泛頻響函數(shù)法檢測既有建構(gòu)筑物下高承臺樁完整性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種泛頻響函數(shù)法檢測既有建構(gòu)筑物下高承臺樁完整性的方法。本發(fā)明包括如下步驟：步驟1.數(shù)據(jù)的采集；步驟2.通過泛頻響函數(shù)法分析采集到的數(shù)據(jù)；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，并利用泛頻響函數(shù)法計(jì)算該位置的泛頻響函數(shù)以分析樁身的完整性。當(dāng)在基樁承臺頂面激振時(shí)，對于基樁某一位置而言，先產(chǎn)生下行波，而后經(jīng)樁底（缺陷）反射形成上行波，上行波相對于下行波的變化僅與該位置以下的樁-土相關(guān)，上行波的傅里葉變換除以下行波的傅里葉變換得到泛頻響函數(shù)，利用該泛頻響函數(shù)評價(jià)該位置以下樁身的完整性，能夠消除上部結(jié)構(gòu)的影響。
【專利說明】泛頻響函數(shù)法檢測既有建構(gòu)筑物下高承臺粧完整性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及既有建構(gòu)筑物下高承臺樁完整性檢測技術(shù)，具體涉及一種泛頻響函數(shù)法檢測既有建構(gòu)筑物下高承臺樁完整性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高承臺樁基礎(chǔ)是橋梁、碼頭等工程中常見的基礎(chǔ)形式，近年來，世界各國自然災(zāi)害頻發(fā)，在每次較大規(guī)模的災(zāi)害如破壞性地震、滑坡、海嘯發(fā)生后，受災(zāi)地區(qū)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(fā)生在橋梁及碼頭上部的結(jié)構(gòu)物中，同時(shí)也會發(fā)生在下部的基礎(chǔ)部分。另一方面，由于橋梁、碼頭樁這類高承臺樁基礎(chǔ)的部分樁身出露于地表，容易遭受人為事故的破壞和損傷，例如車輛、船舶撞擊及爆炸沖擊等。在這些自然災(zāi)害或人為事故發(fā)生后，需對其安全性進(jìn)行檢測評估，而高承臺樁基礎(chǔ)的大部分樁身位于地下(水下)，具有隱蔽性和復(fù)雜性，其檢測評估相對上部結(jié)構(gòu)物的評價(jià)而言，具有更高的難度和技術(shù)要求。
[0003]基樁質(zhì)量常規(guī)檢測手段包括單樁靜載荷試驗(yàn)、低應(yīng)變反射波法、聲波透射法、鉆孔取芯法四類，采用常規(guī)檢測方法時(shí)通常要求樁頂為自由端，而對于在役的高承臺樁，常規(guī)方法很難操作。此外，針對既有建筑物基樁檢測的旁孔透射波法，檢測時(shí)，需要在樁側(cè)附近鉆孔且每根樁需要檢測數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)測點(diǎn)，其檢測效率相對較低，成本較高，不適用于較大面積的質(zhì)量普查，特別是對于水上的碼頭及橋梁樁，實(shí)際操作較難，而對于較長的樁，鉆孔傾斜將導(dǎo)致不可靠的測試結(jié)果。
[0004]因此研究一種能在不損壞上部結(jié)構(gòu)和樁身的前提下，有效消除上部結(jié)構(gòu)對測試結(jié)果的影響，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)下的基樁轉(zhuǎn)化到單樁測試模式下進(jìn)行檢測分析的方法，對災(zāi)后橋梁、碼頭等建構(gòu)筑物基礎(chǔ)安全性能的準(zhǔn)確客觀評定有著較大的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種泛頻響函數(shù)法檢測既有建構(gòu)筑物下高承臺樁完整性的方法。即不損壞基樁和上部結(jié)構(gòu)物，就能檢測出基樁樁長和完整性的方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]步驟1.數(shù)據(jù)的采集；
[0008]步驟2.通過泛頻響函數(shù)法分析采集到的數(shù)據(jù)；
[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(shù)據(jù)的采集具體如下:
[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(gè)加速度傳感器和一個(gè)應(yīng)變傳感器，通過導(dǎo)線將兩組傳感器連接至動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析儀；且其中一組中的加速度傳感器作為采樣觸發(fā)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于1.5m ；
[0014]1-2.用激振錘在受測基樁正上方對應(yīng)的承臺頂面豎向激振，采樣觸發(fā)器被觸發(fā)，然后兩組傳感器采集數(shù)據(jù)信號，并將信號傳遞給動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析儀進(jìn)行同步顯示和存儲；其中加速度傳感器采集樁身檢測面位置處的加速度信號，應(yīng)變傳感器采集樁身檢測面位置處的應(yīng)變信號；
[0015]若步驟1-2兩組傳感器采集到的加速度信號和應(yīng)變信號的吻合程度差異較大，則調(diào)整激振位置重復(fù)采集；若波形出現(xiàn)異常導(dǎo)致無法判別采樣質(zhì)量好壞，則多次采集并存儲；所述激振錘的激振位置為受測基樁截面中心對應(yīng)的承臺頂面位置。
[0016]步驟2所述的通過泛頻響函數(shù)法分析采集到的數(shù)據(jù)，具體如下:
[0017]2-1.將采集的加速度信號和應(yīng)變信號轉(zhuǎn)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(shù)；
[0019]將步驟2-1得到的速度信號V和力信號P，結(jié)合檢測面位置處樁身截面力學(xué)阻抗ζ,得到泛頻響函數(shù)如下:
[0020]
K 柄 ￥, V 敕—DFT(h 行波)—pEIikzf!)]
