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基于三维导波理论的基桩和锚杆无损检测技术研究

岳向红  
【摘要】: 本文基于三维导波理论,采用理论分析、数值模拟和现场测试相结合的方法,对基桩和锚杆的无损检测技术中存在的一些问题进行了深入研究,使我们对现有的检测方法和理论有了更加深入的认识,得到以下研究成果: (1)基于Matlab编写计算程序,对自由桩的频散方程进行数值求解,得到其频散关系曲线。通过对频散曲线的分析,对波在桩中的传播特性有了更加深入的认识。 (2)激发频率的高低、桩径的大小、传感器的安装位置,都将直接影响高频干扰的强弱。大振幅的低频宽幅大摆动波形是浅部严重缺陷桩的共性,而用窄脉冲能否有效判断浅部缺陷的位置,要看浅部缺陷的严重和深浅程度以及桩的横向尺寸。随着λ/R的减小,尺寸效应引起的平截面假设失效和高频干扰加剧,导致实测波形严重畸变,使按一维理论探测桩身缺陷的适用性大打折扣。 (3)对于埋入土中的桩,对应能量衰减快慢的是波数的虚部,其大小取决于桩土之间的剪切模量比和密度比。桩周土剪切模量和密度越小,无量纲虚波数就越小,波的扩散衰减也就越缓慢,传播的距离就越远;桩周土剪切模量和密度越大,无量纲虚波数越大,波的扩散衰减也就越快,传播的距离就越近。 (4)将小波变换和人工神经网络的优点结合起来。从基桩低应变动测信号小波变换的分量中提取特征,对BP神经网络进行训练,训练后的神经网络实现了基桩缺陷的智能化分类。利用高应变动测得到的相关基桩承载力参数作为BP神经网络的输入向量,基桩的极限承载力作为BP神经网络的输出,建立了混凝土预制桩的极限承载力预测模型,工程实例的预测结果验证了该方法的可行性和准确性。 (5)基于子波分析理论和全矩阵构造方法推导出由钢筋-砂浆-岩石三层材料构成的锚杆模型的纵向阵型的频散方程,利用数学计算软件Maple,编写相应的数值计算程序对该频散方程进行求解,得到其频散关系,并对其进行分析,利用数值模拟的方法对理论分析结果进行验证,获得了较好的一致性,上述结论为锚杆无损检测仪的研制提供理论指导。


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