管桩在低应变瞬态集中荷载作用下的速度响应研究
摘要
近十年来，预应力管桩在我国尤其是广东上海等沿海地带得到了广泛的应用。目前为检测其桩身完整性应用最多的方法是低应变反射波法。本文通过有限元这种数值方法对应力波在管桩中的传播现象进行了较为全面的研究，以对实际的检测有所帮助。
本文首先研究了应力波在管桩顶面的传播及其影响，并提出了计算不同点激励速度峰值时间差的关系式。本文最重要的工作是通过数值计算与实验的对比确定点击脉冲荷载作用下传感器的最佳接收位置，即距离加载点相对于管桩截面中心夹角为90°的点。在此点处，高频干扰随加载脉冲的变宽迅速衰减，本文从振型的角度给予了解释。这个结论对实际检测具有很重要的意义。本文还对影响高频干扰的其它因素，影响深度，缺陷桩情况等问题做了一定的研究。
当然，运用有限元法求解诸如本课题的动力学的问题，必须做一些简化。如何更好地简化以接近实际情况，或者通过数学简化得到一个理论解，需要更进一步的工作。
In recent years,prestressed pipe piles become more and more popular day by day in China,especially in Guangdong Province and Shanghai City etc.. Now the most available method of pile integrity testing is low strain pile integrity test(LSPIT). With the help of finite element method (FEM),stress wave propagation in pipe piles was studied in this paper for the benefit of engineering tests.
At first,the propagation and influence of stress wave on the top of the pipe pile were discussed in the paper and a formula was obtained about the time difference between two initial signals which were received from two different points. The main achievement of the paper is to recommend the 90 point as the best place for sensor by the contrast of numerical calculation results and test signals. On the point the high frequency disturbing signal was weakened very much when the load impulse was changed,which could be explained when vibration shape was considered. Other factors that would influence the high frequency disturbing signal,the influential depth and defect piles were also discussed in the paper.
Certainly,the dynamic problems such as what discussed in this paper was simplified. More work need to do for a better case which approaches to an engineering pile or a good theory result.
本文首先研究了应力波在管桩顶面的传播及其影响，并提出了计算不同点激励速度峰值时间差的关系式。本文最重要的工作是通过数值计算与实验的对比确定点击脉冲荷载作用下传感器的最佳接收位置，即距离加载点相对于管桩截面中心夹角为90°的点。在此点处，高频干扰随加载脉冲的变宽迅速衰减，本文从振型的角度给予了解释。这个结论对实际检测具有很重要的意义。本文还对影响高频干扰的其它因素，影响深度，缺陷桩情况等问题做了一定的研究。
当然，运用有限元法求解诸如本课题的动力学的问题，必须做一些简化。如何更好地简化以接近实际情况，或者通过数学简化得到一个理论解，需要更进一步的工作。
In recent years,prestressed pipe piles become more and more popular day by day in China,especially in Guangdong Province and Shanghai City etc.. Now the most available method of pile integrity testing is low strain pile integrity test(LSPIT). With the help of finite element method (FEM),stress wave propagation in pipe piles was studied in this paper for the benefit of engineering tests.
At first,the propagation and influence of stress wave on the top of the pipe pile were discussed in the paper and a formula was obtained about the time difference between two initial signals which were received from two different points. The main achievement of the paper is to recommend the 90 point as the best place for sensor by the contrast of numerical calculation results and test signals. On the point the high frequency disturbing signal was weakened very much when the load impulse was changed,which could be explained when vibration shape was considered. Other factors that would influence the high frequency disturbing signal,the influential depth and defect piles were also discussed in the paper.
Certainly,the dynamic problems such as what discussed in this paper was simplified. More work need to do for a better case which approaches to an engineering pile or a good theory result.
引文
1 史佩栋，实用桩基工程手册，中国建筑工业出版社，1999
2 孙更生，郑大同，软土地基与地下工程，中国建筑工业出版社，1984
3 陈仲颐，叶书麟，基础工程学，中国建筑工业出版社，1991
4 金问鲁，地基基础实用设计施工手册，中国建筑工业出版社，1995
5 王学峰，吴世明，基桩动测技术，科学出版社，2001
6 《桩基工程手册》编写委员会，桩基工程手册，中国建筑工业出版社，1995
7 《基础工程施工手册》编写组，基础工程施工手册，中国计划出版社，1996
8 杨天林，基础工程，人民交通出版社，1999
9 阮起楠，预应力混疑土管桩，中国建材工业出版社，2000
10 王离，预应力管桩十年来在广东的推广于应用，岩土力学与工程的新进展，华南理工大学出版社，1996
11 史佩栋，高大钊，桂业琨，高层建筑基础工程手册，中国建筑工业出版社，2000
12 Smith, E.A.L. Pile Driving Analysis by the Wave Equation, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Proceeding ASCE, Vol. 86, No. SM4, August, 1960
13 Goble, G.G., et al. Dynamic Studies on the Bearing Capacity of Piles, Phase Ⅲ, Report No. 48, Division of Solid Mechanics, Structure and Mechanical Design, Case Wesern Reserve University, 1970
14 Goble, G.G., et al. Bearing Capacity of Piles From Dynamic Measurer, Final Report. No. OHIO-DOT-05-75, Ohio Department of Transportation, Department of Solid Mechanics. Structures and Mechanical Design, Case Western Reserve University. March, 1975
15 Goble, G.G., et al. Wave Equation Analysis of Pile Driving-WEAP Program. Volumes 1 through 4, FHWA IP-76-13.1 Through IP-76-14. K, April 1976 With an Update in March 1981.