X P 1 DFT( KfT*) — DFT[(/? + zv)]
[0021]其中，DFT表示離散傅里葉變換；
[0022]2-3.計(jì)算檢測面以下樁段頂在模擬半正弦脈沖下行波輸入后得到的上行波曲線.[0023]上行波曲線=IDFT[泛頻響函數(shù)XFT (模擬半正弦脈沖下行波)]
[0024]其中，IDFT表示離散傅里葉逆變換，F(xiàn)T表示傅里葉變換。
[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(jì)算高承臺樁檢測面以下樁長:
[0027]根據(jù)上行波曲線樁底反射信號計(jì)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(xiàn)的時(shí)刻；c表不樁身一維縱向應(yīng)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(xiàn)之前有其他反射信號，則說明檢測面以下樁身存在缺陷，并計(jì)算缺陷位置L:
[0032]L = tdXc/2
[0033]其中，^表示缺陷反射信號出現(xiàn)的時(shí)刻；
[0034]若上行波曲線在樁底反射出現(xiàn)之前未出現(xiàn)其他反射信號，則說明檢測面以下樁身完整。
[0035]本發(fā)明的有益效果是:
[0036](I)本方法能在不破壞上部結(jié)構(gòu)和樁身的情況下，完全消除上部結(jié)構(gòu)對樁身完整性檢測的影響，使得待測樁從復(fù)雜結(jié)構(gòu)中“隔離”出來，對隔離后的單樁問題容易參照傳統(tǒng)的單樁一維振動(dòng)問題進(jìn)行分析評價(jià)，大大降低了問題的難度，提高了檢測結(jié)果可靠性；
[0037](2)不需要鉆孔等復(fù)雜施工，操作簡單方便，經(jīng)濟(jì)成本較低，同時(shí)不會對在役基樁產(chǎn)生損傷，能夠在需要大量普查的工程中推廣采用；[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，特別適合于采用本方法進(jìn)行測試分析，對于其他既有結(jié)構(gòu)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(cè)面暴露，也可以采用上述方法進(jìn)行檢測和評價(jià)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明檢測結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2為本發(fā)明中兩組傳感器安裝示意圖；
[0041]圖中，激振錘1、承臺2、導(dǎo)線3、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集及分析儀4、受測基樁5、應(yīng)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(shí)施方式】
[0042]以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明方法作進(jìn)一步說明:
[0043]如圖1、圖2所示，泛頻響函數(shù)法檢測既有建構(gòu)筑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(shù)據(jù)的采集；
[0045]步驟2.通過泛頻響函數(shù)法分析采集到的數(shù)據(jù)；
[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(shù)據(jù)的采集具體如下:
[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(gè)加速度傳感器8和一個(gè)應(yīng)變傳感器6，通過導(dǎo)線3將兩組傳感器連接至動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析儀4 ;且其中一組中的加速度傳感器作為采樣觸發(fā)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底面的距離大于1.5m。
[0051]1-2.用激振錘I在受測基樁5正上方對應(yīng)的承臺頂面豎向激振，采樣觸發(fā)器被觸發(fā)，然后兩組傳感器采集數(shù)據(jù)信號，并將信號傳遞給動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析儀4進(jìn)行同步顯示和存儲；其中加速度傳感器采集樁身檢測面位置處的加速度信號，應(yīng)變傳感器采集樁身檢測面位置處的應(yīng)變信號。
