基桩动测锤击效果的仿真研究

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1、度系数、变波阻抗发生位置、程度，还对不同形式波阻抗变化情况下的反演结果进行比较，对实验桩实测波形进行了分析[31]。陶莉应用计算机仿真了土阻力对低应变动测曲线的影响[32]。刘东甲研究了参数变化对完整桩反射波曲线的影响[33]。李挺研究了桩端土刚度和激振力频率因子对反射波曲线的影响[34]。1.3基桩动测振源研究基桩动测过程，具体由激励锤、基桩、传感器（拾振器）、线路、分析系统等五个环节组成。检测效果的好坏涉及到测试系统的诸多环节，振源也不例外，如宽脉冲振源会导致实测信号分辨率下降，影响微小缺陷的正常识别；窄脉冲信号不仅可能导致波形振荡而且会因穿透力弱而影响深部缺陷的测试等。王雪峰等

2、列出了多种振源实测力波的主要参数及不同传感器相应实测曲线的主要特征，并部分给出不同激发装置在工程桩和模型桩上的实测效果比较，分析了振源特性及其与传感器和桩的匹配关系，通过理论实践对比给出了标准力波的推荐形式[35]。刘晓波通过实际检测对不同激振源在基桩动测中的效应进行了比较[36]。陈久照等从弹性体的撞击理论出发导出了基桩低应变试验冲击力脉冲的解析解，探讨了低应变动力试桩对力锤的基本要求、力锤各参数与冲击脉冲幅值及频谱的关系等，并在此基础上设计了6个标准力锤搭配使用到工程检测中，但没有考虑桩的横向尺寸[37]。夏唐代等分析了落锤撞击地面的振动特性[38]，建立了落锤及土体的振动模型，

3、利用这一模型得到了振动体系的位移、速度及加速度，进一步通过傅立叶变换研究了振动体系的自功率谱。陈舜展分析了高应变动力检测法中自由落锤上安装加速度传感器的实践性及其应用[39]。陈放鸣等给出测量自由落锤的加速度换算高应变试桩的动力的简易法的基本原理、测试操作与工程应用，并且实践证明该法有效、可行[40]。6潘林有报导了温州某工程应用钢板片组合锤实施桩基高应变动测的经验与理论分析[41]。1.3本文工作及意义目前国内外对基桩动测力锤脉冲的研究多采用力传感器实测方法，缺乏系统的理论分析和仿真模拟计算，本文采用显式动力分析软件LS-DYNA对基桩动测的锤击效果进行仿真模拟计算，对比工程实测数

4、据结果总结出一些振源的规律与特征，以便用于工程实测，使基桩检测更加高效，使信号更加准确。本文具体工作如下：（1）在显式动力软件LS-DYNA和ANSYS隐式动力部分作比较的基础上，分析了显式动力计算波动问题的优势，并说明了LS-DYNA计算脉冲在桩体内传播的正确性和优越性。（2）通过比较力峰值、脉宽、主瓣宽度三个指标分析了锤体形状、材质、锤重、锤击面积、锤速、锤垫等因素对激振力的影响，与实测对比总结出相应的规律，并结合锤击力解析解总结出低应变锤击力的关系式，对激励锤加工与使用提出相应建议。（3）针对低应变和高应变锤击力波形的不同，分别就两者力的形态进行曲线拟合，给出力的推荐表达式。（

5、4）通过不同大小的锤桩匹配所产生的信号对比，分析了检测时桩因素对锤击力的影响，并对传感器安装位置、激励锤的选择与信号分析提出了相关注意事项。（5）对高应变试桩时的传感器安装方式进行分析比较，说明了各自优缺点以及自由落锤安装加速度计测力的正确性和优越性。（6）分析讨论了在锤体下落倾斜导致偏心敲击时，锤体偏角、锤桩比、下落高度三因素对桩身传感器的影响深度问题，并总结出传感器安装的一些注意事项。（7）比较了锤体偏角、锤桩比、下落高度对高应变锤击后桩体能量的影响，有利于打桩效率和高应变锤击能量的提高。（8）仿真模拟了广东省建筑科学研究院研制的特大型组合式高应变重锤的锤击力，对力的形态和螺杆作

6、了简要的分析。72基桩动测理论基础1.3碰撞锤击力解析解2.1.1解析解推导基桩反射波法检测是通过锤击桩顶产生一激励脉冲，使桩纵向振动，通过安装在桩身的传感器获取信号，根据信号判断桩身完整性与承载力。通常所用激励锤有锤体和锤垫两部分，锤体一般为钢材，弹模E很大，锤垫质量相对于锤体m很小，可近似视为无质量的弹簧，刚度k为εk=F∆=hh=hh（2-1）/EAEAεLLhh式中：Eh为锤垫弹模；Ah为锤垫面积；Lh为锤垫厚度。锤击碰撞简图如图2-1所示，将桩视为一维线弹性杆，锤视为质量-弹簧系统。锤以速度vh撞击桩顶，uh为锤垫与桩顶接触时算起的锤位移；up为桩位移。图2-1锤击碰撞简图

7、锤自身重力相对于锤击力来说很小，故可忽略，所以力锤动力平衡方程F=mg+I≈I=−mu（2-2）h根据位移连续可得uh=up+F/k（2-3）8对式（2-3）求时间t二阶导得：uh=up+F/k，代入（2-2）得F=−mu−mFk（2-4）p/F用桩应变来表示为∂∂uEAuFEAEApppp=ε==FEAEApppppppppxct∂∂p（2-5）式中：Ep为桩弹模；Ap为桩截面积；εp为桩顶应变；cp为桩纵波波速。结合式（2-4）