低应变桩基检测数值模拟研究及多缺陷小波分析

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随着我国建筑工程事业的蓬勃发展,桩基础已成为一种重要的基础形式。但是许多机械成孔的混凝土灌注桩常出现缩颈、离析、断裂等缺陷,影响桩基承载力及上部结构的安全,严重者甚至使基桩失去承载能力。因此,桩基的完整性检测是工程界十分关心的问题。低应变反射波法是目前最常用的桩基完整性检测法,资料分析方法主要靠时域图和频域图直观分辨,定性评价,很多情况下其精度和可靠性不能满足工程需要。为改进目前存在的一些问题,本文采用理论分析、数值模拟和现场测试相结合的方法。研究内容和研究成果主要包括以下几个方面:  (1)在数值模拟方面,本文利用ANSYS/LS-DYNA软件建立桩基检测模型。发现用它得到的反射波信号比使用ABAQUS软件得到的信号包含的干扰信号较少,从而使用它能更加准确地判断桩长和缺陷的位置。为了能对现场测试数据进行很好地处理,根据MATALB中图形用户界面GUI的设计原则和一般制作步骤编制出一道低应变反射波法桩基检测数据分析软件。该软件除了能够求出速度时程曲线、速度幅频图以及对信号进行滤波处理外,它的主要特色包括:把所有的处理结果都放在一个界面内显示,从而使界面更加友好;可以对某测点检测得到的加速度时程曲线叠加求平均(对不理想的信号可以直接删除后求平均),这样可以降低信号的信噪比;在幅频图的基础上求出倒频谱图,从而为准确地判断桩长和缺陷的位置提供依据。  (2)通过改变桩长、桩径、弹性波速、落锤高度、锤子材料和桩土阻尼系数六个参数的值,除了得到它们与桩底反射波振幅之间的定性关系外,研究还发现了它们与频率之间的定性关系,利用它们可以为实际工程中准确地判断桩长及缺陷的位置和类型提供可靠的依据。  (3)为了解决目前存在的利用时域图和频域图的直观分辨不能准确地判断桩身多缺陷的位置和类型这个问题,本文通过在MATLAB小波工具箱中选择比较合适的小波基函数对用数值模拟得到的多缺陷桩基检测数据进行小波变换,发现从变换后得到的时-频细节信息和小波系数线及其最大值中可以得到反映桩身中应力波传播的更多有用信息,消除了由实测信号直接读取反射波特性所存在的误差,从而准确地判断出桩长及缺陷的类型和位置。
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