一种能够消除弯曲及纵向干扰的基桩扭转波低应变检测方法技术

本发明专利技术提出一种能够消除弯曲及纵向干扰的基桩扭转波低应变检测方法。该桩顶或者桩侧相对基桩的几何中心对称安装两个传感器，在桩顶或桩侧安装激振块，激振块与两个传感器之间的圆心夹角为0°、90°或180°；采用两个传感器采集振动信号，根据一维杆的波动理论，扭转波及纵波及弯曲波的不同特性，通过计算分析，将纵波及弯曲波干扰去除，信号中仅保留扭转波信号。该方法原理简明，操作简单，对激振要求不高，提高现场操作效率，采集设备简单，结果准确可靠，有较强的工程应用和推广前景。

A Low Strain Detection Method for Torsional Wave of Pile with Elimination of Bending and Longitudinal Disturbance

The invention provides a low strain detection method for torsional wave of pile, which can eliminate bending and longitudinal interference. Two sensors are symmetrically installed on the top or side of the pile relative to the geometric center of the pile, and excitation blocks are installed on the top or side of the pile. The angle between the excitation blocks and the two sensors is 0, 90 or 180 degrees. Two sensors are used to collect vibration signals. According to the wave theory of one-dimensional bar, the different characteristics of torsional wave, longitudinal wave and bending wave are calculated and analyzed. Wave interference is removed and only torsional wave signal is retained in the signal. This method has simple principle, simple operation, low requirement for vibration excitation, high field operation efficiency, simple acquisition equipment, accurate and reliable results, and has strong engineering application and popularization prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种能够消除弯曲及纵向干扰的基桩扭转波低应变检测方法
本专利技术涉及工程检测领域，尤其涉及一种基桩完整性的检测方法。
技术介绍
桩基完整性检测，对于保障建筑、桥梁和港口等基桩质量的重要意义，当需要了解工程质量时，需要对基桩的完整性(缺陷)进行检测。目前基桩完整性检测采用的最为普遍的方法是低应变法，运用纵波或扭转波进行检测，通过用小锤或力棒对桩基进行激励，给基桩施加一个沿桩长方向的集中力或力偶，使用速度或加速度传感器实测桩身纵向或水平向速度曲线，运用杆的波动理论，对桩身缺陷进行识别分析，低应变检测方法操作较为简单，结果较为可靠，被建筑和交通行业标准推荐为桩身完整性检测的标准方法，在行业内得到了普遍的应用。相对于低应变纵波检测，扭转波具有如下优势：波速较低，大约为纵波波速的0.65倍，相同的激励时间，波长更短，有利于识别基桩浅部缺陷；扭转波无频散效应，对于大直径桩检测更有优势；扭转波对截面尺寸变化更敏感，相同截面尺寸的变化，所引起的反射更加明显；对水平裂缝更加敏感，由于纵波尺寸效应，往往较小的水平裂缝，纵波产生绕射，无法进行检测。