高应变法原理

一、填空题（20分，每题2分）

1、高应变测桩时，若遇到桩身某截面有缩颈或断裂，则会产生上行拉伸波；若桩侧某部位上阻力明显增大，会产生上行压缩。

2、高应变测桩时，应同时在桩身安装2只加速度传感器和2只应变传感器。

3、在实测曲线拟合时，一般采用力曲线或速度曲线或上行波曲线作为边界条件进行拟合。

4、目前采用的实测曲线拟合法程序中，桩的力学模型为一维连续杆模型。 5、高应变检测桩承载力时，若采用自由落锤，则锤重宜取桩预估极限承载力的1.0%－1.5%。

6、在实测曲线拟合法时，选用的土的最大弹性变形值Q不得超过相应桩单元的最大计算位移值。

7、高应变动测和低应变动测的根本区别在于：高应变测桩承载力时应使桩周土进入塑性状态，而低应变测桩只要有明显的桩底反射波形出现。 8、高应变动测中实测桩身应变值，通过F＝ε·E·A转换成力，式中E是桩身材料弹性横量，A为传感器安装处的桩身截面面积。

9、单桩垂直承载力在设计计算时应分别按桩身结构强度和地基土对桩的垂直支承力进行计算，取其小者。

10、高应变检桩分析过程中，判别桩身有严重缺陷和断桩时，β值应≤0.6。

二、选择题（20分，每题2分）

1. 关于高应变检测。请对下列各题选择最合适的答案（假设桩的

基桩检测方案

目录

一、工程概况 二、低应变动力测试 三、高应变动力测试 四、检测依据

五、项目负责人和组织管理机构 六、检测仪器和设备 七、检测条件 八、现场检测 九、资料收集和整理 十、检测工期

十一、检测结果评价和检测报告 十二、安全保证措施 十三、其他

桩基检测施工方案

一、工程概况：

1、工程名称： 2、 委托单位： 3 、建设单位： 4、 建设地点： 5、 勘察单位： 6、 设计单位： 7、 监理单位： 8、 施工单位： 9、 设计桩长： m 10、桩径： mm 11、砼强度： C80 二、

低应变动力测试

<一> 适用范围及检测目的

1、本方法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位

置，判定桩身完整性类别。

2、 本方法的有效检测桩长范围应通过现场试验确定。

<二> 检测工程量

1. 桩身完整

桩基施工手册 第9篇 第6章 高应变检测

第6章 高应变检测

高应变检测是当今国内外广泛使用的一种快速测桩技术，世界上许多国家和地区都已将此项技术列入有关规范或规程。我国目前的《建筑基桩检测技术规范》、交通部《港口工程桩基动测规范》以及上海市、广东、深圳、天津等许多地方规范、规程中均对桩的高应变检测技术作了规定,并将检测人员和单位的资质列入专项管理范围。 6.1 高应变检测功能

高应变检测是通过用重锤(或爆炸)冲击桩顶，使桩与土之间产生足够的相对位移，充分发挥桩周土阻力。同时通过安装在桩顶附近的应变和加速度传感器实测桩顶力和速度(位移)响应，进一步分析计算后可以得到桩、锤、土的许多有价值的数据。高应变具有以下主要功能：

1、从实测波形分析中可以得到桩身结构完整性资料，判断桩身质量性质、类别和确定缺损位置； 2、在应力波理论分析的基础上，可以得到桩的竖向抗压承载力(指地基土对桩的垂直支承力，下同)和土对桩的分层摩阻力，当桩顶冲击力足够大时，可以得出单桩竖向极限承载力；

3、通过对打

应变片的工作原理

将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。

即 ΔR/R= K×ε 在这里 R：应变片的原电阻值Ω ΔR：伸长或压缩所引起的电阻变化Ω K：比例常数(应变片常数) ε：应变

不同的金属材料有不同的比例常数K。铜铬合金的K值约为2。这样，应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。例如我们来计算1000×10?6的应变产生的电阻的变化。应变片的电阻值一般来说是120 欧姆，即

