【摘要】：低應(yīng)變反射波法是測(cè)試基樁完整性的一種常用方法。該方法已經(jīng)發(fā)展了近百年,在理論分析和測(cè)試系統(tǒng)方面上的研究已經(jīng)取得豐碩的成果,已經(jīng)在我國(guó)的市政房建工程和公路水運(yùn)工程中被廣泛應(yīng)用。然而,其傳統(tǒng)分析方法需要進(jìn)行大量假定,未能考慮樁-土體系的耦合作用、樁身材料阻尼和橫向慣性效應(yīng)的影響,難以在實(shí)際工程中準(zhǔn)確地定量分析基樁缺陷。受到實(shí)際工程中測(cè)試噪音、基樁結(jié)構(gòu)參數(shù)變異性、激振參數(shù)變異性和地質(zhì)參數(shù)變異性的疊加作用,低應(yīng)變反射波法的缺陷分析結(jié)果具有不確定性,這可能會(huì)造成基樁完整性分類的誤判。本文在實(shí)心混凝土樁損傷識(shí)別確定性分析和可靠度分析方面作一嘗試。借鑒結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別概率分析的思想,在基樁動(dòng)測(cè)的低應(yīng)變反射波法、損傷識(shí)別動(dòng)力指紋法辨識(shí)原理和結(jié)構(gòu)可靠度理論的基礎(chǔ)上系統(tǒng)開(kāi)展了基于低應(yīng)變反射波法的實(shí)心混凝土樁損傷識(shí)別可靠度方法研究,主要工作包括以下幾個(gè)方面:(1)扼要介紹了基樁的發(fā)展歷史和低應(yīng)變反射波法的基本原理、測(cè)試系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和分析方法等情況。系統(tǒng)介紹了結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別概率分析的研究現(xiàn)狀。(2)詳細(xì)介紹了低應(yīng)變反射波法的激振特性,包括激振的脈沖函數(shù)、脈沖寬度和激振力幅值。重點(diǎn)介紹了基于D’Alembert解的一維彈性桿行波法和有限元法,并討論了這兩種方法的適用性和局限性。在平面應(yīng)變土體模型的基礎(chǔ)上,綜合考慮樁-土體系耦合振動(dòng)、樁身材料阻尼及樁身橫向慣性效應(yīng)等因素,獲得一維彈性桿運(yùn)動(dòng)方程的時(shí)域解答,發(fā)展了考慮樁-土耦合作用的基樁動(dòng)力問(wèn)題解析解法。通過(guò)對(duì)比分析不同工況下的數(shù)值算例,檢驗(yàn)了考慮樁-土耦合作用的基樁動(dòng)力問(wèn)題解析解法的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。(3)介紹了基樁損傷識(shí)別的研究現(xiàn)狀。借鑒結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別動(dòng)力指紋法的思想,提出了基樁損傷識(shí)別低應(yīng)變反射波動(dòng)力指紋法的概念。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合考慮樁-土耦合作用的基樁動(dòng)力問(wèn)題解析解法和基樁動(dòng)測(cè)低應(yīng)變反射波法,建立了基樁損傷程度與低應(yīng)變反射波動(dòng)力指紋之間的定量關(guān)系,提出了基樁損傷識(shí)別的低應(yīng)變反射波動(dòng)力指紋法,有效解決了基樁損傷程度的定量分析問(wèn)題。通過(guò)進(jìn)行室內(nèi)帶缺陷基樁模型試驗(yàn)和不同損傷工況的數(shù)值試驗(yàn),檢驗(yàn)了基樁損傷識(shí)別的低應(yīng)變反射波動(dòng)力指紋法的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。(4)借鑒結(jié)構(gòu)可靠度理論,明確給出了基樁損傷識(shí)別可靠度的嚴(yán)格定義。綜合考慮激振荷載參數(shù)、基樁結(jié)構(gòu)參數(shù)和地基參數(shù)的變異性以及測(cè)試噪音等因素,結(jié)合確定性基樁損傷識(shí)別的低應(yīng)變反射波動(dòng)力指紋法以及隨機(jī)分析的響應(yīng)面法-蒙特卡羅方法,系統(tǒng)提出了一套基于低應(yīng)變反射波法的基樁損傷識(shí)別可靠度方法,解決了給定損傷識(shí)別精度下基樁損傷識(shí)別可靠度的計(jì)算問(wèn)題,以及給定損傷識(shí)別可靠度下基樁損傷識(shí)別的精度問(wèn)題。結(jié)合傳統(tǒng)基樁完整性分類方法和所提出的基樁損傷識(shí)別可靠度方法,通過(guò)基樁完整性分類的概率分析,提出了概率意義下的基樁完整性分類方法,從而完善了基樁完整性分類標(biāo)準(zhǔn),使基樁完整性分類更加合理。通過(guò)數(shù)值算例和工程實(shí)例檢驗(yàn)了基樁損傷識(shí)別可靠度方法和基樁完整性分類判定概率分析方法的有效性,以及概率意義下基樁完整性分類方法的優(yōu)越性。本文的創(chuàng)新點(diǎn)包括:(1)在平面應(yīng)變土體模型的基礎(chǔ)上,綜合考慮樁-土體系耦合振動(dòng)、樁身材料阻尼及樁身橫向慣性效應(yīng)等因素,獲得一維彈性桿運(yùn)動(dòng)方程的時(shí)域解答,發(fā)展了考慮樁-土耦合作用的基樁動(dòng)力問(wèn)題解析解法。(2)結(jié)合考慮樁-土耦合作用的基樁動(dòng)力問(wèn)題解析解法和基樁動(dòng)測(cè)低應(yīng)變反射波法,建立了基樁損傷程度與低應(yīng)變反射波動(dòng)力指紋之間的定量關(guān)系,提出了基樁損傷識(shí)別的低應(yīng)變反射波動(dòng)力指紋法。(3)綜合考慮激振荷載參數(shù)、基樁結(jié)構(gòu)參數(shù)和地基參數(shù)的變異性以及測(cè)試噪音等因素,結(jié)合確定性基樁損傷識(shí)別的低應(yīng)變反射波動(dòng)力指紋法以及隨機(jī)分析的響應(yīng)面法-蒙特卡羅方法,系統(tǒng)提出了一套基于低應(yīng)變反射波法的基樁損傷識(shí)別可靠度方法,解決了給定損傷識(shí)別精度下基樁損傷識(shí)別可靠度的計(jì)算問(wèn)題,以及給定損傷識(shí)別可靠度下基樁損傷識(shí)別的精度問(wèn)題。結(jié)合傳統(tǒng)基樁完整性分類方法和所提出的基樁損傷識(shí)別可靠度方法,通過(guò)基樁完整性分類的概率分析,提出了概率意義下的基樁完整性分類方法,從而完善了基樁完整性分類標(biāo)準(zhǔn),使基樁完整性分類更加合理。通過(guò)數(shù)值算例和工程實(shí)例檢驗(yàn)了基樁損傷識(shí)別可靠度方法和基樁完整性分類判定概率分析方法的有效性,以及概率意義下基樁完整性分類方法的優(yōu)越性。
【圖文】：

