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1、目 录目 录.1 摘要.2 1 说明.3 2 回顾分段卸载点法.3 3 结构阻尼概念.7 4 实例研究.11 4.1 台北郊外的一个建筑工程.11 4.2 桩应变测量.16 4.2.1 桩 S81.16 4.2.2 桩 S74.18 4.2.3 桩 S72 和 S66.22 4.3 日本大阪.23 5.总结.26 References.27静动法测试桩的承载力评价静动法测试桩的承载力评价摘要：一种过去用在短桩的静动法测试方法，已经开始推广到长桩上。这种方法基于静动法桩加载测试结果，常用于桩承载能力估价的结构阻尼概念中。类似与长桩过程中的分段卸载点法.桩身长度被分成若干个部分，每一部分被看做是单
2、独的自由度的集合。 结构阻尼概念应用在每一部分，来计算相关的土壤位移阻尼而不是速度阻尼 I 这种解释方法需要桩身不同位置的仪器应变计量数据. 本文中三个实例就是用来研究这种方法的有效性和实用性的。我们把预期结果同已有的实验或分析数据进行比较。关键词: 桩身承载力; 静动法桩加载试验; 结构阻尼; 卸载点法; 分段卸载点法. 1 说明自从 1988 年出现以后，静动法桩加载试验被岩土工程师广泛的应用。相比其他的传统的静载法，静动法是一种更快捷，更有效的桩加载测试方法。静动法加载测试包含短期加载的应用 静动法设备内部固体燃料的燃烧产生高压气体和伴随的作用力产生向上的加速度。大小相等方向相反的作用力
3、也作用在桩上。卸载点法是最经常用到的为确定等效静承载力的方法。UPM 的关键在于确定能够测量桩端荷载曲线的卸载点，在这种解释方法中假设了最大位移或者最大荷载下的常静土阻力但是，固定端或者相关的长桩不符合 UPM 准则。随着桩长的增加，桩端之间会发生位移延迟，不符合刚体假设。这种情况也发生在端支承条件下，该条件下靠近桩底部分不能和顶部一起运动。 因此，静动法测试长桩或者固定端桩时，这种分段卸载点法应运而生。尽管 UPM 和 SUPM 已经成功应用静动法测量短桩和长桩承载力评价中，Ealy 和 Justason 在研究中发现基于 UPM 所取的大体静态曲线却不能精确地反映测试结果。他们同时认为这种
4、相关性测试上阻尼概念比 UPM 会略微精确。因此,在使用 SUPM 中，长桩承载力评价也会被影响。基于结构阻尼的各种不同解译法用在本文中，而结构阻尼概念过去被推荐并成功用于短桩承载力评价中。本方法中，相关的位移是土壤位移阻尼而不是UPM中的速度阻尼确定。因此，岩土反作用力可直接从加载位移曲线测量出来。本文中，提及的SD概念是lewis提出推广的的分段法。为了保持相同的SUPM过程，SD恢复力的每一部分被用到。本文中三个STN测试，提及的方法被用来检测SD概念。2 回顾分段卸载点法评价STN加载位移曲线的步骤经常基于简易桩和土模型，这种模型在加载和卸载阶段通过刚体的转移定义。如图一，理想状态下，
5、桩看成刚体，土看成线性阻尼系统。弹簧代表静态土的响应，包括桩的弹性变形。阻尼器用动态电阻表示，取决于桩的渗透率。荷载加载历史和桩顶垂直位移是分别用传感器和激光测距仪得到荷载位移曲线。UPM普遍用来说明荷载位移曲线。通过图表一中的理想桩土系统平衡，我们得出如下公式其中，是测得的 STN 荷载，指土壤阻力，是静土阻力；是土的阻尼力；是桩的惯性力。此外，k 是土弹性刚度；c 是土阻尼因素；m 是桩身质量；是测量位移；是速度；是加速度。公式一还能表示为：或者在卸载点上，速度和阻尼力都为0，取最大值，然后得出，（在卸载点处） 图1. 卸载点法中的土桩模型此外，在最大加载点处,其中，是 STN 加载最大值
6、，和分别表示 STN 加载最大值时速度和加速度。因此，通过公式2和公式3可以得出阻尼值公式：确定阻尼值后，就可以得到静土阻力。因此，通过和，可以得到荷载位移曲线，并且得到了静态土阻力评价的位移函数。如前所述，在 UPM 中，假设的刚体运动不适用活动端或固定端桩。使用中为了评价 UPM 对于特定的桩的实用性，我们引入一个参数“波数” ，。用来衡量桩的灵活性和其中 T 是 STN 时间; E 是杨氏桩模量; R 为桩的密度; L 为桩长;CP 是主要的桩波速。对于 Nw 12的长桩;UPM 的准确性恶化和一般的方法变得不可靠。据刘易斯，UPM 也许可以推广到节段 UPM 应用在长桩中。该 SUPM
7、 分为几个桩侧段和假定每个行为的桩段作为一个单自由度的质量。该方法需要应变轴的不同层次的仪表数据。说明关于 SUPM 给出如下： 根据公式图2 测得的 STN 力的第 i 部分如下计算：其中为测量应变;为弹性模量桩;和是桩截面积。假设 STN 采用在桩顶荷载 ，然后 STN 力可以做如下表示： 同样，每一部分 i 的弹性变形可表示为 提供的和桩顶位移，;这些可以直接测量，第 i 部分可以写成图2.桩土系统分段模型随后，计算第 i 个位移段可表示为 一旦每个区段的位移是已知的，各段速度和加速度成为第一和二阶导数的相同时间下的段位移。 假设 STN 和静载荷是等同的最低的部分（图2） ，即 然后派
