基桩低应变数值模拟及缺陷定量分析

摘要

桩基是目前应用最广泛的一种基础型式，尤其用于高层建筑、大型工业厂房以及地质条件不好的地段，其质量优劣直接关系到建筑物的使用年限和安全性能。基桩检测作为检验其质量好坏的关键步骤,担当着越来越重要的责任。因此，仅仅进行定性检测还远远不够，定量分析在评估基桩质量等级时也起着重要作用。目前，关于基桩定性检测还有很多不足之处，定量分析也没有一个统一的标准。
　　本文以应力波传播理论为基础，分析应力波在一维弹性杆中的传播规律，引入阻抗概念并讨论在变阻抗界面的不同反射情况，加入阻尼系数和刚度系数建立偏微分方程并求解。通过有限元 ANSYS/LSDYNA程序分析完整桩、单缺陷、多缺陷桩桩顶速度响应的变化，分析桩侧土阻尼、弹性模量、脉冲宽度、缺陷埋深等对应力波传播的影响。根据变阻抗界面处能量分配原则，得出能量分配与缺陷程度一一对应关系，采用正交试验法，选用数理统计表6L18(6?3)分析阻尼、弹性模量、激振冲量、桩身半径对应力波衰减的影响，得出阻尼是影响应力波衰减的关键因素，由此建立缺陷量化公式，并通过实例验证其可靠性。
　　研究表明测定桩顶某位置处的速度响应时域图，根据应力波反射规律和阻抗理论，可以初步判定缺陷基本类型，代入反射波峰值及所对应的时刻，可求缺陷量化程度。激振力脉冲宽度会对检测精度有一定影响，脉冲过宽则检测精度较低，脉冲过窄，则不易得到清晰的桩底反射。桩侧土阻尼和弹性模量对应力波波速影响都较小，可认为波速在桩身中的传播速度为定值，阻尼对应力波波幅衰减影响较大，弹性模量影响较小。通过正交试验得出桩侧土阻尼能显著影响波幅衰减，建立缺陷量化公式并通过数值模拟实例证明其可靠性。

目录

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3基桩检测常用方法及存在的问题

1.4 本文提出的缺陷量化思路及研究内容

第2章 低应变反射波法理论基础

2.1 一维波动方程的建立及求解

2.2 应力波在桩身中的传播规律

2.3阻尼作用下的波动方程的建立及求解

2.4 本章小结

第3章 应力波反射波法有限元数值分析

3.1 ANSYS/LS-DYNA程序简介

3.2 单元的选择和特性

3.3 模型尺寸及网格划分

3.4 桩土边界、接触的处理及激振力加载方式

3.5 完整桩的数值模拟

3.6 缺陷桩的数值模拟

3.7 多缺陷桩的数值模拟

3.8 本章小结

第4章 低应变反射波法影响因素分析

4.1 激振力脉冲宽度的影响

4.2 桩周土对应力波传播的影响

4.3缺陷埋置深度对波形的影响

4.4缺陷程度及缺陷厚度对波形的影响

4.5本章小结

第5章 基桩缺陷定量分析

5.1 缺陷量化分析原理

5.2应力波在桩身传播过程中能量衰减的分析

5.3 缺陷量化实例验证

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