造成嚴(yán)重的質(zhì)量事故[1-26]。樁作為支撐上部結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性具有至關(guān)重要的作用。期間受到越來(lái)越大交通流量的超負(fù)荷作用和臺(tái)風(fēng)、地震、海水侵蝕等自然形成了各種損傷如圖 1-1 和圖 1-2，同時(shí)給結(jié)構(gòu)帶來(lái)了非常大的安全隱患隱蔽工程，如果存在大量缺陷樁而沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這很可能會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)使全隱患。當(dāng)出現(xiàn)安全質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，樁基礎(chǔ)處理措施的難度也比較大。因此損傷實(shí)施有效的測(cè)試是保證結(jié)構(gòu)安全使用、安全維護(hù)和安全管理的必要技證樁基礎(chǔ)的安全可靠性，需要在樁基礎(chǔ)全范圍內(nèi)包括非可視范圍進(jìn)行相應(yīng)般采用無(wú)損的動(dòng)力測(cè)試方法來(lái)檢測(cè)混凝土樁的損傷情況，雖然這類方法在理論方面和動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試實(shí)踐方面積累了一定成果，但是還存在著許多亟。因此，如何通過(guò)無(wú)損動(dòng)力測(cè)試方法來(lái)快速準(zhǔn)確的識(shí)別混凝土樁損傷情況外學(xué)者和工程技術(shù)人員的研究熱點(diǎn)，也是目前土木工程界非常關(guān)注的問(wèn)題

圖 1-2 斷樁事故Fig. 1-2Accident of broken pile樁動(dòng)測(cè)技術(shù)的發(fā)展樁動(dòng)測(cè)技術(shù)實(shí)際是指在樁頂施加一個(gè)瞬態(tài)沖擊力的動(dòng)荷載，通過(guò)采集基數(shù)據(jù)，根據(jù)信號(hào)的時(shí)域或頻域內(nèi)動(dòng)力響應(yīng)曲線，采用基樁動(dòng)力響應(yīng)分析方構(gòu)特性結(jié)果，，進(jìn)而提出基樁樁身完整性或承載能力的一種方法[1-27]。十世紀(jì)初，為了解決動(dòng)力打樁出現(xiàn)的問(wèn)題，在受限于動(dòng)力分析理論不成學(xué)者們僅僅把基樁等效為剛體來(lái)進(jìn)行研究，通過(guò)簡(jiǎn)單的能量守恒原理和碰樁在沖擊荷載下的力學(xué)行為，這也是樁基動(dòng)測(cè)技術(shù)發(fā)展歷史中可以追溯的測(cè)方法[1-28]。而近代樁基動(dòng)測(cè)技術(shù)的理論是在十九世紀(jì)末由 Saint-Venant 提細(xì)長(zhǎng)桿的傳播規(guī)律及其一維波動(dòng)方程的基礎(chǔ)上建立的，并由此逐漸發(fā)展起播規(guī)律為核心理論的動(dòng)測(cè)技術(shù)[1-29]。但是在當(dāng)時(shí)低效計(jì)算能力的條件下，
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU473.1

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本文編號(hào)：2683998