8、生静负荷可通过总结计算派生静态响应分开的部分下面的公式给出. 公式2中笔者用 SD 阻尼力取代了土壤阻尼力。短桩 STN 测试得到的力。因此，公式（2）可改写为：同样，SD 恢复力也适用于本文，以取代长桩分析的各部分的土阻尼力。因此，对每个部分，我们有 在第三部分中将详细的推导或。3 结构阻尼概念传统上，SD 恢复力的形式假定为：其中 x 为位移，是 SD 常数。和 X 复数频率函数，。公式中，通过虚部 i，位移相乘。 如图3所示， （8）产生的力的方向，逆时针旋转90度，如图3所示。这个假设在最大粒子速度允许的 sd 力与位移成比例。对于正或负值频率，相应的 SD 力提前或滞后位移90度。这
9、种情况导致了一个不确定根值存在于简单的弹簧质量系统的运动方程中，该方程可表示为:图3 前期结构阻尼模型上面公式的根用公式8 计算得到，这个根导致了阻尼的负值和正值。为了克服 SD 概念的缺点，Bronowicki 提出了对 SD 的重新定义，该定义同样可以在时域应用中使用。他的定义在两个频方向上产生了正阻尼运动。如图 3 所示，SD 恢复力可以被如下表示：其中，表示 SD，是频域下的位移，是 Papoulis 提出的差分滤波器，可被表示为如下：这个滤波器提供了阻尼力，如图4 所示：该阻尼力在任何给定的非零频率中提前位移90。图 4 Bronowicki 提出的结构阻尼模型将公式2应用到时域中，
10、我们可以计算它的次傅里叶卷积公式转变为：另外，在傅里叶公式转变之后，滤波器的脉冲响应为：因此，为了计算瞬力，我们可以把一个已知的时间函数转变为：其中，总和基于所得位于和时间关系的所有荷载持续时间之和。此外，公式24中唯一的未知数为 SD 常量，。Bronowicki 将一个周期、一个自由度的振荡所产生的能量消耗定义为：由于 STN 装载测试所得的荷载-位移曲线不是一个闭合曲线，能量消散的计算是结合了所得荷载-位移曲线所围住的区域以及垂直轴，如图5b 所示。图5 a 一个典型的回滞环 b 典型 STN 测试荷载-位移曲线其中，假设运动的振幅为最大位移，图5b 中也已给出。4 实例研究为了验证 S
11、D 法，我们分析了三个 STN 装载测试的实例研究，并与 UPM 和SUPM 的结果进行了比较。在下面部分将给出验证结果。4.1 台北郊外的一个建筑工程在2002年，我们在台北郊外的一个钻孔桩上进行了 STN 荷载测试。桩身直径为1.2m，长度12.4m，插入岩层部分长度为5m。图6 显示了这里的土质条件。测量器被安装在桩身深度1.5、7、9.2和11.4m 处，为了测量应变。图7表示了实验加载以及位移和时间的关系。测试中荷载持续时间大约为0.17s。不同的阻尼值下，预期值和测量值如图8所示。除了根据 UPM 所得的结果，图 8还显示了所得静载-位移曲线对阻尼常量的灵敏度。阻尼常量的变化对于荷
12、载-位移曲线形状的变化有着很大的影响。图 6 该地土质条件图7 所测桩顶荷载位移-时间曲线Mullins 等人对所选阻尼常量是怎样对所得结果产生影响这个问题进行了研究。 图 9给出了测量、UPM、SUPM 以及本文方法中得到的荷载-位移曲线。SUPM 和本文方法得到的荷载-位移曲线的趋向很相近。图8 阻尼值对 UPM 结果的影响（台北郊外案例）图9 预期结果和测量结果（台北郊外案例）桩径为1.5m 的桩长度为46-81m。桩径为2m 的桩长度为57-81m。所有的桩都在砂岩中打入5-33m 的深度。表1 中给出了这个地方的地质条件。我们在6个桩上进行了 STN 荷载测试。此外，在其中两个桩上进
13、行了传统的静载测试，这两个桩桩长分别为81m 和74m。表 2中给出了测试桩的详细信息。STN 测试中使用了砾石捕捉系统。在这6个桩中的4个中安装了应变测量器来测量沿桩身的荷载传递。STN 是通过桩顶内部的测力器测得的，桩的沉降是用激光沉降测量系统监视的。对于静载测试，在测试桩周围用了四个锚桩。锚桩桩径也为1.5m，用的是反循环或实验法安装。在所测桩身上安装了钢筋笼，为了测量桩身上的荷载分布。实验项目的目的是为了证实桩身的设计承载力，以及比较两个不同测试方法所得的结果。表1 台北市区工程项目的土壤性质表2 台北市区工程项目中测试桩信息我们只有对四个桩进行了应变测量，并在接下来进行了讨论：4.2 桩应变测量4.2.1 桩 S81在 STN 测试19天后我们进行了静载测试。应变测量器被安装在地表下深度为2
