低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)概要

1、低應(yīng)變動(dòng)力低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)概要檢測(cè)概要福建省建筑科學(xué)研究院 黃黃 陽(yáng)陽(yáng)低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)概要低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)概要v1、基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)知識(shí)v2、規(guī)范（、規(guī)范（JGJ1062003）解讀）解讀v3、往屆考題、往屆考題1.1 區(qū)別波動(dòng)與振動(dòng)區(qū)別波動(dòng)與振動(dòng) v波動(dòng)：是一根半無(wú)限長(zhǎng)桿，頂部質(zhì)點(diǎn)受擾動(dòng)波動(dòng)：是一根半無(wú)限長(zhǎng)桿，頂部質(zhì)點(diǎn)受擾動(dòng)后，附加彈性力傳遞下下。隨時(shí)間發(fā)展一直后，附加彈性力傳遞下下。隨時(shí)間發(fā)展一直傳播下去，它攜帶擾動(dòng)源的信息又包括介質(zhì)傳播下去，它攜帶擾動(dòng)源的信息又包括介質(zhì)本身的特性。本身的特性。v振動(dòng)：對(duì)于物體尺寸較小，擾動(dòng)到達(dá)邊界時(shí)，振動(dòng)：對(duì)于物體尺寸較小，擾動(dòng)到達(dá)邊界時(shí)，將產(chǎn)生來(lái)回反射，從而使

2、整個(gè)物體呈現(xiàn)出在將產(chǎn)生來(lái)回反射，從而使整個(gè)物體呈現(xiàn)出在其平衡位置附近的一種周期性的振蕩現(xiàn)象。其平衡位置附近的一種周期性的振蕩現(xiàn)象。1.1 區(qū)別波動(dòng)與振動(dòng)區(qū)別波動(dòng)與振動(dòng)v波動(dòng)傳播速度稱為應(yīng)力波波速，用波動(dòng)傳播速度稱為應(yīng)力波波速，用C表表示，一般混凝土的波速為示，一般混凝土的波速為3000-4300m/sv振動(dòng)時(shí)：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度，用振動(dòng)時(shí)：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度，用V表示，高表示，高應(yīng)變應(yīng)變V大約大約1-3m/s,低應(yīng)變就低得多了，低應(yīng)變就低得多了，大約是大約是10-310-2數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí)1.1 區(qū)別波動(dòng)與振動(dòng)區(qū)別波動(dòng)與振動(dòng)v例題例題1：樁身中混凝土質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與：樁身中混凝土質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與應(yīng)力大應(yīng)力大小小有

3、關(guān)，波速與有關(guān)，波速與材料特性材料特性有關(guān)。有關(guān)。v例題例題2：低應(yīng)變動(dòng)測(cè)時(shí)，混凝土質(zhì)量：低應(yīng)變動(dòng)測(cè)時(shí)，混凝土質(zhì)量振動(dòng)速度振動(dòng)速度可能是：（可能是：（A）vA：1mm/s B:3500m/s 1.2應(yīng)力波反射法測(cè)樁的基本原理應(yīng)力波反射法測(cè)樁的基本原理v采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振，采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振，產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波沿樁身向下傳播，當(dāng)樁產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波沿樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在波阻抗身存在波阻抗Z(Z=CA)差異的界面，如縮徑、差異的界面，如縮徑、夾異物、混凝土離析或擴(kuò)徑，將產(chǎn)生各種反夾異物、混凝土離析或擴(kuò)徑，將產(chǎn)生各種反射波信號(hào)：一部分應(yīng)力波產(chǎn)生反射向上傳播

4、，射波信號(hào)：一部分應(yīng)力波產(chǎn)生反射向上傳播，另一部分應(yīng)力波產(chǎn)生透射向下傳播。實(shí)測(cè)樁另一部分應(yīng)力波產(chǎn)生透射向下傳播。實(shí)測(cè)樁頂部的速度時(shí)程曲線或速度導(dǎo)納曲線，通過(guò)頂部的速度時(shí)程曲線或速度導(dǎo)納曲線，通過(guò)波動(dòng)理論時(shí)域分析或頻域分析，可檢測(cè)混凝波動(dòng)理論時(shí)域分析或頻域分析，可檢測(cè)混凝土樁的樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及土樁的樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及位置。位置。1.2應(yīng)力波反射法測(cè)樁的基本原理應(yīng)力波反射法測(cè)樁的基本原理v關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞樁頂激振樁頂激振應(yīng)力波應(yīng)力波向下傳播向下傳播波阻抗波阻抗Z差異差異一部分一部分一部分一部分實(shí)測(cè)樁頂實(shí)測(cè)樁頂時(shí)程曲線或速度導(dǎo)納曲線時(shí)程曲線或速度導(dǎo)納曲線分析，可以分析，可以

