碼頭混凝土樁無損檢測(cè)數(shù)值研究

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1、第37卷第11期北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)Vo1．37NO．112011年11月JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYNOV．201l碼頭混凝土樁無損檢測(cè)數(shù)值研究季勇志，王元戰(zhàn)，王立強(qiáng)(1．天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津300072；2．中交廣州航道局有限公司，廣州510221；3．海軍工程大學(xué)天津校區(qū)，天津300450)摘要：采用在樁側(cè)施加豎向脈沖荷載的激振方式，對(duì)碼頭混凝土樁的無損檢測(cè)進(jìn)行仿真分析，得到仿真檢測(cè)信號(hào)．通過信號(hào)處理，獲取反映碼頭混凝土樁的完整性特征的濾波信號(hào)，并根據(jù)濾波信號(hào)對(duì)混凝土樁的完整性進(jìn)行判定．最后

2、將仿真分析曲線與實(shí)測(cè)曲線進(jìn)行對(duì)比，一致性較好，表明該碼頭混凝土樁檢測(cè)方法是可靠的，對(duì)提高碼頭混凝土樁無損檢測(cè)的準(zhǔn)確性具有重要意義．關(guān)鍵詞：碼頭；混凝土樁；無損檢測(cè)；信號(hào)處理中圖分類號(hào)：Tu753文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：0254—0037(2011)11—1729—04碼頭混凝土樁是組成碼頭樁基結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，支撐著整個(gè)碼頭的上部結(jié)構(gòu)和上面的人員以及各種物品的重量．在使用中，由于遭受大型船只的撞擊、海嘯的沖擊和地震的破壞，導(dǎo)致部分混凝土樁出現(xiàn)裂縫甚至斷裂等樁身缺陷．為確保碼頭安全，必須檢測(cè)碼頭混凝土樁的完整性．采用低應(yīng)變法檢測(cè)碼頭混凝土樁的完整性時(shí)

3、，碼頭的上部結(jié)構(gòu)不宜拆除．受到上部結(jié)構(gòu)約束的碼頭混凝土樁的檢測(cè)比無上部結(jié)構(gòu)的混凝土樁的檢測(cè)更加復(fù)雜“．因?yàn)闄z測(cè)時(shí)不僅要解決在樁頂上無法直接施加激振脈沖的問題，而且要排除上部結(jié)構(gòu)的干擾信號(hào)．這就構(gòu)成了碼頭混凝土樁無損檢測(cè)的獨(dú)特性和復(fù)雜性，成為樁基檢測(cè)行業(yè)的技術(shù)難題．所以，對(duì)碼頭混凝土樁的無損檢測(cè)進(jìn)行仿真分析和方法研究，具有實(shí)際的工程意義．1碼頭混凝土樁的無損檢測(cè)1．1碼頭單樁的無損檢測(cè)碼頭單樁指打樁后不久的碼頭混凝土樁，無上部結(jié)構(gòu)．由于是預(yù)制樁，一般不考慮單樁樁身的縮頸或擴(kuò)頸缺陷．但是，一些碼頭單樁在受到停靠船只的嚴(yán)重撞擊后可能出現(xiàn)樁身斷裂的缺陷．

4、在不考慮樁周土體的影響下，對(duì)0．4inx0．4m×20In的碼頭完整單樁采用低應(yīng)變法進(jìn)行檢測(cè)．樁頂?shù)乃矐B(tài)縱向激振力采用升余弦脈沖p(t)模擬)：J專(1-cos爭(zhēng))(1)【0t<0或t>T式中，，為激振力的沖量，0．5N·s；T為作用時(shí)間，取1．0ms．仿真求解得到樁頂質(zhì)點(diǎn)的縱向速度一時(shí)程檢測(cè)信號(hào)如圖1所示．從圖中可以清楚地看到樁底反射信號(hào)，由于在振動(dòng)中激振能量的衰減，導(dǎo)致樁底反射峰值小于開始的激振脈沖峰值．收稿13期：2009—10—19．基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No．50779043)．作者簡(jiǎn)介：季勇志(1973一)，男，石家莊人

5、，博士研究生，工程師通信作者：王元戰(zhàn)(1958一)，男，天津人，教授，博士生導(dǎo)師．北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)1．2碼頭樁基的無損檢測(cè)碼頭樁基結(jié)構(gòu)有限元模型如圖2所示，面板、縱上部結(jié)構(gòu)(包括面板和縱橫梁)橫梁、樁帽和基樁連接為一個(gè)整體．碼頭樁基結(jié)構(gòu)的混凝土樁(樁的頂部有樁帽)外形尺寸和材料參數(shù)見表1．《港口工程樁基動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》(JTJ249-2001)樁側(cè)土第4．3．6條規(guī)定：上部有承臺(tái)樁的檢測(cè)，可采用樁側(cè)豎向激振或承臺(tái)面樁內(nèi)范圍重錘豎向激振，并采用樁側(cè)安裝加速度傳感器接收信號(hào)的方法進(jìn)行．所以，可樁底土采用樁側(cè)豎向激振的方式進(jìn)行碼頭混凝土樁的無損檢測(cè)．在距

6、樁頂1m的樁身上植入剛度匹配的連接塊。。，然后在樁側(cè)施加P(t)對(duì)碼頭混凝土樁進(jìn)行無圖2碼頭樁基結(jié)構(gòu)模型Fig．2Wharfpilefoundationmodel損檢測(cè)．表1碼頭樁基結(jié)構(gòu)的外形尺寸和材料參數(shù)Table1Sizeandmaterialparametersofthewharfpile~undation對(duì)于樁身完整的情況，仿真分析得到的縱向速度一時(shí)程檢測(cè)信號(hào)如圖3．對(duì)于樁身有縮頸缺陷的情況，將縮頸缺陷定義在距樁底3m處(向下長(zhǎng)度為3m)，仿真分析得出的縱向速度一時(shí)程檢測(cè)信號(hào)如圖4．從圖3、4的檢測(cè)信號(hào)中，可以看到靠近樁頂?shù)念愃茢U(kuò)頸現(xiàn)象的

7、反射信號(hào)，這是由上部結(jié)構(gòu)的干擾所致．但從圖4很難直接確定縮頸反射的具體位置．f量呂三呂＼}ms圖3碼頭混凝土完整樁的檢測(cè)信號(hào)P圖4碼頭混凝土縮頸樁的檢測(cè)信號(hào)PFig．3TestsignalP2ofthewharfconcretepileFig．4TestsignalP3ofthewharfconcreteneckedpile1．3碼頭樁基檢測(cè)的信號(hào)處理為了更加準(zhǔn)確地判定碼頭混凝土樁的完整性，對(duì)上述碼頭混凝土樁檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行了信號(hào)處理．首先，從碼頭混凝土完整樁的檢測(cè)信號(hào)P中分離無土完整單樁的檢測(cè)信號(hào)P，得到上部結(jié)構(gòu)和土的干擾信號(hào)P，見圖5．其次，從碼

8、頭混凝土縮頸樁的檢測(cè)信號(hào)P，中分離P，得到碼頭混凝土縮頸樁的濾波信號(hào)P，見圖6．最后，根據(jù)P判定缺陷樁的缺陷類型為縮頸，并且達(dá)到速度波第