采用弦式钢筋计标定桩身轴力时的方法改进(终稿)

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1、采用弦式钢筋计标定桩身轴力时的方法改进郅正华（河北建设勘察研究院有限公司石家庄　　050031）摘要:采用弦式钢筋计测试桩身应力需要在标定断面建立数学模型获得回归公式进而转换桩身轴力，计算过程较繁琐。本文提出了一种改进的方法，并与规范提供方法进行了对比，经验证采用实测应力直接拟合公式较规范方法更简洁，两种方法轴力转换结果基本一致。关键词:弦式钢筋计标定断面数学模型1前言应力测试中建立标定断面的数学模型是实现桩身轴力分析的基础，通常可以采用标定桩身弹性模量的方法，该方法已经在建筑基桩检测技术规范中有介绍。但采用弦式钢筋计标定桩身混凝土弹性模量除了需要给定已知荷载，还需要将实际测定

2、桩身标定断面的钢筋计频率转换成桩身应力再转换成桩身的应变，籍以建立回归关系，这既增加了建立数学模型的难度并可能产生难以预料的误差。本文探讨更为有效的标定方法并与规范方法进行对比。2规范提供的标定弹性模量法现行检测规范（JGJ106-2003）在附录a提供的标定断面数学模型建立方法有两种，其中一种是采用弦式传感器测量时，将钢筋计实测频率通过率定系数换算成力，再计算成与钢筋计断面处的混凝土应变相等的钢筋应变量，并回归轴力计算公式，主要过程如下：⑴计算钢筋力式1式中qi---计算的钢筋力（kN）；v0、vi---弦式钢筋计空载读数和加载读数（Hz）；α、β---传感器常数。⑵计算钢筋

3、计应变式2式中εi---计算的钢筋计应变；E0---钢筋计的弹性模量（MPa）为实测值或假定值；d---钢筋计直径（m）。⑶在标定断面处用桩顶已知荷载Q0i标定弹性模量式3式中A0---标定断面处桩身横截面积（m2）；Ei---与应变值对应的桩身等效弹性模量（kPa）；Q0i---标定断面处轴力，因标定断面靠近桩顶，一般直接采用桩顶荷载（kN）。因桩身混凝土本身并非完全弹性，故在加载过程中，Ei并非定值，而是随荷载（或应变）大小发生变化，为简化轴力计算过程，往往需要在此阶段根据试验数据拟合回归Ei与εi的函数关系，一般采用多项式拟合方式，形式如式5。⒁根据桩身某截面的应变计算桩

4、身轴力式4式中Qi---计算的轴力（kN）；Ai---测试截面的桩身横截面积（m2）。该式中的Ei由第3步拟合公式计算。可见采用弦式钢筋计按规范提供的方法，中间计算过程较繁琐，且在选定钢筋计的弹性模量式有一定的困难，容易带入人为误差。如果将计算过程整合叠加，会大大提高效率并降低计算过程出现误差和错误的几率，为探讨新方法的可行性，选用同一组数据进行试算验证。3改进的标定方法为避免选定钢筋计弹性模量标定轴力，可假定桩身截面与标定断面完全一致，则可直接建立荷载与钢筋力的关系，数学模型为：式5式中m---多项式次数，根据拟合结果选定；a、b、c---拟合公式常数。qi---为标定层各钢

5、筋计实测钢筋力的平均值。拟合过程可选专门的拟合工具，如CurveExpert软件，对比选择最佳拟合结果，拟合时，应注意设定Qi=0，qi=0的限制条件。4标定方法应用效果以下为某工程SZ-1试桩桩身标定断面的实测数据，桩径1000mm，钢筋计φ20mm，桩长53m。表1SZ-1桩标定断面处数据Q0i(kN)190028503800475057006650760085509500qi(kN)6.698.6410.5912.7014.8117.1319.5123.0224.97首先按规范的方法，进行数据处理。设钢筋计弹性模量E0=2.1*105MPa，分别计算应变和弹性模量，计算结

6、果见下表：表2桩标定断面处计算应变Q0i(kN)190028503800475057006650760085509500qi(kN)6.698.6410.5912.7014.8117.1319.5123.0224.97ε(*10-3)0.1010.1310.1610.1920.2240.260.2960.3490.378Ei(MPa)238482770530143314203233332608327223119431961为计算和对比方便，需拟合弹性模量与应变的关系，从实验曲线特征看，二者呈曲线关系，经选择最佳拟合效果，结果如下：式中实测应变值乘以1000代入，弹性模量单位为M

7、Pa。按规范介绍的方法，计算拟合的Qi值见表。按本文改进方法，对表1数据进行直接拟合，得到的公式如下：上述两种计算方法对标定断面的拟合结果见表3。表3两种方法拟合结果Qi(kN)190028503800475057006650760085509500规范法拟合值Qi（kN）205528263665463156276706772488669198相关系数r=0.9704,，标准差（弹性模量）：1201MPa本文法拟合值Qi（kN）19392811375247795744667774848611