5、v例題：低應(yīng)變法適用于檢測(cè)混凝土樁的例題：低應(yīng)變法適用于檢測(cè)混凝土樁的樁身樁身完整性完整性，判定樁身缺陷的，判定樁身缺陷的程度程度及及位置。（所位置。（所謂程度，就是反射的部分占的比例；所謂位謂程度，就是反射的部分占的比例；所謂位置，就是何時(shí)反射）置，就是何時(shí)反射）1.3如何用反射波的相位判斷樁身阻如何用反射波的相位判斷樁身阻抗變化？抗變化？ TIRFFF (力的平衡)TIRVVV（速度的平衡）2TTFZ V（推導(dǎo)：有時(shí)間再進(jìn)行） 1IIFZV1RRFZV 1212.RIZZVVZZ這是我們重點(diǎn)關(guān)注的式子，其實(shí)這就這是我們重點(diǎn)關(guān)注的式子，其實(shí)這就是我們?cè)跁r(shí)域進(jìn)行判斷的依據(jù)。是我們?cè)跁r(shí)域進(jìn)行判斷

6、的依據(jù)。 就是就是說(shuō)說(shuō)Z1Z2 時(shí)，時(shí)，VR與與VI同號(hào)（同相同號(hào)（同相位），什么情況下是位），什么情況下是Z1Z2呢（就是呢（就是說(shuō)阻抗減小）？縮頸、離析、斷樁、說(shuō)阻抗減?。靠s頸、離析、斷樁、嵌固不良，就是這種情況。反之，嵌固不良，就是這種情況。反之，1122.TIZVVZZ（這個(gè)式子我們就不去關(guān)心（這個(gè)式子我們就不去關(guān)心了）了）1.4一維波動(dòng)方程是如何建立的？一維波動(dòng)方程是如何建立的？ 222220uuctx 樁的動(dòng)測(cè)技術(shù)是以一維波動(dòng)方程為理論基礎(chǔ)。樁的動(dòng)測(cè)技術(shù)是以一維波動(dòng)方程為理論基礎(chǔ)。 一維波動(dòng)方程的推導(dǎo)方法是對(duì)等截面細(xì)長(zhǎng)桿件中一維波動(dòng)方程的推導(dǎo)方法是對(duì)等截面細(xì)長(zhǎng)桿件中的一個(gè)微分單元

7、進(jìn)行研究，利用平衡、相容的關(guān)系得的一個(gè)微分單元進(jìn)行研究，利用平衡、相容的關(guān)系得到的一個(gè)二階偏微分方程。時(shí)間所限，我們就不進(jìn)行到的一個(gè)二階偏微分方程。時(shí)間所限，我們就不進(jìn)行推導(dǎo)，只要知道一個(gè)結(jié)論：推導(dǎo)，只要知道一個(gè)結(jié)論： 位移對(duì)時(shí)間的二階偏導(dǎo)與位移與長(zhǎng)度的二階偏位移對(duì)時(shí)間的二階偏導(dǎo)與位移與長(zhǎng)度的二階偏導(dǎo)的關(guān)系。導(dǎo)的關(guān)系。 低應(yīng)變反射波法是對(duì)它進(jìn)行波動(dòng)解，低應(yīng)變的低應(yīng)變反射波法是對(duì)它進(jìn)行波動(dòng)解，低應(yīng)變的穩(wěn)態(tài)機(jī)械阻抗法是對(duì)它進(jìn)行振動(dòng)解。穩(wěn)態(tài)機(jī)械阻抗法是對(duì)它進(jìn)行振動(dòng)解。 1.4 一維波動(dòng)方程是如何建立的？ v應(yīng)力波在一維桿件傳播過(guò)程中，全桿各點(diǎn)應(yīng)力波在一維桿件傳播過(guò)程中，全桿各點(diǎn)都要滿足都要滿足平衡平