ΔR/120=2×1000×10-6 ΔR=120×2×1000×10?6= 0.24Ω

电阻变化率为 ΔR/R=0.24/120=0.002→0.2%

要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。为了对这种微小电阻变化进行测量，我们使用带有韦斯通

2017年建筑基桩低应变法检测理论考试试题 一、单选题

1. 低应变检测的目的是

A. 通过桩身内力及变形测试，测定桩身弯矩 B. 通过桩身内力及变形测试、测定桩侧、桩端阻力 C. 检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别 D. 检测灌注桩桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别 答案：C（JGJ106-2003第3.1.2）

2. 当采用低应变法或声波透射法检测时，受检桩混凝土强度至少达到 A.设计强度的70%，且不小于15MPa B.设计强度的30%，且不小于12MPa C.设计强度的70%，且不小于12MPa D.设计强度的30%，且不小于15MPa 答案：A（JGJ106-2003第3.2.6）

3.反射波法的理论基础是一维线弹性杆件模型，受检基桩的长细比应满足 A.＞10 B.≥10 C.≥5 D.＞5

答案：D（非规范）

4. 稳态激振设备应包括激振力可调、扫频范围为 的电磁式稳态激振器 A. 10～2000Hz B. 10～1500Hz C. 100～2000Hz D. 100～1500Hz

答案：A（JGJ106-2003第8.2.2）

5. 时域

如何观察和理解高应变实测曲线

这里的实测曲线，并非指原始的加速度信号与应变信号，而是分析过程中以叠加显示形式出现的力曲线、归一化后的速度曲线[F(t)及ZV(t)]和下行波曲线

与上行波曲线

。认真理解与分析两组四条曲线是所有后续处理与分析包括波动方程拟合分析的关键。“高应变现场测试技术及注意事项”一文（王雪峰等，国家科委成果办宜昌桩基动测研讨咨询会资料《桩基动测理论与实践》，P196-214）对其质量判断已有详尽介绍，这里仅作进一步补充与解释：

1、力曲线和速度曲线起始段的重合亦即良好的一致性是必须的，这是一维应力波理论的必然产物，但当

① 输入的传感器灵敏度不准确，弹性波速（或弹性模量）不合理时；

② 传感器安装不合理，安装部位材质较差或安装部位不合理时（离桩顶太近，离接桩部位太近，离地表太近）；

③ 打击力不够（尤其对于粗短的端承桩）或严重偏心时；

④ 锤垫过厚，信号过缓时；

⑤ 桩上部存在严重缺陷(包括扩颈)时；

⑥ 上部土层阻力较大时；

⑦利用柴油锤激发时（由于记录两条曲线的传感器低频响应不一样，在低幅值段，速度曲线往往略低于力曲线），二者的一致性未必能得到充分满足。

鉴于导致力曲线与速度曲线起始段不一致的因

daffg

·42

·

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1．2

弹塑性有限元分析及结果利用

传统的低周疲劳寿命分析采用线弹性分析应力结

果，在此基础上对其进行塑性修正，常用的Nuber公式为

εσ=K2

t

eS

(1)

其中:ε为应变幅值;σ为应力幅值;Kt为应力强度集中因子;e为名义应力幅值;S为名义应变幅值。对于发生较大范围塑性的情况，特别是试件存在缺口的情况适用Mertens－Dittmann法，即将式(1)坐标原点建

)

)

在σ=σe/ap，ε=εe/ap处，并令Kt=1得:

)

)

)

)

(σe－σ)(εp－ε)=(σ－σ)(ε－ε)

(2)

其中:εe，σe分别为弹性应变和弹性应力;εp为塑性应变幅;ap=Lp/Ly塑性集中系数或形状因子;Ly为引起第一次屈服的载荷;Lp为发生塑性失效时的载荷。

与采用线性结果进行修正相比，采用弹塑性有限元分析可以获得完整的模具应变－时间曲线。1．3循环应力应变曲线的获得

疲劳分析中使用的材料应变寿命公式为:

ε=ε+ε'b

tep=［σf(2Nf)］/E+ε'f(2Nf)

c

(3)

