低应变下变阻抗薄壁管桩动力响应频域解析解

管桩低应变完整性检测时,桩顶一点受到瞬态集中荷载的作用,其动力响应问题是一个三维波动问题。基于三维波动理论,建立了任意段变阻抗薄壁管桩动力响应的计算模型和波动方程,结合初边值条件,采用Laplace变换法求得了该波动方程的频域解析解,采用Fourier逆变换求得了时域响应。将计算结果与三维有限元结果进行了对比分析,解析解的计算结果和三维有限元结果较为接近,两者在入射波峰、缺陷反射峰和桩底反射峰处都较为吻合,两种方法位移响应曲线基本相同。给出了桩顶不同点的动力响应,并探讨了高频干扰问题。对变截面桩和变模量桩的动力响应特性进行了分析。     

PCC桩低应变反射波法检测时速度波形成机制探讨

现浇混凝土大直径管桩（PCC桩）低应变检测时,桩头附近存在着明显的三维效应,表现在与激振点夹角不同的测点的速度响应存在着明显的差别。基于所建立的解析公式,研究了桩顶各振动模式的动力响应特征,分析了桩顶总体速度响应沿环向和径向的变化规律。研究结果表明：90º点的总体速度响应主要来源于轴对称模式,45º点、135º点和180º点的桩底反射峰大小和到达时间与轴对称模式接近,但入射波峰大小和到达时间与轴对称模式差别较大;桩顶速度响应主要来源于径向第1阶的模式,第2阶以上的模式贡献较小;各点速度响应主要是前几阶模式的叠加结果,环向第10阶以上的振动模式对总体速度响应的贡献较小;各模式对入射波峰的形成都有较大贡献,但反射波峰主要来自轴对称模式的贡献;高频干扰峰主要来自第1阶非轴对称模式,各点干扰波峰值、相位不一,90º点干扰波峰值最小,0º～90º点与90º～180º点相位相反;环向各点的速度响应差别较大,但沿径向的变化却不很明显。     

PCC桩低应变检测中的三维效应

分析了低应变检测对PCC大直径薄壁混凝土管桩的适用性。对低应变中受瞬间冲击荷载作用的完整和缺陷PCC桩的动力响应进行了一维及三维有限元模拟,详细研究了PCC桩低应变检测中的三维效应。研究结果表明：除了一维应力波理论中的纵向振动外,PCC桩顶所测的动力响应中还包含弯曲振动以及波在桩顶表面传播和内外边界上的反射的影响。在研究结果的基础上,对PCC桩低应变检测试验中激振点和测点的最佳位置和如何合理分析试验结果给出了建议。     

住宅建筑工程基础桩低应变检测技术研究

研究一种住宅建筑工程基础桩低应变检测技术,该技术通过传感器采集从桩身反射回来的反射波信号,为提高信号质量,利用EEMD方法对信号实施去噪处理。提取不同缺陷类别基础桩反射波信号的时域特征和频域特征,并以此为输入,通过BP神经网络分类识别模型,检测出基础桩缺陷程度,并根据相关参数,定位缺陷位置,完成基础桩低应变检测。试验结果表明,应用该低应变检测技术,基础桩缺陷检测结果与实际缺陷位置误差较小,检测结果更为精确,具有较好的应用价值。     

基于径向不变假定的现浇大直径管桩纵向振动响应频域解

假定各物理量沿径向不变化,建立了低应变瞬态集中荷载作用下现浇大直径管桩振动响应的计算模型和波动方程。采用Laplace变换法,求得了波动方程的频域解析解,采用Fourier逆变换求得了时域响应。将文中解计算结果与三维频域解析解进行了对比分析,文中解的入射峰-反射峰时间差与三维频域解差别很小,说明对于PCC桩这种大直径薄壁管桩,采用径向不变假定对计算结果几乎没有影响。因此,在PCC桩低应变检测波形分析时,采用基于径向不变假定的二维解是完全合理的。将文中二维频域解的计算结果与二维时域解的结果进行了对比分析,结果表明,2种解在入射波、第一个桩底反射波、第二个桩底反射波峰值大小和到达时间非常吻合,这说明考虑环向位移与否对计算结果没有太大的影响,研究PCC桩低应变动力响应的问题时忽略水平方向的位移是完全可以的。     

低应变测桩常见缺陷分析

低应变法检测桩身完整性,作为一种快速、经济、可靠的方法目前得以广泛应用。当桩身存在明显缺陷(缩径、扩径、离析、断桩等),传感器在接收到桩底反射信号前会记录下桩身缺陷的反射干扰,熟练掌握动测曲线的分析方法,则能够快速、准确的判断出桩身完整性。本文结合传统的行波理论知识,通过理论分析和图文说明,对低应变反射波法动测曲线常见缺陷给出理论分析,并结合工程实例加以验证。     

