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桥梁基桩完整性动力检测方法数值模拟研究

作　者: 王文杰
导　师: 蒋正红
学　校: 西南交通大学
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: 低应变反射波法弹性波阻尼基桩拟合方程
分类号: U443.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

基桩低应变反射波法具有轻便、快捷、经济、准确性较高等一系列优点在基桩完整性检测中占有及其重要的地位,近年来发展更为迅速。然而在当前的实际工程中,基桩缺陷的定位定量分析仍存在一定难度。结合目前低应变反射波法的研究状况,本文主要做了以下工作：建立了理想状态下弹性波在杆件中传播的一维波动理论方程,利用D’Alembert通解,得出弹性波传播时的上行波波速和下行波波速解,通过讨论杆件自由端和固定端条件对其在传播过程中的相互关系进行比对。依据波在一维介质中传播的波动方程及解析解,结合桩侧土阻尼情况,利用岩土工程有限元数值模拟软件ABAQUS中的显性分析法ABAQUS/Explicit,分别模拟出含有桩侧土的完整摩擦桩和完整端承桩,将得到的速度时域波形与在实际工程中检测到的完整基桩的速度时域波形比较,得出用此软件模拟弹性波在三维基桩中传播这一方法切实可行。利用数值模拟软件ABAQUS/Explicit,建立桩—土耦合条件下扩径桩模型,通过改变桩侧土或桩体本身的某一参数(弹性模量、土体密度、阻尼系数、扩径比例),得出各个参数的变化对反射波速度时域曲线的影响,通过拟合方程,找出规律,得出结论。建立实际工程中的浅部缺陷桩三维模型,将其与在工地上检测到的大头桩速度时域曲线对比,得出结论,大头桩浅部扩径是影响桩体浅部时域波形变化的一个充分非必要因素。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-18
  1.1 引言  11-13
    1.1.1 桩的承载机理及发展概况  11
    1.1.2 基桩检测的目的及意义  11-12
    1.1.3 基桩检测的常用方法及原理  12-13
  1.2 基桩动力检测技术发展及现状  13-17
    1.2.1 基桩动测检测技术发展史  13-14
    1.2.2 动力测试技术引入数值模拟方法  14-16
    1.2.3 动测检测技术发展现状  16-17
  1.3 本文研究的主要内容  17-18
第2章基桩低应变检测法的原理  18-31
  2.1 弹性波概述  18
    2.1.1 弹性波的基本概念  18
  2.2 弹性波传播基本原理  18-25
    2.2.1 弹性波传播的基本假定  18-19
    2.2.2 弹性波传播的微分方程  19-20
    2.2.3 弹性波在有限长度杆件中杆端的传播  20-22
    2.2.4 弹性波在不同波阻抗界面传播的反射和透射  22-24
    2.2.5 遇到杆件截面积有变化时的情况  24-25
  2.3 低应变桩基检测现场测试原理  25-28
    2.3.1 仪器设备  25-26
    2.3.2 现场测试方法  26-28
  2.4 资料分析与整理  28-31
    2.4.1 应力波在桩身传播时桩顶接收到的振动信号特征  28
    2.4.2 桩底反射信号识别与桩身波速的确定  28-29
    2.4.3 桩身缺陷及其位置的确定  29-30
    2.4.4 桩身完整性判定  30-31
第3章 ABAQUS简介及数值模拟  31-38
  3.1 ABAQUS软件总体简介  31
  3.2 显示算法简介  31-33
  3.3 ABAQUS/EXPLICIT程序求解步骤  33
  3.4 理想杆件三维模拟验证  33-38
    3.4.1 模型尺寸及参数设置  33-34
    3.4.2 求解边界条件  34-35
    3.4.3 求解时间计算  35
    3.4.4 模型网格划分  35-36
    3.4.5 激振类型的选择  36-38
第4章实际工程中完整桩桩—土三维模拟研究  38-52
  4.1 桩周土对检测结果的影响  38-40
  4.2 桩底土对检测结果的影响  40
  4.3 阻尼波动方程的建立  40-41
  4.4 桩基瞬态相应模型  41
  4.5 完整摩擦桩瞬态响应模型  41-47
    4.5.1 摩擦桩瞬态响应模型波动方程和边界条件  41-44
    4.5.2 模型参数设置  44-45
    4.5.3 波形对比  45-47
  4.6 完整端承桩瞬态响应模型  47-50
    4.6.1 端承桩瞬态响应模型波动方程和边界条件  47-48
    4.6.2 模型参数设置  48-49
    4.6.3 波形对比  49-50
  4.7 结论  50-52
第5章实际工程中扩径桩桩—土三维模拟研究  52-69
  5.1 研究问题的来源  52
  5.2 扩径桩桩—土建模及分析  52-66
    5.2.1 扩径桩的特征  52-53
    5.2.2 扩径桩的模拟及分析  53-66
  5.3 实际工程中扩径桩对比研究  66-69
    5.3.1 工程概况  66
    5.3.2 工程地质条件  66
    5.3.3 低应变数据采集及判定  66-67
    5.3.4 实际基桩三维模拟  67-68
    5.3.5 波形比对后的验证  68-69
第6章结论和建议  69-71
  6.1 结论  69
  6.2 建议  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-74

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