基樁動測錘擊效果的仿真研究

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1、度系數(shù)、變波阻抗發(fā)生位置、程度，還對不同形式波阻抗變化情況下的反演結(jié)果進行比較，對實驗樁實測波形進行了分析[31]。陶莉應用計算機仿真了土阻力對低應變動測曲線的影響[32]。劉東甲研究了參數(shù)變化對完整樁反射波曲線的影響[33]。李挺研究了樁端土剛度和激振力頻率因子對反射波曲線的影響[34]。1.3基樁動測振源研究基樁動測過程，具體由激勵錘、基樁、傳感器（拾振器）、線路、分析系統(tǒng)等五個環(huán)節(jié)組成。檢測效果的好壞涉及到測試系統(tǒng)的諸多環(huán)節(jié)，振源也不例外，如寬脈沖振源會導致實測信號分辨率下降，影響微小缺陷的正常識別；窄脈沖信號不僅可能導致波形振蕩而且會因穿透力弱而影響深部缺陷的測試等。王雪峰等

2、列出了多種振源實測力波的主要參數(shù)及不同傳感器相應實測曲線的主要特征，并部分給出不同激發(fā)裝置在工程樁和模型樁上的實測效果比較，分析了振源特性及其與傳感器和樁的匹配關系，通過理論實踐對比給出了標準力波的推薦形式[35]。劉曉波通過實際檢測對不同激振源在基樁動測中的效應進行了比較[36]。陳久照等從彈性體的撞擊理論出發(fā)導出了基樁低應變試驗沖擊力脈沖的解析解，探討了低應變動力試樁對力錘的基本要求、力錘各參數(shù)與沖擊脈沖幅值及頻譜的關系等，并在此基礎上設計了6個標準力錘搭配使用到工程檢測中，但沒有考慮樁的橫向尺寸[37]。夏唐代等分析了落錘撞擊地面的振動特性[38]，建立了落錘及土體的振動模型，

3、利用這一模型得到了振動體系的位移、速度及加速度，進一步通過傅立葉變換研究了振動體系的自功率譜。陳舜展分析了高應變動力檢測法中自由落錘上安裝加速度傳感器的實踐性及其應用[39]。陳放鳴等給出測量自由落錘的加速度換算高應變試樁的動力的簡易法的基本原理、測試操作與工程應用，并且實踐證明該法有效、可行[40]。6潘林有報導了溫州某工程應用鋼板片組合錘實施樁基高應變動測的經(jīng)驗與理論分析[41]。1.3本文工作及意義目前國內(nèi)外對基樁動測力錘脈沖的研究多采用力傳感器實測方法，缺乏系統(tǒng)的理論分析和仿真模擬計算，本文采用顯式動力分析軟件LS-DYNA對基樁動測的錘擊效果進行仿真模擬計算，對比工程實測數(shù)

4、據(jù)結(jié)果總結(jié)出一些振源的規(guī)律與特征，以便用于工程實測，使基樁檢測更加高效，使信號更加準確。本文具體工作如下：（1）在顯式動力軟件LS-DYNA和ANSYS隱式動力部分作比較的基礎上，分析了顯式動力計算波動問題的優(yōu)勢，并說明了LS-DYNA計算脈沖在樁體內(nèi)傳播的正確性和優(yōu)越性。（2）通過比較力峰值、脈寬、主瓣寬度三個指標分析了錘體形狀、材質(zhì)、錘重、錘擊面積、錘速、錘墊等因素對激振力的影響，與實測對比總結(jié)出相應的規(guī)律，并結(jié)合錘擊力解析解總結(jié)出低應變錘擊力的關系式，對激勵錘加工與使用提出相應建議。（3）針對低應變和高應變錘擊力波形的不同，分別就兩者力的形態(tài)進行曲線擬合，給出力的推薦表達式。（

5、4）通過不同大小的錘樁匹配所產(chǎn)生的信號對比，分析了檢測時樁因素對錘擊力的影響，并對傳感器安裝位置、激勵錘的選擇與信號分析提出了相關注意事項。（5）對高應變試樁時的傳感器安裝方式進行分析比較，說明了各自優(yōu)缺點以及自由落錘安裝加速度計測力的正確性和優(yōu)越性。（6）分析討論了在錘體下落傾斜導致偏心敲擊時，錘體偏角、錘樁比、下落高度三因素對樁身傳感器的影響深度問題，并總結(jié)出傳感器安裝的一些注意事項。（7）比較了錘體偏角、錘樁比、下落高度對高應變錘擊后樁體能量的影響，有利于打樁效率和高應變錘擊能量的提高。（8）仿真模擬了廣東省建筑科學研究院研制的特大型組合式高應變重錘的錘擊力，對力的形態(tài)和螺桿作

6、了簡要的分析。72基樁動測理論基礎1.3碰撞錘擊力解析解2.1.1解析解推導基樁反射波法檢測是通過錘擊樁頂產(chǎn)生一激勵脈沖，使樁縱向振動，通過安裝在樁身的傳感器獲取信號，根據(jù)信號判斷樁身完整性與承載力。通常所用激勵錘有錘體和錘墊兩部分，錘體一般為鋼材，彈模E很大，錘墊質(zhì)量相對于錘體m很小，可近似視為無質(zhì)量的彈簧，剛度k為εk=F?=hh=hh（2-1）/EAEAεLLhh式中：Eh為錘墊彈模；Ah為錘墊面積；Lh為錘墊厚度。錘擊碰撞簡圖如圖2-1所示，將樁視為一維線彈性桿，錘視為質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)。錘以速度vh撞擊樁頂，uh為錘墊與樁頂接觸時算起的錘位移；up為樁位移。圖2-1錘擊碰撞簡圖

7、錘自身重力相對于錘擊力來說很小，故可忽略，所以力錘動力平衡方程F=mg+I≈I=?mu（2-2）h根據(jù)位移連續(xù)可得uh=up+F/k（2-3）8對式（2-3）求時間t二階導得：uh=up+F/k，代入（2-2）得F=?mu?mFk（2-4）p/F用樁應變來表示為??uEAuFEAEApppp=ε==FEAEApppppppppxct??p（2-5）式中：Ep為樁彈模；Ap為樁截面積；εp為樁頂應變；cp為樁縱波波速。結(jié)合式（2-4）