尽管相较于纵波有明显的优点，但扭转波在工程实践中一直较少使用，主要是由于对基桩而言，无法获得纯力偶激励。当采用水平集中力从桩身侧边切线方向激励，基桩获得力偶的同时，由于在水平集中力作用下，基桩会发生弯曲振动，由于基桩的弯曲刚度较低，横向弯曲振动较明显，扭转波检测带来了很大干扰，采集的波形凌乱复杂，影响对基桩完整性的判定。为了提高扭转波信号质量，有研究人员采用如下传感器安装方式：采用单个传感器测量，激振点与传感器成90°夹角，传感器测量方向为圆周切线方向。这种方式主要利用传感器对测量垂直的方向输出不敏感(传感器横向标称灵敏度为5％)，来减少横向振动的影响。但当横向振动或纵向振动较大时，或敲击方向无法保证水平或与圆周成切线方向时，基桩发生扭转、纵向、及弯曲振动，采集的扭转波信号受到较大干扰，有时为了减少部分干扰，需要人工反复激振，现场效率低下，并且无法从根本上消除横向振动影响，极大影响了扭转波在低应变检测中的运用。我国是一个基建大国，各行业都在普遍大量采用低应变检测基桩完整性，而扭转波检测相比纵波有明显的优越性。但扭转波信号采集受其他振动的干扰比较严重，严重影响了扭转波的应用。因此迫切需要专利技术一种新的方法，去除相关干扰，发挥扭转波检测的优势，才能更好的运用到基桩工程质量检测中。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种能够消除弯曲及纵向干扰的基桩扭转波低应变检测方法，该方法能够将扭转波检测时产生的弯曲及纵向振动干扰影响去除，得到较为纯净的扭转波，提高了基桩检测的准确性和完整性。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种能够消除弯曲及纵向干扰的基桩扭转波低应变检测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)基桩处理；2)设备安装：在基桩的桩顶或桩侧安装激振块，在桩顶或桩侧安装两个传感器，两个传感器相对基桩几何中心对称，两个传感器与激振块之间的圆心夹角为0°、180°或两个传感器与激振块之间的圆心夹角均为90°；3)对激振块进行激振，获得合适的脉冲；4)对两个传感器同步采样，经过数据处理后去除弯曲及纵向振动干扰，得到扭转波信号；5)根据步骤4)得到的扭转波信号确定基桩的完整性。所述数据处理方式为根据公式Vn1＝(V’1-V’2)/2求得Vn1,其中Vn1为在传感器位置扭转所引起的速度，该速度即为消除弯曲及纵向干扰后的速度，V’1和V’2分别为两个传感器实测的速度。所述基桩处理是指将桩顶保持平整清洁，当基桩为灌注桩时，应凿除桩顶的浮浆。当激振块或传感器安装在桩顶的时候，激振块或传感器安装在桩顶平面靠近桩侧的位置。当激振块或传感器安装在桩侧时，安装处的截面尺寸与桩顶相同，安装面平整光滑，混凝土密实。所述激振块为实心块状，激振块的三个方向尺寸应远小于激振波长。激振块或传感器采用磁性吸附或者机械固定或者粘接的方式固定。在对两个传感器同步采样时，采样频率不低于10KHz。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种基桩扭转波低应变检测方法,该方法利用一维杆扭转振动、纵向振动和弯曲振动及的特性，将采用水平集中力进行力偶激振时产生的弯曲及纵向振动干扰影响去除，得到了较为纯净的扭转波，提高了扭转波检测基桩完整性时的准确性可靠性，该方法原理简明，操作简单，对激振要求不高，提高现场操作效率，采集设备简单，结果准确可靠，有较强的工程应用和推广前景。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明图1为本专利技术实施例1所述方法中传感器和激振块的安装示意图；图2为本专利技术实施例2所述方法中传感器和激振块的安装示意图；具体实施方式下面结合附图说明和具体实施方式对本专利技术作进一步描述：实施例1本专利技术提供了一种能够消除弯曲及纵向干扰的基桩扭转波低应变检测方法，图1给出了该方法所采用的设备的安装结构示意图，其中：基桩1、第一传感器2、第二传感器3、激振块4、双通道数据采集仪5，激振块4可以安装在桩顶或者桩侧，当安装在桩顶的时候，需要安装在桩顶平面靠近桩侧的位置，图1中给出的就是激振块4就安装在桩顶并且靠近桩侧位置。