其中，εe为弹性应变幅值;2Nf为以反向计数的疲劳寿命;E为弹性模量，其他参数定义如下段分析。获得应变－寿命曲线的方法主要有常规实验法、四点关联法和通用斜率法等，但

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1．2

弹塑性有限元分析及结果利用

传统的低周疲劳寿命分析采用线弹性分析应力结

果，在此基础上对其进行塑性修正，常用的Nuber公式为

εσ=K2

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(1)

其中:ε为应变幅值;σ为应力幅值;Kt为应力强度集中因子;e为名义应力幅值;S为名义应变幅值。对于发生较大范围塑性的情况，特别是试件存在缺口的情况适用Mertens－Dittmann法，即将式(1)坐标原点建

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(2)

其中:εe，σe分别为弹性应变和弹性应力;εp为塑性应变幅;ap=Lp/Ly塑性集中系数或形状因子;Ly为引起第一次屈服的载荷;Lp为发生塑性失效时的载荷。

与采用线性结果进行修正相比，采用弹塑性有限元分析可以获得完整的模具应变－时间曲线。1．3循环应力应变曲线的获得

疲劳分析中使用的材料应变寿命公式为:

ε=ε+ε'b

tep=［σf(2Nf)］/E+ε'f(2Nf)

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(3)

其中，εe为弹性应变幅值;2Nf为以反向计数的疲劳寿命;E为弹性模量，其他参数定义如下段分析。获得应变－寿命曲线的方法主要有常规实验法、四点关联法和通用斜率法等，但

高应变动力试桩理论考核试题 一、选择题

<一>单项选择题（以下各题中只有一个正确答案，请选择正确答案的英文代码填写在答题卡相应的题号上，每题1分，多选、选错、不选均不能得分。）

1、混凝土桩的高应变动力试桩中，混凝土的最大应变一般在：

? A、10-5～10-4 ? B、10-4～10-3 ? C、10-3～10-2 ? D、10-2～10-1

2、如图示：高应变动力试桩中,在变阻抗截面处作用土阻力R1，Z1

? A、R1在1单元中产生上行压缩波，在2单元中产生下行拉伸波，且压缩波幅值大于拉伸波

幅值

? B、R1在1单元中产生上行拉伸波，在2单元中产生下行压缩波，且拉伸波幅值小于压缩波

幅值

? C、R1在1单元中产生上行压缩波，在2单元中产生下行拉伸波，且拉伸波幅值小于压缩波

幅值

? D、R1在1单元中产生上行压缩波，在2单元中产生下行拉伸波，且压缩波幅值小于拉伸波

幅值

3、下面关于Case法几种子方法的陈述正确的是：

? A、RAU法将桩端运动速度为零时的总阻力作为桩的检测承载力 ? B、RUN法由于扣除了桩中上部的侧阻力使计算结果偏于保守 ? C、RMN法适用于上升沿tr短，Quake值较大的桩

? D、RMX法适用于Quak

电阻应变片的结构及工作原理

电阻应变片的结构如图4-1-3所示，其中，

2 敏感栅是应变片中把应变量转换成电阻变化量的

4

敏感部分，它是用金属丝或半导体材料制成的单丝或栅状体。引线是从敏感栅引出电信号的丝状或带状导线。

3 5

1 (1)粘结剂：是具有一定电绝缘性能的粘结

材料，用它将敏感栅固定在基底上。

图4-1-3 电阻应变片

(2)覆盖层：用来保护敏感栅而覆盖在上面的

1-敏感栅；2-引线；3-粘结剂；

绝缘层。

4-覆盖层；5-基底

(3)基底：用以保护敏感栅，并固定引线的

几何形状和相对位置。

电阻应变片能将力学量转变为电学量是利用了金属导线的应变——电阻效应。我 们知道，金属导线的电阻R与其长度L成正比，与其截面积A成反比，即

R??式中?是导线的电阻率。

L (4-1-3) A如果导线沿其轴线方向受力产生形变，则其电阻值也随之发生变化，这一物理现象被称为金属导线的应变——电阻效应。为了说明产生这一效应的原因，可将式（4-1-3