基于分布式光纤的桩基轴向应变监测数据处理方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于分布式光纤的桩基轴向应变监测数据处理方法及装置，方法包括将桩基划分为若干个计算单元，基于各计算单元力的平均轴力，建立桩顶荷载和各计算单元应变的关系，结合桩土界面双线性模型，对不同大小桩顶荷载下的关系进行求解，获得桩身应变分布，采用最接近内包络法，由光纤监测获取的数据信息确定桩身的真实应变分布。本发明专利技术解决了光纤测量数据波动性较大的问题，获得桩身的真实应变和轴力。变和轴力。变和轴力。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式光纤的桩基轴向应变监测数据处理方法及装置


[0001]本专利技术涉及桩基监测
，尤其涉及一种基于分布式光纤的桩基轴向应变监测数据处理方法及装置。

技术介绍

[0002]现阶段，分布式光纤传感技术在监测混凝土结构的温度、振动和应力等方面应用广泛，其根据光信号的不同，分为瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射三种类型。在整个分布式光纤传感系统中，光纤即为连续分布的传感点，通过电信号的传递可以测量光纤沿线任意位置处的信息。同时，光纤具有耐久性好、无零点漂移、不带电工作、传输带宽大等优点。因此，将分布式光纤传感系统应用在混凝土结构的全生命周期的监控中，能获取实时的结构温度变化、振动振幅、裂缝衍生与定位等信息。
[0003]但目前在桩基工程中，一般采用铁丝、橡胶带、环氧树脂等材料简单地将光纤传感器捆绑在桩身纵向受力钢筋上，之后与混凝土浇筑定型。其安装操作虽然简单，成本低，但会直接影响监测结果，具体表现在以下几个方面：(1)实际工程中光纤安装在桩基表面或内部钢筋时无法完全伸直，因光纤弯曲导致光纤传感器的测量数据具有波动性；(2)实际工程中，因浇筑、振捣等成桩过程中光纤受到土颗粒、水泥浆液的等碰撞或挤压发生横向小变形导致同一轴线上的光纤传感器的初始应变值具有波动性，也会影响后续的监测计算；在已有的技术中，从监测系统的方法与设计(如CN 216049709 U、CN 107560712 A、CN 209603207 U、CN 103215974 B)、再到光纤的安装方法(如CN 211013221 U、CN 110332902 A)、再到应用于不同种类的桩基(如抗滑桩CN 110110332902 A，预应力管桩CN 210089629 U)，综上所述，现有的桩基应变数据的监测方法存在的技术缺陷有：
[0004]1、光纤安装在桩基表面或内部钢筋时无法完全伸直，因光纤弯曲导致光纤传感器的测量数据具有波动性；
[0005]2、同一轴线上的光纤因浇筑、振捣等成桩过程中光纤受到颗粒或水泥浆液的碰撞或挤压发生横向变形导致初始应变值具有较大的波动性，影响后续的监测结果；
[0006]3、在全生命周期监测中，桩基顶部的竖向荷载和沉降无法准确计算或测量，给分析带来困难，进而影响监测数据的可用性；
[0007]4、建筑桩基顶部往往存在一定的弯矩，对桩基轴向应变的测量造成较大的干扰。
[0008]可见，虽然应用于桩基工程的分布式光纤监测技术的发展已经较为成熟，但基于分布式光纤传感技术的桩基应变监测数据处理方法依旧有所欠缺，亟待提出一种分布式光纤监测应变数据处理方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对上述问题，提供了一种基于分布式光纤的桩基轴向应变监测数据处理方法及装置，解决了光纤测量数据波动性较大的问题，获得桩身的真实应变和轴力。
[0010]本专利技术的第一方面，提供了一种基于分布式光纤的桩基轴向应变监测数据处理方
法，方法包括以下步骤：
[0011]S1、将桩基划分为若干个计算单元，基于各计算单元力的平均轴力确定各计算单元的轴力
‑
应变关系；
[0012]S2、根据力的平衡确定各计算单元的下表面轴力；
[0013]S3、进行桩土界面剪切试验，根据试验结果拟合出界面双线性模型，确定初始斜率和极限摩阻力；
[0014]S4、根据初始斜率、极限摩阻力以及上下表面竖向位移获取各计算单元的桩侧土体摩阻力；
[0015]S5、根据初始斜率、极限摩阻力、上下表面竖向位移以及桩身周长获取各计算单元的桩侧摩阻力；
[0016]S6、结合各计算单元的轴力
‑
应变关系、下表面轴力以及桩侧摩阻力获取各计算单元应变量与上部荷载和桩基顶部初始位移之间的关系；
[0017]S7、结合各计算单元的轴力
‑
应变关系、桩基下表面轴力以及桩侧摩阻力获取桩基顶部初始位移；
[0018]S8、联合计算单元应变量与上部荷载和桩基顶部初始位移之间的关系和桩基顶部初始位移获取桩头竖向荷载与各计算单元轴向应变量的关系；
[0019]S9、根据桩头竖向荷载与各计算单元应变量的关系获取桩头竖向荷载不同取值时桩基不同计算单元的轴向应变量；
[0020]S10、计算桩头竖向荷载不同取值时桩基不同计算单元的轴向应变量与分布式光纤监测应变量之间的欧式距离，取欧式距离最小且桩基计算单元的轴向应变量小于或等于分布式光纤监测应变量时的轴向应变量为监测应变曲线的内包络应变，内包络应变对应的桩头荷载即为测量获得的桩头荷载。
