態數據採集和分析儀4 ;且其中一組中的加速度傳感器作為採樣觸發器；
[0050]所述的兩組傳感器的安裝方向與受測基樁5軸向一致；安裝位置為檢測面7的位置，且檢測面7距承臺2底面的距離大於1.5m。
[0051]1-2.用激振錘I在受測基樁5正上方對應的承臺頂面豎向激振，採樣觸發器被觸發，然後兩組傳感器採集數據信號，並將信號傳遞給動態數據採集和分析儀4進行同步顯示和存儲；其中加速度傳感器採集樁身檢測面位置處的加速度信號，應變傳感器採集樁身檢測面位置處的應變信號。
[0052]若步驟1-2兩組傳感器採集到的加速度信號和應變信號的吻合程度差異較大，則調整激振位置重複採集；若波形出現異常導致無法判別採樣質量好壞，則多次採集並存儲；
[0053]步驟2所述的通過泛頻響函數法分析採集到的數據，具體如下:
[0054]2-1.將採集的加速度信號和應變信號轉換為速度信號(V)和力信號(P);
[0055]2-2.獲取檢測面位置的泛頻響函數；
[0056]將步驟2-1得到的速度信號(V)和力信號(P)，結合檢測面位置處樁身截面力學阻抗(ζ),得到泛頻響函數如下:
[0057]
【權利要求】
1.泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺樁完整性的方法，其特徵在於包括如下步驟: 步驟1.數據的採集； 步驟2.通過泛頻響函數法分析採集到的數據； 步驟3.判斷高承臺樁基樁樁長和完整性。
2.如權利要求1所述的泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺樁完整性的方法，其特徵在於步驟I所述的數據的採集具體如下: 1-1.在受測基樁的樁身一定位置對稱地安裝兩組傳感器； 每組傳感器包括一個加速度傳感器和一個應變傳感器，通過導線將兩組傳感器連接至動態數據採集和分析儀；且其中一組中的加速度傳感器作為採樣觸發器； 所述的兩組傳感器的安裝方向與受測基樁軸向一致；安裝位置為檢測面的位置，且檢測面距承臺底面的距離大於1.5m ； 1-2.用激振錘在受測基樁正上方對應的承臺頂面豎向激振，採樣觸發器被觸發，然後兩組傳感器採集數據信號，並將信號傳遞給動態數據採集和分析儀進行同步顯示和存儲；其中加速度傳感 器採集樁身檢測面位置處的加速度信號，應變傳感器採集樁身檢測面位置處的應變信號； 若步驟1-2兩組傳感器採集到的加速度信號和應變信號的吻合程度差異較大，則調整激振位置重複採集；若波形出現異常導致無法判別採樣質量好壞，則多次採集並存儲；所述激振錘的激振位置為受測基樁截面中心對應的承臺頂面位置。
3.如權利要求1所述的泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺樁完整性的方法，其特徵在於步驟2所述的通過泛頻響函數法分析採集到的數據，具體如下: 2-1.將採集的加速度信號和應變信號轉換為速度信號(V)和力信號(P)； 2-2.獲取檢測面位置的泛頻響函數； 將步驟2-1得到的速度信號V和力信號P，結合檢測面位置處樁身截面力學阻抗z，得到泛頻響函數如下:w ,奴—dftI 卜-行波.)—DFTI> -沈)]y / /hfj} |||"| 丨努I—-—-ζ:-
DFT( Kf ?.波)DFT 丨(屍 + ζ?] 其中，DFT表示離散傅立葉變換； 2-3.計算檢測面以下樁段頂在模擬半正弦脈衝下行波輸入後得到的上行波曲線； 上行波曲線=IDFT [泛頻響函數XFT (模擬半正弦脈衝下行波)] 其中，IDFT表示離散傅立葉逆變換，FT表示傅立葉變換。
4.如權利要求1所述的泛頻響函數法檢測既有建構築物下高承臺樁完整性的方法，其特徵在於步驟3所述的判斷高承臺樁基樁樁長和完整性，具體如下: 3-1.計算高承臺樁檢測面以下樁長: 根據上行波曲線樁底反射信號計算高承臺樁檢測面以下樁長H:
H = t X c/2 其中，t表不樁底反射信號出現的時刻；c表不樁身一維縱向應力波傳播速度； 3-2.判斷高承臺樁檢測面以下樁身是否完整:若上行波曲線在樁底反射出現之前有其他反射信號，則說明檢測面以下樁身存在缺陷，並計算缺陷位置L:
L = tdX c/2 其中，td表示缺陷反射信號出現的時刻； 若上行波曲線在粧底反射出現之前未出現其他反射信號，則說明檢測面以下粧身完整。
【文檔編號】E02D33/00GK103774700SQ201410007567
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】王奎華, 呂述暉, 李振亞, 高柳, 張鵬 申請人:浙江大學