8、衡條件和條件和相容相容條件條件v為研究方便，通常將樁看成理想桿件，所為研究方便，通常將樁看成理想桿件，所謂理想桿件是指：謂理想桿件是指：材質(zhì)均勻，各向同性；材質(zhì)均勻，各向同性； 桿截面上應(yīng)力分布均勻；縱波的波長(zhǎng)大大桿截面上應(yīng)力分布均勻；縱波的波長(zhǎng)大大地大于桿的橫截面積；橫向位移可以忽略地大于桿的橫截面積；橫向位移可以忽略不計(jì)。不計(jì)。1.5 應(yīng)力波沿細(xì)長(zhǎng)桿是如何傳播的？v1、下行壓力波（運(yùn)動(dòng)速度向下）遇自由端反射為上行拉力波（運(yùn)動(dòng)速度向下），端點(diǎn)力為零，質(zhì)點(diǎn)速度加倍；v2、下行壓力波（運(yùn)動(dòng)速度向下）遇固定端反射為上行壓力波（運(yùn)動(dòng)速度向上），端點(diǎn)力加倍，質(zhì)點(diǎn)速度為零；v3、下行拉力波（運(yùn)動(dòng)速度向上

9、）遇自由端反射為上行壓力波（運(yùn)動(dòng)速度向上），端點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)速度加倍；v4、下行拉力波（運(yùn)動(dòng)速度向下）遇固定端反射為上行拉力波（運(yùn)動(dòng)速度向下），端點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)速度為零；v注：注： 凡是自由端，力為零凡是自由端，力為零 v 凡是固定端，速度為零凡是固定端，速度為零2 規(guī)范解讀規(guī)范解讀v 我說(shuō)的這些是我說(shuō)的這些是“重中之重重中之重”，但，但不表示沒(méi)有講到的就不考。不表示沒(méi)有講到的就不考。3 往屆試題選答往屆試題選答v3.1 填空、選擇填空、選擇v3.1.1低應(yīng)變動(dòng)測(cè)樁身低應(yīng)變動(dòng)測(cè)樁身應(yīng)變應(yīng)變量一般在量一般在（105）數(shù)量級(jí)。）數(shù)量級(jí)。3.1.2v頻域分析過(guò)程中，深部缺陷和淺頻域分析過(guò)程中，深部缺陷和淺部缺陷的頻

10、差分別為部缺陷的頻差分別為f2和和f1，則則f2f1vP34： X=1/2.(c/f) f=c/(2x) 3.1.3v某工程混凝土樁，樁長(zhǎng)某工程混凝土樁，樁長(zhǎng)13.5m，波速波速3600m/s，則低應(yīng)變采樣時(shí)，則低應(yīng)變采樣時(shí)間（不少于間（不少于12.5ms）vP118 8.3.2 ： 2L/c+5ms =27*1000/3600+5=12.5 （注意：（注意：這里有個(gè)單位變換的問(wèn)題）這里有個(gè)單位變換的問(wèn)題）3.1.4v假設(shè)某嵌巖樁為近似一維桿件，假設(shè)某嵌巖樁為近似一維桿件，在樁頂激發(fā)一壓力縱波，樁長(zhǎng)在樁頂激發(fā)一壓力縱波，樁長(zhǎng)1/3處有一離析，離析處及樁底處有一離析，離析處及樁底反射回樁頂?shù)牟ǚ?/p>

11、別是：反射回樁頂?shù)牟ǚ謩e是：拉力縱拉力縱波、壓力縱波波、壓力縱波 。（凡是阻抗減小。（凡是阻抗減小的是拉力波，阻抗增大是壓力波）的是拉力波，阻抗增大是壓力波）3.1.42v樁頂受激勵(lì)，應(yīng)力波沿樁身下行，樁頂受激勵(lì)，應(yīng)力波沿樁身下行，遇到樁身阻抗增大，將產(chǎn)生遇到樁身阻抗增大，將產(chǎn)生上行上行的壓力波的壓力波；遇到樁身阻抗減小，；遇到樁身阻抗減小，則產(chǎn)生則產(chǎn)生上行的拉力波上行的拉力波。 3.1.5v速度型傳感器的靈敏度一般用速度型傳感器的靈敏度一般用mV/cm/s表示，加速度傳感器的電表示，加速度傳感器的電荷靈敏度可用荷靈敏度可用pC/g 表示。表示。vP表示表示“皮皮”是是10的的-12次方，次方