山地和岩溶地区端承桩质量检测与加固技术研究

针对嵌岩桩桩底存在沉渣时,采用常规的低应变反射波法可能观测不到其同相反射信号,桩底软弱夹层（或溶洞）的顶面倾角接近或不小于45º时,反射法检测不到桩底软弱夹层（或溶洞）的反射信号。为弥补以上不足,提出了用低应变反射波法、频率-初速度法和钻芯法对端承桩质量及缺陷桩的加固效果进行组合检测。当反射波波形曲线异常或动刚度明显偏低时,可认为桩底沉渣较厚或桩端持力层性状异常,再用钻芯法验证;建立了桩身下部缺陷段的平均波速计算公式,有助于判断缺陷的严重程度;通过对比缺陷桩加固前后的反射波曲线和动刚度值,并将它们与其他同条件下正常桩对比,检验缺陷桩的加固效果     

钢筋混凝土管桩反射波法的三维有限元分析

对桩-土系统用三维有限元模型和Wilson- 直接积分法计算钢筋混凝土管桩顶面的瞬态动力响应,并由此分析了管桩顶面不同测点的反射波信号特征及其与桩身缺陷的对应规律。计算结果表明：管桩顶部波传播的三维效应对桩身浅部局部缺陷深度的判断有较大的影响,所得结论对由反射波法检测管桩全截面断裂和局部缺陷以及传感器的合理布置有较大的指导作用。     

考虑横向惯性效应时桩侧土-管桩-土塞纵向耦合振动特性研究

与实心桩相比,由于土塞与管桩内壁复杂的相互作用,开口管桩的桩-土动力相互作用问题更为复杂。因此,需深入研究考虑土塞效应时的管桩-土体动力相互作用问题。首先,考虑管桩的横向惯性效应及其黏性性质,采用Rayleigh-Love动力杆件模型和附加质量模型建立了桩侧土-管桩-土塞系统的纵向振动控制方程。进一步,采用积分变换和阻抗函数传递技术,分别得到了任意荷载形式下管桩桩顶速度频域响应的解析解以及半正弦脉冲激励作用下桩顶速度时域响应的半解析解。最后,通过与现有解及模型试验的对比研究验证了理论解的合理性,并研究了管桩设计参数对桩顶纵向振动特性的影响。结果表明,当管桩其他设计参数不变时,管桩截面尺寸越大或长度越小时,应力波传播过程中的弥散效应越明显。对于同样外半径的管桩,壁厚越大时,越容易检测到土塞顶部界面及桩尖传来的反射信号,就能对管桩的施工质量进行更为合理的评价。     

机械快速接头管桩桩身完整性检测技术的探讨

通过模型桩和工程桩试验,在管桩机械接头处涂抹适合的耦合剂,低应变动测在机械快速接头管桩中得到成功应用。以低应变检测为主、孔内摄像法为补充的检测方案,经济实用地解决了机械快速接头管桩桩身完整性的检测难题。     

基桩低应变法三维干扰最小点位置的影响因素及确定方法

通过工程实测信号和数值模拟分析,证明了瞬态集中荷载敲击下,桩顶三维干扰速度信号的强度沿径向先递减后递增,存在干扰最小点,并对比了不同学者提出的干扰最小点位置处的信号。参数分析表明,三维干扰最小点的位置与桩径、桩长、荷载脉宽、桩身混凝土弹性模量、土层剪切波速及土层泊松比等桩、土参数几乎无关,但与桩身混凝土泊松比密切相关,且泊松比越大,干扰最小点的位置越靠近桩中心。给出了干扰最小点位置与桩身混凝土泊松比之间的函数表达式,可方便应用于实际工程。     

预应力管桩抗震性能试验研究

为研究预应力管桩的抗震性能,采用振动台通过对管桩-土-上部结构模型在不同地震波作用下的试验,分析研究管桩桩身产生的应力、应变、弯矩及位移沿桩身的分布、最大弯矩产生的位置、桩与承台的受力及破坏特征,得出地震作用下管桩桩身弯矩最大值的产生位置为距离桩顶5～6倍桩径处, 在El-centro波、LWD波和正弦波工况下,桩-上部结构体系的加速度反应在高度上呈现“K”型分布等反应规律及特征。     

