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钢管 混凝土管桩高应变检测方法

阅读：73发布：2020-05-20

专利汇可以提供钢管混凝土管桩高应变检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且钢管混凝土管桩高应变检测方法，包括如下步骤：在距钢管混凝土管桩桩顶1～3倍直径处管桩内外侧即管桩外侧的钢管外壁和管桩内侧的混凝土侧内壁分别设置两对高应变检测传感器，其包括冲击力传感器和冲击响应传感器，并通过导线连接到高应变检测仪器；锤击钢管混凝土管桩桩顶；利用高应变检测传感器来检测锤击桩顶作用下混凝土的波动信号，利用安装在管桩外侧钢管上的高应变检测传感器来检测锤击桩顶作用下钢管的波动信号；计算钢管混凝土管桩纵波波速并修正计算单桩承载力和桩身完整性系数。本发明解决两种材料组成的钢管混凝土管桩在锤击作用下高应变检测传感器安装和纵波波速的计算问题，并修正单桩承载力和桩身完整性系数。，下面是钢管混凝土管桩高应变检测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.钢管混凝土管桩高应变检测方法，其特征是，包括如下步骤：
1)在距钢管混凝土管桩桩顶1～3倍直径处管桩内外侧均预设传感器固定点，在传感器固定点附近预设导线孔，导线孔贯通管桩内外侧表面；
2)在管桩的传感器固定点上安装高应变检测传感器，即管桩外侧的钢管外壁和管桩内侧的混凝土内壁分别设置两对高应变检测传感器，该两对高应变检测传感器成180度布置；
高应变检测传感器包括冲击力传感器和冲击响应传感器；所述两对高应变检测传感器位于同一水平面上；高应变检测传感器导线通过预设导线孔穿出管桩外侧，并连接到高应变检测仪器上；
3)锤击钢管混凝土管桩桩顶；
4)利用安装在管桩混凝土内壁上的高应变检测传感器来检测锤击桩顶作用下混凝土的波动信号，同时利用安装在管桩钢管外壁上的高应变检测传感器来检测锤击桩顶作用下钢管的波动信号；
5)钢管混凝土管桩纵波以同一波速传波，波速计算方法为
其中，csc，钢管混凝土管桩的纵波波速；
As，钢管的横截面积，m2；
ρs，钢管的密度，kg/m3；
Gs，钢管的剪切模量，Pa；
λs，钢管的拉梅常数，Pa；
Ac，混凝土管的横截面积，m2；
ρc，混凝土管的密度，kg/m3；
Gc，混凝土管的剪切模量，Pa；
λc，混凝土管的拉梅常数，Pa；
6)修正钢管混凝土管桩的单桩轴向抗压承载力计算方法为
其中，R为修正的单桩轴向抗压承载力，kN；
J为阻尼系数，可以对比同条件下静载试验结果确定，或根据3根以上钢管混凝土管桩获得的高应变检测数据拟合计算确定，J的取值范围0.05～1.20；
t1，速度第一峰值对应的时刻，sec；
F(t1)，t1时刻的锤击力，kN；
V(t1)，t1时刻的质点速度，m/sec；
L，测点以下桩长，m；
Zsc，桩身截面力学阻抗，kN·sec/m；Zsc＝(EsAs+EcAc)/csc，Es和Ec分别为钢管和混凝土的弹性模量，Pa；
7)修正钢管混凝土管桩的桩身完整性系数计算方法为
其中，β为修正的桩身完整性系数；
tx为缺陷反射峰值对应的时刻，sec；
x为桩身缺陷至高应变检测传感器安装截面的距离，m；
Rx为缺陷以上部位土阻力的估计值，kN。
2.如权利要求1所述的钢管混凝土管桩高应变检测方法，其特征是，所述冲击力传感器为应变式力传感器；所述冲击响应传感器为加速度传感器。

说明书全文

钢管 混凝土管桩高应变检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及桩基工程、检测方法，尤其涉及钢管混凝土管桩高应变检测方法。

背景技术

[0002] 混凝土桩检测通常采用内窥检测方法、超声波检测方法、高应变检测法。

[0003] 如中国专利号200710042773.6公开的“钢管离心混凝土管桩完整性的内窥检测方法”，其是将摄像头悬垂于钢管离心混凝土管桩孔内，摄像头经防水电缆与计算机相连，摄像头上还连接有刻度绳尺，摄像头获得管桩孔内的信息并将摄像图像显示于计算机显示屏上并存储在存储器内；通过处理内窥摄影图像可得到管桩孔内地下水和土芯信息，以及管桩孔内混凝土表面质量信息；输入记录的施工资料可得到打桩过程和停锤信息，输入记录的地质资料可得到地层分布和地下水信息，输入受检测桩的特征参数；计算机对上述信息进行处理，对于受检测桩的全部缺陷汇总，计算受检测桩的完整性系数β。