12、，C庫(kù)侖庫(kù)侖 g重力加速度重力加速度v1法拉法拉=103毫法毫法=106微法微法=109納法納法=1012皮法皮法3.1.6v動(dòng)力測(cè)樁時(shí)為了使采集到的數(shù)字信動(dòng)力測(cè)樁時(shí)為了使采集到的數(shù)字信號(hào)保留原有模擬信號(hào)，根據(jù)采樣定號(hào)保留原有模擬信號(hào)，根據(jù)采樣定理，應(yīng)滿足：選用的采樣頻率理，應(yīng)滿足：選用的采樣頻率f12倍信號(hào)頻率上限倍信號(hào)頻率上限fm。3.2 簡(jiǎn)答v3.2.1動(dòng)力試樁所有的測(cè)振傳感器動(dòng)力試樁所有的測(cè)振傳感器常用特性參數(shù)有哪些？哪些參數(shù)常用特性參數(shù)有哪些？哪些參數(shù)需定時(shí)標(biāo)定？為什么？需定時(shí)標(biāo)定？為什么？v靈敏度、頻響特性、線性度、橫靈敏度、頻響特性、線性度、橫向靈敏度和溫度系數(shù)等。向靈敏度和溫度

13、系數(shù)等。v傳感器使用一段時(shí)間或旋轉(zhuǎn)較長(zhǎng)傳感器使用一段時(shí)間或旋轉(zhuǎn)較長(zhǎng)時(shí)間以后，傳感器內(nèi)部元件的電時(shí)間以后，傳感器內(nèi)部元件的電性能和機(jī)械性能會(huì)發(fā)生變化，所性能和機(jī)械性能會(huì)發(fā)生變化，所以需要進(jìn)行標(biāo)定。以需要進(jìn)行標(biāo)定。v靈敏度、頻響特性、線性度需要靈敏度、頻響特性、線性度需要標(biāo)定，一般標(biāo)定周期為一年。標(biāo)定，一般標(biāo)定周期為一年。3.2簡(jiǎn)答題v還有很多可能的題目，從往屆試題還有很多可能的題目，從往屆試題看來(lái)多半是出在規(guī)范中：看來(lái)多半是出在規(guī)范中：v比如：比如：IV類樁的判定原則類樁的判定原則v信號(hào)采集和篩選的規(guī)定信號(hào)采集和篩選的規(guī)定v測(cè)不要樁底的可能性，測(cè)不要樁底的可能性， 等等等等v這些我們?cè)趧偛诺囊?guī)范

14、解讀中都已這些我們?cè)趧偛诺囊?guī)范解讀中都已經(jīng)提到了經(jīng)提到了3.3 計(jì)算題v3.3.1求樁的力學(xué)阻抗：灌注樁直徑求樁的力學(xué)阻抗：灌注樁直徑1000mm，縱波波速，縱波波速c=3500m/s，混凝土重度混凝土重度r=24kN/m3vZEA/C=CA=(24*1000/9.81) *3500*0.785=67217(kN.s/m)v=r/g 密度重度密度重度/g3.3.2v某變截面桿（一維彈性桿）由部分一和部分二組成，1的A端及2的C端均為自由端。初始時(shí)，1的A端受到峰值為0.6mm/s的初速度激振，作用時(shí)間寬度為1ms(見(jiàn)圖)。已知桿1的直徑為400mm，長(zhǎng)4.8m, 桿2直徑200mm，長(zhǎng)9.6m

15、。桿1,2波速均為3200m/s，密度=2400kg/m3.忽略一切阻尼。v求：（1）1的B端在2ms時(shí)力值 FB2v（2）1的A端在18.5ms時(shí)力值 FA18.53.3.223.3.23(1)2ms時(shí)波傳到哪里？時(shí)波傳到哪里？ (2-0.5)/1000*3200=4.8m。 就是說(shuō)，就是說(shuō)，2ms時(shí)波正好傳到時(shí)波正好傳到B端端FB2 TIRFFF入射波力值入射波力值 1IIFZV CA*VI2400*3200*3.14*0.2*0.2*0.0006=579N 1RRFZV =-579*(0.6)=-347.4N(1212.RIZZVVZZ= (16-4)/(16+4)*0.0006(2) A端是自由端，端是自由端，F(xiàn)0vFB2= TIRFFF=579-347.4=231.6N 3.3.3v某工程樁長(zhǎng)某工程樁長(zhǎng)8m，波速，波速3200m/s，1.8m附近縮徑，機(jī)械阻抗法的掃頻附近縮徑，機(jī)械阻抗法的掃頻范圍為范圍為10-1000Hz，用此法可否檢，用此法可否檢測(cè)出該縮徑處？測(cè)出該縮徑處？vfc/2L =3200/(2*1.8)=888Hz。假設(shè)。假設(shè)當(dāng)當(dāng)1.8m為自由端時(shí)，第一共振峰為自由端時(shí)，第一共振峰f1=888Hz；當(dāng)；當(dāng)1.8m處為固定端時(shí)，第處為固定端時(shí)，第一共振峰一共振峰f1=888Hz/2 =444HZ,實(shí)際情況實(shí)際情況即