带承台群桩负摩阻力性状的三维有限元分析

无承台群桩中各桩的桩-土相互作用是相互独立的,带承台群桩的桩-土相互作用要受到承台的约束。简要分析了带承台群桩负摩阻力变化的机制。采用三维有限元分析了地下水位下降条件下带承台群桩的负摩阻力性状。分析结果表明,带承台群桩的负摩阻力与单桩负摩阻力总体相近,随着上部荷载的增大,中性点上升,附加沉降增加,下拉力减小,只是各位置桩有差异。荷载不大时,承台对各位置桩沉降的约束明显,各桩中性点几乎重叠。随着荷载的增加,承台本身变形增加,中性点的差异逐渐变得明显,角桩中性点位置最低,边桩次之,中心桩最高。带承台群桩中各桩的负摩阻力沿着深度的发挥程度不同。角桩负摩阻力发挥最为充分,边桩次之,中心桩最小。     

饱和黏弹性地基土中管桩纵向振动研究

用解析方法在频率域内研究考虑质量耦合效应的饱和黏弹性地基土中管桩的纵向振动特性。基于Biot理论,采用薄层法,推导得到饱和黏弹性地基土的位移、应力等的表达式。将管桩等效为一维弹性杆件处理。根据界面连续性条件,给出饱和黏弹性地基土中管桩的纵向振动一般分析方法和桩顶动力复刚度的表达式。在该基础上,对比分析饱和地基土中实心桩和管桩纵向振动特性。通过算例分析,考察桩周土和桩芯土的力学参数对桩顶刚度因子和等效阻尼的影响。研究表明,饱和黏弹性地基土中实心桩和管桩的纵向振动有明显的差异。     

A new analytical model to study the influence of weld on the vertical dynamic response of prestressed pipe pile

This investigation is concerned with the mathematical analysis of a viscoelastic prestressed pipe pile embedded in multilayered soil under vertical dynamic excitation. The pile surrounding soil is governed by the plane strain model, and the soil plug is assumed to be an additional mass connected to the pipe pile shaft by applying the distributed Voigt model. Meanwhile, the prestressed pipe pile is assumed to be a vertical, viscoelastic, and hollow cylinder governed by the one‐dimensional wave equation. Then, analytical solutions of the dynamic response of the pipe pile in the frequency domain are derived by means of the Laplace transform and impedance function transfer method. Subsequently, the corresponding quasi‐analytical solution in the time domain for the case of the prestressed pipe pile undergoing a vertical semi‐sinusoidal exciting force applied at the pile top is obtained by employing the inverse Fourier transform. Utilizing these solutions, selected results for the velocity admittance curve and the reflected wave curve are presented for different heights of the soil plug to examine the influence of weld properties on the vertical dynamic response of prestressed pipe pile. The reasonableness of the theoretical model is verified by comparing the calculated results based on the presented solutions with measured results. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

动力沉桩桩基拉应力分布及其施工控制试验研究

采用“现场沉桩试验、室内桩基模型试验、现场沉桩实例验证”的技术路线,通过对16根桩的动测试验结果的全面介绍和分析,揭示了打桩过程中桩身拉应力的分布规律,即桩身最大拉应力通常发生在桩的上部,特别是打桩初期,桩尖位于软土层或桩周为软土地基时,桩身最大拉应力点发生在距桩顶1/4l（l为桩长）附近,拉应力占同点压应力的50 %左右,这是桩身产生垂直桩轴线方向横向裂缝乃至发生桩身断裂现象的根源。试验亦表明,采用碟簧桩帽沉桩能有效地减小锤击拉应力,克服了采用老式桩帽辅助沉桩时预应力混凝土（管）桩桩身拉应力过大而造成桩身断裂这一缺陷,控制实测拉应力在允许拉应力（5 MPa）范围之内,以确保沉桩桩身完整,这是防治桩身拉裂的有效措施。     

深厚场地大型桥梁桩基础随机地震反应及可靠性分析

以苏通长江大桥主墩特大型群桩基础为研究背景,考虑地震动的不确定性,将地震激励作为平稳随机过程,采用随机地震反应分析方法,对深厚场地上群桩基础受上部桥墩荷载下的地震反应进行研究。土体动力非线性性能采用等效线性化方法考虑。由于桥墩惯性作用以及软土土层对桩身位移的约束作用,地震激励下桩身位移呈三角形分布。土体位移与土体和基础间距离有关,桥墩-桩-土相互作用对基础两侧1.5倍基础宽度的土体位移有较大影响。桩体内力反应结果表明,桩顶及桩身上部剪力及弯矩均较大,边桩剪力显著大于中间桩剪力。此外,基于强度破坏准则,对以桩身屈服剪力作为控制指标的群桩基础动力可靠性进行了分析。