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1、基 桩 高 应 变 法 动 测 试 验 实 用 技 术 张林海 上海锐欣仪器科技有限公司 张林海 上海锐欣仪器科技有限公司 http:/ 2013 年 4 月 基桩高应变法动测试验实用技术 上海锐欣仪器科技有限公司 - - 1目 录 第一章 高应变动测基础知识 第二章 高应变中的应力波理论 第三章 凯司法(CASE) 第四章 高应变试验现场实测 第五章 实测曲线拟合法 第六章 高应变动测试验中需注意的几个问题 基桩高应变法动测试验实用技术 上海锐欣仪器科技有限公司 - - 2第一章第一章 振动与波的基础知识振动与波的基础知识 1.1 机械振动机械振动 1机械振动的概念 是指物体或系统在平衡位置
2、附近以某种方式进行的往复运动。 2机械振动系统模型的组成：质量、弹簧和阻尼。如图 1.1。 3时不变与时变系统 时不变系统：质量、刚度和阻尼等参数不随时间变化的系统。 时变系统：质量、刚度和阻尼等参数随时间变化的系统。 4振动的分类 （1）按振动系统的结构参数特征分类： A线性振动：在确定性激励下线形系统的振动，其响应间的微分方程是线形的。 图 1.1 机械振动系统模型 B非线形振动：在任意性激励下非线形系统的振动，其响应间的微分方程是非线形的。 （2）按振动产生的原因分 A自由振动：当系统的平衡被初时扰动破坏后，仅在恢复力的作用下的振动。 B受迫振动：在外力干扰持续作用下的振动。 C自激振动
3、：激扰是在受系统本身振动控制的，当存在适当反馈的特性下，系统会自动激起定幅振动，一旦振动被抑制，激扰也随同消失。 （3）按系统自由度分 A单自由度系统振动：系统的几何位置仅需一个参数就能决定。 B多自由度系统振动：系统的几何位置仅需多个参数才能决定。 5简谐振动 （1）概念：物体或系统的振动物理量（u，v，a）是时间的正弦或余弦函数。 x=Asin（t +） =2/T=2f x：位移； A：振幅； T：周期； ：圆频率； f：频率； 基桩高应变法动测试验实用技术 上海锐欣仪器科技有限公司 - - 3t +：相位； ：初相位 （2）振幅、周期、频率 振幅：离开平衡位置的最大距离； 周期：振动一次
4、所需的时间； 频率：在 1 秒种内振动的次数。 2.2波动波动 应力波应力波 1。波动：任何连续介质内质点的振动都会向四周传播扩散，波动就是这种局部振动向四周的传播过程。 介质必须是连续的，波动中的质点仅在它们各自的平衡位置附近振动，并没有随振动的传播而流动。 2。弹性波：波在各种形态的连续介质中都可以生成。如果介质的应力应变始终处于其材料弹性范围内的波动，被称为弹性波。就可以应用弹性力学来进行描述。 3。应力波 声波 在固体中传播的弹性波称为应力波；在流体中传播的弹性波称为声波。 4。描述波动的几个常见概念； （1）波面和波前 波面： 波动过程中，介质中振动相位相同的个质点的连成的面称为波阵
5、面，简称波面。把波面中走在最前面的那个波面称为波前。 基桩高应变法动测试验实用技术 上海锐欣仪器科技有限公司 - - 4（2）体波和面波 体波：就是能够在弹性介质内部任何部位传播。体波有纵波（P 波）和横波（S 波）两种。 面波：只能沿弹性介质的表面进行传播。面波主要有 Rayleigh 波（R 波）和 Love 波两种。 （3）体波的分类 纵波：是指质点的振动方向与波动的传播方向相一致。纵波是一种伸缩运动， 只要介质在长度变化方面具有弹性性质，纵波就能在其中传播。因此纵波有可能在任何固体、液体和气体中传播。纵波的外形特征是具有“疏松”和“稠密”的区域，也称为疏密波。（在高应变和低应变动测试验