[0004] 如中国专利号CN201310586974.8公开的“用于高速公路桩基的超声波检测钢管”。通过上述方式，本发明用于高速公路桩基的超声波检测钢管，结构简单，采用插接式连接，实用方便，具有放脱节、抗弯压、易安装的特点。

[0005] 高应变检测是用于混凝土桩检测的常用检测技术，是在混凝土桩顶下外侧对称安装高应变检测需要的传感器(包括冲击力和冲击响应传感器)，在桩顶受到冲击荷载作用时接受桩体内纵波信号，检测桩的承载力和是否有缺陷。

[0006] 以行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003所公开的高应变法为例，通过在钢管桩或混凝土管桩上安装冲击力和冲击响应时间测量传感器，采用凯司法判定钢管桩或混凝土管桩的桩承载力。

[0007] 但由两种材料构成的钢管混凝土管桩纵波的空间传播机制和波速计算方法尚未有公开报道。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种钢管混凝土管桩高应变检测方法，解决两种材料组成的钢管混凝土管桩在锤击作用下高应变检测传感器安装和纵波波速的计算问题，并修正单桩承载力和桩身完整性系数计算方法。

[0009] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：

[0010] 钢管混凝土管桩高应变检测方法，包括如下步骤：

[0011] 1)在距钢管混凝土管桩桩顶1～3倍直径处管桩内外侧均预设传感器固定点，在传感器固定点附近预设导线孔，导线孔贯通管桩内外侧表面；

[0012] 2)在管桩的传感器固定点上安装高应变检测传感器，即管桩外侧的钢管外壁和管桩内侧的混凝土内壁分别设置两对高应变检测传感器，该两对高应变检测传感器成180度布置；高应变检测传感器包括冲击力传感器即应变式力传感器和冲击响应传感器即加速度传感器；所述两对高应变检测传感器位于同一水平面上；高应变检测传感器导线通过预设导线孔穿出管桩外侧，并连接到高应变检测仪器上；

[0013] 3)锤击钢管混凝土管桩桩顶；

[0014] 4)利用安装在管桩内侧混凝土内壁上的高应变检测传感器来检测锤击桩顶作用下混凝土的波动信号，同时利用安装在管桩钢管外壁上的高应变检测传感器来检测锤击桩顶作用下钢管的波动信号；

[0015] 5)钢管混凝土管桩纵波以同一波速传波，波速计算方法为

[0016]

[0017] 其中，csc，钢管混凝土管桩的纵波传波；

[0018] As，钢管的横截面积，m2；

[0019] ρs，钢管的密度，kg/m3；

[0020] Gs，钢管的剪切模量，Pa；

[0021] λs，钢管的拉梅常数，Pa；

[0022] Ac，混凝土管的横截面积，m2；

[0023] ρc，混凝土管的密度，kg/m3；

[0024] Gc，混凝土管的剪切模量，Pa；

[0025] λc，混凝土管的拉梅常数，Pa；

[0026] 6)修正钢管混凝土管桩的单桩轴向抗压承载力计算方法为

[0027]

[0028] 其中，R为修正的单桩轴向抗压承载力，kN；

[0029] J为阻尼系数，可以对比同条件下静载试验结果确定，或根

[0030] 据3根以上钢管混凝土管桩获得的高应变检测数据拟合计算

[0031] 确定，J的取值范围0.05～1.20；

[0032] t1，为速度第一峰值对应的时刻，sec；

[0033] F(t1)，t1时刻的锤击力，kN；

[0034] V(t1)，t1时刻的质点速度，m/sec；

[0035] L，测点以下桩长，m；

[0036] Zsc，桩身截面力学阻抗，kN·sec/m；Zsc＝(EsAs+EcAc)/csc，Es和Ec分别为钢管和混凝土的弹性模量，Pa；

[0037] 7)修正钢管混凝土管桩的桩身完整性系数计算方法为

[0038]

