【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程，尤其是涉及一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法。
技术介绍
1、桩基础是应用极为广泛的基础形式。随着高层建筑和跨江(海)大桥的建设，桩基础中的基桩向着大直径、高埋深的方向发展。其中，桩长超过50m或长径比大于50的基桩通常被称为超长桩。超长桩贯穿地层更多，地质与施工条件更复杂，并且在承担上部荷载时，不同深度的桩侧摩阻力具有明显的异步发挥特点(浅部地层的侧摩阻力先发挥再软化，深部地层的侧摩阻力在上部软化后逐渐产生强化效应)，给超长桩的承载特性计算和分析带来了困难。
2、基桩内力测试是获取基桩承载特性的最可靠方法，其基本原理是：在桩身埋设电阻式或振弦式的应变(应力)传感器，测量各级荷载作用下的桩身变形分布，再根据变形数据计算桩身轴力、侧摩阻力和端阻力等参量对荷载的响应，进而对桩身的承载特性进行分析。但是，传统的传感器多为点式测量，在应用于超长桩时，需要大量的传感器和导线，增加了测试的成本和难度；此外，点式传感器的数据比较离散，容易忽略较薄地层对超长桩承载特性的影响。
3、开展基桩承载特性计算分析时，通常需要构建荷载传递函数，来描述桩土之间的相互作用力。目前，常见的荷载传递函数有折线型、简化双曲线型和广义双曲线型等，这些荷载传递模型在承载特性计算分析方面已取得了丰富的成果。然而，上述荷载传递模型在应用于超长桩时，由于超长桩桩侧摩阻力的异步发挥特性，需要对超长桩分段计算或采用不同的模型来描述侧摩阻力的软化和强化效应，使得计算过程效果比较复杂。因此，亟需一种可同时描述桩侧摩阻力强化和
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，以解决现有技术中存在的超长桩承载特性计算效率低的技术问题。
2、本专利技术提供的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，包括以下步骤：s1.沿桩身布设应变传感光缆，使得光缆变形与桩身变形协调，用于获取各级荷载作用下的桩身应变分布；s2.计算所述各级荷载下的桩身内力分布，计算公式包括：
3、
4、
5、
6、
7、式中，e，a和u分别为桩身的弹性模量、截面积和截面外周长；和fi分别为桩身第i截面上的光缆平均应变和轴力；li和τsi分别为第i到i+1截面之间的桩长和侧摩阻力；fb和τb分别为桩端的轴力和端阻力；s和s(z)分别为桩顶沉降和埋深z处的桩土相对位移；
8、s3.根据s2中的计算结果，获得各地层的荷载传递曲线，包括桩侧摩阻力τ和桩土相对位移s的关系，建立各地层的四参数荷载传递函数，表达式如下：
9、
10、式中，k、t、m、n为荷载传递函数的四个控制参数，由τ-s数据拟合获得，其中，k为桩-土界面的初始剪切强度；
11、s4.根据矩阵位移法，利用s3中的所述荷载传递函数，建立超长桩荷载传递的矩阵方程，编制相关计算分析软件，对所述矩阵方程求解；
12、s5.利用s4中所述分析计算软件计算各级荷载作用下的超长桩桩土相对位移、轴力、侧摩阻力和端阻力，对超长桩的荷载传递和承载特性进行分析。
13、进一步的，所述s3中所述荷载传递曲线取自各地层内桩段的平均侧摩阻力和桩段中点的桩土相对位移，所述数据拟合采用最小二乘法。
14、进一步的，所述s1中获取各级载荷作用下的桩身应变分布的计算步骤包括：在静载荷试验开始前，使用光纤解调设备读取光缆第一应变数据作为初始值；在静载荷试验过程中，每级荷载作用下桩身变形稳定后，使用光纤解调设备读取第二应变数据；将所述第二应变数据与所述初始值作差，获得各级荷载作用下的桩身应变分布。
15、进一步的，所述超长桩承载特性计算方法适用于桩长大于50m或长径比大于50的基桩。
16、进一步的，所述s1中需根据桩型和测试需求选择合适的传感光缆、布设工艺和解调设备，包括：
17、若待分析基桩为灌注桩，采用间隔1m定点绑扎的方式，用扎带或扎丝将传感光缆对称的固定在钢筋笼上，并形成u形回路，桩径0.6m及以下的灌注桩至少布设1条u形回路，2条测线，桩径大于0.6m的灌注桩至少布设2条u形回路，4条测线；若待分析基桩为预制桩，采用表面开槽布设或直接内埋的方式，植入到桩身之中，并形成u形回路，桩径为0.8m及以下时，至少布设1条u形回路，2条测线，桩径大于0.8m时，至少布设2条u形回路，4条测线；若待分析基桩为钢管桩，在钢管桩内对称地选择两条测线位置，将传感光缆黏贴在桩体内表面，并加盖槽钢进行保护。
18、进一步的，所述s4中的所述矩阵位移法包括：将超长桩分割为长度为δl的桩单元，在每个桩单元的顶部和桩端单元的底部设置节点，将每个桩单元所受阻力作用在对应的节点上，根据力的平衡条件建立如下矩阵平衡方程：
19、