16 周光龙，桩基参数动测法，中国土木工程学会第三界土力学及基础工程学会会议论文选集，中国建筑工业出版社，1981
17 雷林源，桩基动力学，冶金工业出版社，2000
18 刘金砺，桩基工程检测技术，中国建材工业出版社，1993
19 刘金砺，高层建筑桩基工程技术，中国建筑工业出版社，1998
20 刘金砺，桩基工程技术，中国建材工业出版社，1996
21 钱家欢，殷宗泽，土工原理与计算(第二版)，中国水利水电出版社，1996
22 陈凡，王仁军，刘艳玲，桩基动力检测的基本原理(内部资料)，1994
23 H.考尔斯基原著，王仁等译，固体中的应力波，科学出版社，1958
24 王礼立，应力波基础，国防工业出版社，1985
25 马晓青，冲击动力学，北京理工大学出版社，1992
26 中国建筑科学研究院地基基础研究所，建筑科学研究报告(内部资料)，低应变反射波法测试分析方法的完善，1996
27 陈凡，王仁军，尺寸效应对基桩低应变完整性检测的影响，岩土工程学报第5朋(总107期)，1998
28 沈英，有限元法原理(内部讲义)，清华大学水利水电工程系，1991
29 王焕定，王伟，有限元与程序，黑龙江科学技术出版社，1996
30 王勖成，邵敏．有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社，1997
31 建筑桩基技术规范(JGJ94-94)，中国建筑工业出版社，1995
32 徐次达，华伯浩，固体力学有限元理论、方法及程序，水利水电出版社，1983
2 孙更生，郑大同，软土地基与地下工程，中国建筑工业出版社，1984
3 陈仲颐，叶书麟，基础工程学，中国建筑工业出版社，1991
4 金问鲁，地基基础实用设计施工手册，中国建筑工业出版社，1995
5 王学峰，吴世明，基桩动测技术，科学出版社，2001
6 《桩基工程手册》编写委员会，桩基工程手册，中国建筑工业出版社，1995
7 《基础工程施工手册》编写组，基础工程施工手册，中国计划出版社，1996
8 杨天林，基础工程，人民交通出版社，1999
9 阮起楠，预应力混疑土管桩，中国建材工业出版社，2000
10 王离，预应力管桩十年来在广东的推广于应用，岩土力学与工程的新进展，华南理工大学出版社，1996
11 史佩栋，高大钊，桂业琨，高层建筑基础工程手册，中国建筑工业出版社，2000
12 Smith, E.A.L. Pile Driving Analysis by the Wave Equation, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Proceeding ASCE, Vol. 86, No. SM4, August, 1960
13 Goble, G.G., et al. Dynamic Studies on the Bearing Capacity of Piles, Phase Ⅲ, Report No. 48, Division of Solid Mechanics, Structure and Mechanical Design, Case Wesern Reserve University, 1970
14 Goble, G.G., et al. Bearing Capacity of Piles From Dynamic Measurer, Final Report. No. OHIO-DOT-05-75, Ohio Department of Transportation, Department of Solid Mechanics. Structures and Mechanical Design, Case Western Reserve University. March, 1975
15 Goble, G.G., et al. Wave Equation Analysis of Pile Driving-WEAP Program. Volumes 1 through 4, FHWA IP-76-13.1 Through IP-76-14. K, April 1976 With an Update in March 1981.
16 周光龙，桩基参数动测法，中国土木工程学会第三界土力学及基础工程学会会议论文选集，中国建筑工业出版社，1981
17 雷林源，桩基动力学，冶金工业出版社，2000
18 刘金砺，桩基工程检测技术，中国建材工业出版社，1993
19 刘金砺，高层建筑桩基工程技术，中国建筑工业出版社，1998
20 刘金砺，桩基工程技术，中国建材工业出版社，1996
21 钱家欢，殷宗泽，土工原理与计算(第二版)，中国水利水电出版社，1996
22 陈凡，王仁军，刘艳玲，桩基动力检测的基本原理(内部资料)，1994
23 H.考尔斯基原著，王仁等译，固体中的应力波，科学出版社，1958
24 王礼立，应力波基础，国防工业出版社，1985
25 马晓青，冲击动力学，北京理工大学出版社，1992
26 中国建筑科学研究院地基基础研究所，建筑科学研究报告(内部资料)，低应变反射波法测试分析方法的完善，1996
27 陈凡，王仁军，尺寸效应对基桩低应变完整性检测的影响，岩土工程学报第5朋(总107期)，1998
28 沈英，有限元法原理(内部讲义)，清华大学水利水电工程系，1991
29 王焕定，王伟，有限元与程序，黑龙江科学技术出版社，1996
30 王勖成，邵敏．有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社，1997
31 建筑桩基技术规范(JGJ94-94)，中国建筑工业出版社，1995
32 徐次达，华伯浩，固体力学有限元理论、方法及程序，水利水电出版社，1983