[0039] 其中，β为修正的桩身完整性系数；

[0040] tx为缺陷反射峰值对应的时刻，sec；

[0041] x为桩身缺陷至高应变检测传感器安装截面的距离，m；

[0042] Rx为缺陷以上部位土阻力的估计值，kN。

[0043] 本发明的有益效果：

[0044] 现有的桩基高应变检测技术只给出单一材质桩基高应变检测方法，没有涉及主要由两种材料构成的钢管混凝土管桩的纵波波速的计算、高应变检测元件安装及高应变检测方法。

[0045] 本发明解决了两种材料组成的钢管混凝土管桩在锤击作用下高应变检测传感器安装和纵波波速的计算问题，并提供修正单桩承载力和桩身完整性系数计算方法，更加有利于推广钢管混凝土管桩这种新型构件。附图说明

[0046] 图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0047] 参见图1，本发明的钢管混凝土管桩高应变检测方法，包括如下步骤：

[0048] 1)钢管混凝土管桩100长度50m、直径800mm、钢管1的壁厚为20mm、混凝土管2的壁厚为130mm；在其桩顶下1.5m处管桩内侧混凝土管2中对称预设两组螺栓孔21、22作为传感器固定点。

[0049] 2)在桩顶下1.5m距传感器固定点等间距处预设导线孔101，导线孔101直径40mm、长度150mm，贯通管桩内外侧表面。

[0050] 3)在管桩内侧混凝土管2的传感器固定点上安装两组高应变检测传感器4、4’，每组包括冲击力和冲击响应传感器各一个；高应变检测传感器包括冲击力传感器即应变式力传感器和冲击响应传感器即加速度传感器；所述两组高应变检测传感器位于同一水平面上；

[0051] 4)在管桩内侧混凝土管2的传感器固定点21、22上安装高应变检测传感器4、4’后，其导线通过预设导线孔101穿出管桩外侧，并连接到高应变检测仪器3上。

[0052] 5)在桩顶下1.5m处管桩外侧钢管1上安装两组高应变检测传感器5、5’，每组包括冲击力传感器和冲击响应传感器各一个，其导线连接到高应变检测仪器3上。

[0053] 6)利用安装在管桩内侧混凝土管2预设固定点21、22上的两组高应变检测传感器4、4’来检测锤击桩顶作用下混凝土管2的波动信号，同时利用安装在管桩外侧钢管1上的两组高应变检测传感器5、5’来检测锤击作用下钢管1的波动信号。

[0054] 7)钢管1的横截面积As＝0.049m2，密度ρs＝7.85×103kg/m3，剪切模量Gs＝8.077×1010Pa，拉梅常数λs＝1.212×1011Pa；混凝土管2的横截面积Ac＝0.257m2，密度ρc＝2.40×
103kg/m3，剪切模量Gc＝1.583×1010Pa，拉梅常数λc＝1.055×1010Pa；则钢管混凝土管桩的纵波波速为

[0055]

[0056] 8)钢管和混凝土的弹性模量分别为Es＝2.1×1011Pa和Ec＝3.8×1010Pa；桩身截面力学阻抗Zsc＝(EsAs+EcAc)/csc＝4040kN·sec/m；阻尼系数取为J＝0.2；测得速度第一峰值对应的时刻t1＝0.003sec；测得t1时刻的锤击力和质点速度分别为F(t1)＝7000kN，V(t1)＝1.75m/sec；测点下桩长L＝48.5m，2L/csc＝0.020sec；测得t1+2L/csc时刻的锤击力和质点速度分别为F(t1+2L/csc)＝2000kN，V(t1+2L/csc)＝-0.25m/sec；按照修正计算方法，计算钢管混凝土管桩的单桩轴向抗压承载力为：

[0057]

[0058] 9)测得缺陷反射峰值对应的时刻为tx＝0.011，桩身缺陷至传感器安装截面的距离为x＝0.5(tx-t1)csc＝19.9m；缺陷以上部位土阻力的估计值为Rx＝1000kN，测得tx时刻的锤击力和质点速度分别为F(tx)＝3000kN，V(tx)＝0.75m/sec；按照修正计算方法，修正钢管混凝土管桩的桩身完整性系数为：

[0059]

[0060] 根据桩身完整性判定标准：

[0061]类别 β值
Ⅰ 1.0
Ⅱ 0.8≤β＜1.0
Ⅲ 0.6≤β＜0.8
Ⅳ β＜0.6

[0062] 可以判定本实施例钢管混凝土管桩为Ⅱ类桩。

[0063] 本发明可推广应用于钢管混凝土管桩在锤击作用下高应变检测问题。

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