[0021]进一步地，S1中基于各计算单元力的平均轴力确定各计算单元的轴力
‑
应变关系，具体表达式为：
[0022][0023]其中，将桩身划分为M个长度均为Δl的计算单元，第i个单元的平均轴力，桩头在竖向荷载N1作用时第i个计算单元的应变量为ε
i
，第i个计算单元的上表面轴力为N
i
，第i个计算单元的下表面轴力为N
i+1
，E为桩身的抗压模量，A
b
为桩身横截面积。
[0024]进一步地，S2中根据力的平衡确定各计算单元的下表面轴力，具体表达式为：N
i+1
＝N
i
‑
ΔN
i
＝N1‑
(ΔN1+ΔN2+ΔN3+
…
+ΔN
i
)
[0025]其中，N
i+1
表示第i个计算单元的下表面轴力，N
i
表示第i个计算单元的上表面轴力，ΔN
i
表示第i个计算单元的桩侧摩阻力，ΔN
i
＝τ
i
uΔl，τ
i
表示第i个计算单元的桩侧土体摩阻力，u为桩身周长，Δl表示计算单元的长度，N1表示桩头的竖向荷载。
[0026]进一步地，S4中根据初始斜率、极限摩阻力以及上下表面竖向位移获取各计算单元的桩侧土体摩阻力τ
i
，具体表达式为：
[0027][0028][0029]s
i
＝s1‑
(ε1+ε2+
…
+ε
i
‑1)Δl
[0030]s
i+1
＝s1‑
(ε1+ε2+
…
+ε
i
)Δl
[0031]其中，k
i
表示第i个计算单元的土体摩阻力斜率，当时，取k
i
＝k
ini
，k
ini
表示初始斜率，当时，取k
i
＝k
sec
，k
sec
表示割线斜率，k
sec
＝τ
u
/s，τ
u
表示极限摩阻力，s1表示桩基顶部初始位移，s
i
表示第i个计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤的桩基轴向应变监测数据处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、将桩基划分为若干个计算单元，基于各计算单元力的平均轴力确定各计算单元的轴力
‑
应变关系；S2、根据力的平衡确定各计算单元的下表面轴力；S3、进行桩土界面剪切试验，根据试验结果拟合出界面双线性模型，确定初始斜率和极限摩阻力；S4、根据初始斜率、极限摩阻力以及上下表面竖向位移获取各计算单元的桩侧土体摩阻力；S5、根据初始斜率、极限摩阻力、上下表面竖向位移以及桩身周长获取各计算单元的桩侧摩阻力；S6、结合各计算单元的轴力
‑
应变关系、桩基下表面轴力以及桩侧摩阻力获取各计算单元应变量与上部荷载、桩基顶部初始位移之间的关系；S7、结合各计算单元的轴力
‑
应变关系、桩基下表面轴力以及桩侧摩阻力获取桩基顶部初始位移；S8、联合计算单元应变量与上部荷载、桩基顶部初始位移之间的关系和桩基顶部初始位移获取桩头竖向荷载与各计算单元轴向应变量的关系；S9、根据桩头竖向荷载与各计算单元应变量的关系获取桩头竖向荷载不同取值时桩基不同计算单元的轴向应变量；S10、计算桩头竖向荷载不同取值时桩基不同计算单元的轴向应变量与分布式光纤监测应变量之间的欧式距离，取欧式距离最小且桩基计算单元的轴向应变量小于或等于分布式光纤监测应变量时的轴向应变量为监测应变曲线的内包络应变，内包络应变对应的桩头荷载即为测量获得的桩头荷载。2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的桩基轴向应变监测数据处理方法，其特征在于，S1中基于各计算单元力的平均轴力确定各计算单元的轴力
‑
应变关系，具体表达式为：其中，将桩身划分为M个长度均为Δl的计算单元，第i个单元的平均轴力，桩头在竖向荷载N1作用时第i个计算单元的应变量为ε
i
，第i个计算单元的上表面轴力为N
i
，第i个计算单元的下表面轴力为N
i+1
，E为桩身的抗压模量，A
b
为桩身横截面积。3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的桩基轴向应变监测数据处理方法，其特征在于，S2中根据力的平衡确定各计算单元的下表面轴力，具体表达式为：N
i+1
＝N
i
‑
ΔN
i
＝N1‑
(ΔN1+ΔN2+ΔN3+
…
+ΔN
i
)其中，N
i+1
表示第i个计算单元的下表面轴力，N
i
表示第i个计算单元的上表面轴力，ΔN
i
表示第i个计算单元的桩侧摩阻力，ΔN
i
＝υ
i
uΔl，τ
i
表示第i个计算单元的桩侧土体摩阻力，u为桩身周长，Δl表示计算单元的长度，N1表示桩头的竖向荷载。4.根据权利要求3所述的基于分布式光纤的桩基轴向应变监测数据处理方法，其特征
在于，S4中根据初始斜率、极限摩阻力以及上下表面竖向位移获取各计算单元的桩侧土体摩阻力τ
i
，具体表达式为：，具体表达式为：s
i
＝s1‑
(ε1+ε2+
…
+ε
i
‑1)Δls
i+1
＝s1‑
(ε1+ε2+
…
+ε
i
)Δl其中，k
i
表示第i个计算单元的土体摩阻力斜率，当时，取k
i
＝k
ini
，k
ini
表示初始斜率，当时，取k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马得山，刘少文，苏栋，王文斌，武琰玮，黄茂隆，刘飞，洪成雨，韩文龙，
申请(专利权)人：深圳市南山人才安居有限公司深圳大学，
类型：发明
国别省市：