20、式中，si和τi分别为第i个节点的桩土相对位移和阻力，kp为桩单元的变形刚度，按计算，所述矩阵平衡方程简化为：
21、[kp]{s}＝{f}-{r}
22、式中，{s}、{f}和{r}分别为节点桩土相对位移列向量、外荷载列向量和节点阻力列向量，上述简化的矩阵方程进一步转化为：
23、([kp]+[ks]){sj＝{f}
24、式中，[kp]和[ks]分别为桩身和土层的刚度矩阵，[ks]中的元素由下式进行计算：
25、进一步的，所述δl为步骤s1中所述光纤解调设备的空间分辨率的2倍。
26、进一步的，所述矩阵方程的求解采用迭代增量法，具体包括：s41.输入基桩截面积a、外周长u、弹性模量e、桩段计算长度δl和桩顶荷载f，生成超长桩的刚度矩阵[kp]和荷载列向量{f}；s42.给定各个节点的相对位移初始值，形成初始位移列向量{s}0；s43.根据光纤内力测试结果，拟合各个地层荷载传递函数曲线的四个参数{k，t，m，n}，生成桩周土的初始刚度矩阵[ks]0；s44.设置计算结果的容许误差，设置为{x}＝10-6；s45.建立矩阵方程([kp]+[ks]){s}＝{f}，并对其进行求解，获得第一组解向量{s}1，采用追赶法进行求解；s46.将{s}1与{s}0对比，若|{s}1{s}0|≥{x}，则令{s}0＝{s}1，并重新构建[ks]0，继续对矩阵方程求解，直至|{s}1-{s}0|＜{x}时，输出{s}1，即为荷载为f时的超长桩桩土相对位移分布；s47.根据{s}1，由桩顶向下逐层计算侧摩阻力、端阻力和轴力分布，对超长桩承载特进行评价分析。
27、本专利技术提供的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，利用光纤感测技术进行超长桩内力测试，克服了传统传感技术传感器和导线过多、易漏检等不足，凭借纤细的传感光缆可获取桩身全尺寸、精细化的内力分布；通过计算桩身摩阻力和桩土相对位移，获得实测荷载传递函数曲线，构建四参数荷载传递模型，描本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，S3中所述荷载传递曲线取自各地层内桩段的平均侧摩阻力和桩段中点的桩土相对位移，所述数据拟合采用最小二乘法。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，所述S1中获取各级载荷作用下的桩身应变分布的计算步骤包括：在静载荷试验开始前，使用光纤解调设备读取光缆第一应变数据作为初始值；在静载荷试验过程中，每级荷载作用下桩身变形稳定后，使用光纤解调设备读取第二应变数据；将所述第二应变数据与所述初始值作差，获得各级荷载作用下的桩身应变分布。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，所述超长桩承载特性计算方法适用于桩长大于50m或长径比大于50的基桩。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，所述S1中需根据桩型和测试需求选择合适的传感光缆、布设工艺和解调设备，包括：<...
【技术特征摘要】
1.一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，s3中所述荷载传递曲线取自各地层内桩段的平均侧摩阻力和桩段中点的桩土相对位移，所述数据拟合采用最小二乘法。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，所述s1中获取各级载荷作用下的桩身应变分布的计算步骤包括：在静载荷试验开始前，使用光纤解调设备读取光缆第一应变数据作为初始值；在静载荷试验过程中，每级荷载作用下桩身变形稳定后，使用光纤解调设备读取第二应变数据；将所述第二应变数据与所述初始值作差，获得各级荷载作用下的桩身应变分布。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，所述超长桩承载特性计算方法适用于桩长大于50m或长径比大于50的基桩。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，所述s1中需根据桩型和测试需求选择合适的传感光缆、布设工艺和解调设备，包括：
6.根据权利要求3所述的一种基于光纤感测技术的超长桩承载特性计算方法，其特征在于，s4中的所述矩阵位移法包...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑兴，单治钢，王宽君，倪卫达，廖卓，杜文博，田林，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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