6、中，所研究的应力波都为纵波。） . 横波：是指质点的振动方向与波动的传播方向相垂直。 横波的外形特征是具有凸起的波峰和凹下的波谷。 基桩高应变法动测试验实用技术 上海锐欣仪器科技有限公司 - - 5（4）波动的几个基本参数 A波长：沿着波的传播方向，应力波在一个波动周期内所传播的距离；（=CT=C/f）。在纵波中波长是指相邻两个密部或疏部之间的距离。 B周期：完成一次完整波动所花的时间； C频率：在 1 秒种内完成完整波动的个数。 5。波动的基本描述方式 波动可以用运动和变形两种方式来描述。 （1）运动的参数：包括加速度 a、速度 v 和位移 U。 三者之间存在微积分的关系，可以相互换算： 基
7、桩高应变法动测试验实用技术 上海锐欣仪器科技有限公司 - - 6v = du/dt = adt a = dv/dt = d2U/dt2 U =vdt 图 2.1 加速度、速度和位移三者之间的关系 （2）波速与质点振动的速度的区别 波速与质点振动的速度有着本质的区别，切忌混为一谈。 质点运动速度（v）：是指单位时间里质点在其平衡点附近运动时的位移变化量。或：质点在其平衡点附近往复运动的速度。一般来说，只要变形没有超过材料的弹性限度，质点将不可能脱离介质，而只能其平衡点来回摆动运动。 波传播速度（C）：应力波沿桩身传播的运动速度。应力波的波前会跨越一系列质点，不断向前传播。 在高应变动测试验中，质
8、点运动速度（v）往往只有几个 m/s；而波传播速度（纵波），即波速（C）要达到几千 m/s，两者要相差几千倍。典型的值如表 1.1 所示。 表 1.1 典型的波速值 桩型 钻孔灌注桩 预制混凝土桩 预应力管桩 钢管桩 桩型 钻孔灌注桩 预制混凝土桩 预应力管桩 钢管桩 波速（m/s） 30003600 34003800 38004100 5100 TS: 102.4 TB: 0.0CAPWAPblowTS: 102.4 TB: 0.0TS: 102.4 TB: 0.0SET=6.096 mm基桩高应变法动测试验实用技术 上海锐欣仪器科技有限公司 - - 7表现在高应变实测曲线中，如图 2.2
9、所示。 F(t) “ V” =Z v V(t) 0 2L/C 图 2.2 波速：C=2L/T 质点运动速度：v 对应与 vZ 曲线上的值 v=V/Z，表示 t 时刻的质点运动状态。 （3）冲击脉冲（应力波）的时间域特征 冲击脉冲是一种外力作用，这种应力波的特点是：非对称的，短暂的。 峰值（Pmax）:脉冲的最大幅值 脉冲时间宽度(T): 整个冲击脉冲的持续时间。 波长（）：也就是脉冲在介质中的传播的长度。如果波的传播速度为 c,则： = cT = c/f Pmax 频率(f): 冲击脉冲的持续时间 T 的倒数: f = 1/T 时间 T 图 2.3 冲击脉冲 （4）变形的参数 包括应变、应力和
10、力 F（即一定范围内应力的总和） 在弹性范围内，材料中的应变和应力的关系取决于材料的弹性模量 E： 基桩高应变法动测试验实用技术 上海锐欣仪器科技有限公司 - - 8 = E 一定面积 A 范围内的作用力 F，严格来说应该在其面积内，对应力进行积分计算而得到。对于均匀的应力场或者已知其平均应力值，则可以直接计算： F = EA (4) 应力波的特性 应力波具有反射、透射、散射、叠加、弥散（衰减）等特性。 反射、透射： 当波传播到两种介质的阻抗变化分界面时，一部分从界面返回，形成反射波；另一部分进入到另一种介质，形成透射（折射）波。 .波的叠加原理 i. 两列波相遇后，仍然保持他们各自的特性（频率、波长、振幅、震动方向等）不变，并按照原来的方向继续前进，好象没有遇到过其它波一样。 ii. 在相遇区域内，任一点的振动为两列波