[0052]若步驟1-2兩組傳感器采集到的加速度信號和應(yīng)變信號的吻合程度差異較大，則調(diào)整激振位置重復(fù)采集；若波形出現(xiàn)異常導(dǎo)致無法判別采樣質(zhì)量好壞，則多次采集并存儲；
[0053]步驟2所述的通過泛頻響函數(shù)法分析采集到的數(shù)據(jù)，具體如下:
[0054]2-1.將采集的加速度信號和應(yīng)變信號轉(zhuǎn)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(shù)；
[0056]將步驟2-1得到的速度信號(V)和力信號(P)，結(jié)合檢測面位置處樁身截面力學(xué)阻抗(ζ),得到泛頻響函數(shù)如下:
[0057]
【權(quán)利要求】
1.泛頻響函數(shù)法檢測既有建構(gòu)筑物下高承臺樁完整性的方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1.數(shù)據(jù)的采集； 步驟2.通過泛頻響函數(shù)法分析采集到的數(shù)據(jù)； 步驟3.判斷高承臺樁基樁樁長和完整性。
2.如權(quán)利要求1所述的泛頻響函數(shù)法檢測既有建構(gòu)筑物下高承臺樁完整性的方法，其特征在于步驟I所述的數(shù)據(jù)的采集具體如下: 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(gè)加速度傳感器和一個(gè)應(yīng)變傳感器，通過導(dǎo)線將兩組傳感器連接至動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析儀；且其中一組中的加速度傳感器作為采樣觸發(fā)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于1.5m ； 1-2.用激振錘在受測基樁正上方對應(yīng)的承臺頂面豎向激振，采樣觸發(fā)器被觸發(fā)，然后兩組傳感器采集數(shù)據(jù)信號，并將信號傳遞給動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析儀進(jìn)行同步顯示和存儲；其中加速度傳感 器采集樁身檢測面位置處的加速度信號，應(yīng)變傳感器采集樁身檢測面位置處的應(yīng)變信號； 若步驟1-2兩組傳感器采集到的加速度信號和應(yīng)變信號的吻合程度差異較大，則調(diào)整激振位置重復(fù)采集；若波形出現(xiàn)異常導(dǎo)致無法判別采樣質(zhì)量好壞，則多次采集并存儲；所述激振錘的激振位置為受測基樁截面中心對應(yīng)的承臺頂面位置。
3.如權(quán)利要求1所述的泛頻響函數(shù)法檢測既有建構(gòu)筑物下高承臺樁完整性的方法，其特征在于步驟2所述的通過泛頻響函數(shù)法分析采集到的數(shù)據(jù)，具體如下: 2-1.將采集的加速度信號和應(yīng)變信號轉(zhuǎn)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(shù)； 將步驟2-1得到的速度信號V和力信號P，結(jié)合檢測面位置處樁身截面力學(xué)阻抗z，得到泛頻響函數(shù)如下:w ,奴—dftI 卜-行波.)—DFTI> -沈)]y / /hfj} |||"| 丨努I—-—-ζ:-

DFT( Kf ?.波)DFT 丨(尸 + ζ?] 其中，DFT表示離散傅里葉變換； 2-3.計(jì)算檢測面以下樁段頂在模擬半正弦脈沖下行波輸入后得到的上行波曲線； 上行波曲線=IDFT [泛頻響函數(shù)XFT (模擬半正弦脈沖下行波)] 其中，IDFT表示離散傅里葉逆變換，F(xiàn)T表示傅里葉變換。
4.如權(quán)利要求1所述的泛頻響函數(shù)法檢測既有建構(gòu)筑物下高承臺樁完整性的方法，其特征在于步驟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(jì)算高承臺樁檢測面以下樁長: 根據(jù)上行波曲線樁底反射信號計(jì)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(xiàn)的時(shí)刻；c表不樁身一維縱向應(yīng)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(xiàn)之前有其他反射信號，則說明檢測面以下樁身存在缺陷，并計(jì)算缺陷位置L:
L = tdX c/2 其中，td表示缺陷反射信號出現(xiàn)的時(shí)刻； 若上行波曲線在粧底反射出現(xiàn)之前未出現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】王奎華, 呂述暉, 李振亞, 高柳, 張鵬 申請人:浙江大學(xué)