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基于三维导波理论的码头桩基无损检测方法的数值模拟研究

季勇志  
【摘要】:码头桩基作为码头上部结构的支撑结构,对于码头的安全和稳固至关重要。由于受到多种因素的不利影响,码头桩基可能出现断裂、缩颈及扩径等质量隐患。所以,码头桩基的完整性无损检测是一项十分重要的工作。 但是,码头桩基完整性无损检测远比单桩完整性无损检测复杂。尤其对桩顶与上部结构固连为一体的码头桩基的无损检测,因为受到上部结构的强烈干扰,其完整性更是难以判断。正是由于码头桩基完整性无损检测的独特性和复杂性,使其成为世界性的检测难题,至今仍未找到理想的解决方法。 本文将码头桩基分为独立桩、桩顶固连桩及桩顶非固连桩等三种类型,综合运用三维导波理论、桩基动测技术、小波分析及有限元模拟,并结合现场测试,对码头桩基的无损检测开展了一系列的研究工作,主要内容和结论如下: 1建立考虑梁板影响的多种条件下的码头桩基有限元仿真模型,并对其进行纵波检测仿真研究,得出对满足波长桩径比? / R≥10的码头独立桩和桩顶非固连的码头桩基的纵波无损检测,可参考单桩检测的规律;但桩顶固连的码头桩基的纵波无损检测波形复杂难辨。 2论文提出了一种针对桩顶固连的码头桩基的纵波无损检测的新方法。并通过模拟曲线和实测曲线的较好拟合,表明数值模拟和检测方法是可靠的,对提高码头桩基检测结果的准确性具有较重要意义。 3首次对多种类型的码头桩基的横波检测进行数值模拟研究。发现横波检测可以有效地避开上部结构的干扰,检测信号可以直接反映桩身完整型,但受桩周土的干扰较大,反射波衰减快。 4在结构参数相同的前提下,对比了码头桩基的纵波检测和横波检测的波形、波速、衰减幅度、加载方式、缺陷敏感度和检测精确度,指出了两者在码头桩基检测中的优缺点,进而建议将两者结合起来进行码头桩基的完整性无损检测的观点,并通过工程实例进行验证。 5从多个方面对码头桩基反射波的三维效应进行了研究,发现上部结构总是在检测信号中产生三维干扰,并且随着桩径的增大,三维效应会越明显;相反,降低激振频率和多点接收信号对减小三维效应有益。 6提出了码头桩基原始检测信号频域分析的初步方法。码头独立桩和桩顶非固连的码头桩基的频域分析效果较好;但桩顶固连的码头桩基的频域分析难度很大,应首先按照论文提出的码头桩基检测方法对原始检测信号进行信号处理,然后再对滤波信号参照独立桩进行频域分析。总之,码头桩基无损检测应以纵波检测为主,结合横波检测,辅以频域分析,互相验证,综合判断码头桩基完整性。


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