传感器也可以安装在桩顶或者桩侧，两个传感器要相对基桩的几何中心对称，当两个传感器安装在桩顶的时候，也需要安装在桩顶平面靠近桩侧的位置。图1中的第一传感器2和第二传感器3相对基桩的几何中心对称安装在桩顶侧面。第一传感器2与激振块之间的圆心夹角为0°，第二传感器3与激振块之间的圆心夹角为180°。激振块4和传感器均采用磁性吸附或机械固定或云石胶固定在桩顶或桩侧位置。该方法包括如下步骤：1)基桩处理：当传感器或激振块安装在桩顶时，应保证桩顶平整清洁；对于灌注桩，应凿除桩顶的浮浆；安装面应平整光滑，混凝土应密实；2)安装激振块：激振块应为实心块状，大小适中，其三个方向尺寸应远小于激振波长，激振块应牢固固定，在激振时，激振块和基桩之间不应产生相对位移；3)安装传感器：将两个传感器对称安装在基桩几何中心的两侧的桩顶或桩侧，且每个传感器与激振块之间的圆心夹角为0°或180°；当激振块或传感器安装在桩侧时，安装处的截面尺寸应于桩顶相同；4)采用激振锤对激振块激振，获得合适的脉冲；5)采样和数据处理，对两个传感器同步采样，采样频率不低于10KHz，对采集的加速度或速度信号进行分析，去除弯曲及纵向振动干扰，得到扭转波信号。由一维杆波动理论可知，对于桩顶或桩侧施加水平向激励，在传感器安装位置，分别有扭转所引起的速度Vn1和Vn2，弯曲所引起的速度Vw1和Vw2,以及由于激振力不水平时纵向振动引起的速度Vz1和Vz2，根据弹性波叠加原理，对于总的速度V1和V2有下式：V1＝Vn1+Vw1+Vz1(1)V2＝Vn2+Vw2+Vz2(2)由于传感器与激振块之间的圆心夹角为0°或180°，激振方向沿切线方向，则弯曲振动在传感器所在的位置的纵向速度为零，其速度Vw1和Vw2为水平切线方向，与扭转方向及传感器的测量方向相同，而纵向振动引起的速度垂直于传感器测量方向，传感器横向灵敏度为ζ,则传感器实测的速度为V’1和V’2有下式：V’1＝Vn1+Vw1+Vz1ζ(3)V’2＝Vn2+Vw2+Vz2ζ(4)考虑到敲击无法为绝对沿水平切线方向，激振力与水平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够消除弯曲及纵向干扰的基桩扭转波低应变检测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)基桩处理；2)设备安装：在基桩的桩顶或桩侧安装激振块，在桩顶或桩侧安装两个传感器，两个传感器相对基桩几何中心对称，两个传感器与激振块之间的圆心夹角为分别为0°、180°或两个传感器与激振块之间的圆心夹角均为90°；3)对激振块进行激振，获得合适的脉冲；4)对两个传感器同步采样，经过数据处理后去除弯曲及纵向振动干扰，得到扭转波信号；5)根据步骤4)得到的扭转波信号确定基桩的完整性。

【技术特征摘要】
1.一种能够消除弯曲及纵向干扰的基桩扭转波低应变检测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)基桩处理；2)设备安装：在基桩的桩顶或桩侧安装激振块，在桩顶或桩侧安装两个传感器，两个传感器相对基桩几何中心对称，两个传感器与激振块之间的圆心夹角为分别为0°、180°或两个传感器与激振块之间的圆心夹角均为90°；3)对激振块进行激振，获得合适的脉冲；4)对两个传感器同步采样，经过数据处理后去除弯曲及纵向振动干扰，得到扭转波信号；5)根据步骤4)得到的扭转波信号确定基桩的完整性。2.如权利要求1所述的能够消除弯曲及纵向干扰的基桩扭转波低应变检测方法，其特征在于，所述数据处理方式为：根据公式Vn1＝(V’1-V’2)/2求得Vn1,其中Vn1为在传感器位置扭转所引起的速度，该速度即为消除弯曲及纵向干扰后的速度，V’1和V’2分别为两个传感器实测的速度。3.如权利要求2所述的一种能够消除弯曲及纵向干扰的基桩扭转波低应变检测方法，其特征在于，所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐教宇，
申请(专利权)人：中国建筑科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11