高應變錘頭測力模式與樁身測力模式比較
所謂
樁身測力模式,也就是傳統的測力模式,源自PDI公司。在樁身的2d位置對稱安裝2只工具式應變計,量測高應變動力試樁時該部位的應變,然后乘以該部位材料的彈性模量和橫截面面積,間接獲得力信號,圖四右。
本方法存在一下問題:
1. 可靠性受測點面積和測點彈性模量(包括密度和彈性波速)的準確性制約,絕大部分情況下,這幾個指標都是估算的,對于灌注樁,短板嚴重。
2. 錘擊偏心和測點塑性變形以及測點以下部位樁身結構影響嚴重。
3. 工具式應變計的安裝深度與安裝難度影響嚴重。
大直徑灌注樁,安裝深度很難保證,能達到1d就很好了。而工具式應變計的安裝好壞更成了內地很多單位灌注樁高應變試驗成敗的關鍵,特別是一些年輕的工程師們,缺乏親自安裝體驗,很難保證信號質量。
4. 由于應變信號幅值較小,需要前端放大或橋壓補償,應變測量噪音以及工業干擾也需要認真對待。舍棄前端盒的模式,必須足夠重視這些因素,作出可靠的電路和電纜設計。
5. 樁頭開裂很容易導致工具式應變計損壞。
圖一 60噸樁身測力模式
所謂錘頭測力模式,是國家質檢中心副主任陳凡研究員提出的一種方法,其原理非常簡單,也就是利用牛頓第二定律,通過獲取自由落體錘的錘上加速度換算成相應作用在樁頂的錘擊力。
圖二 14噸錘頭測力實測信號
本方法具有以下特點:
1. 樁身傳感器距離樁頂0.5~1米即可,安裝難度大為降低。
樁身只需安裝兩只獲取速度信號的加速度計,經驗和仿真分析告訴我們,錘擊偏心對速度測量影響不大,0.5~1米基本可以滿足測試要求。為了盡量與錘頭測力加速度同步,也應該淺埋,這就為高應變測量提供了很大的方便。
由于無需安裝工具式應變計,大大降低了安裝難度,提高了數據可靠性。
2. 測力加速度計安裝要求
兩只加速度計安裝應盡量在錘體形心平面對稱安裝(圖四左)。
3. 自由落體要求
測試數據的可靠性與錘體重量是否準確、敲擊時是否自由落體等因素有關。錘擊瞬間,吊機脫鉤、導向架等和都必須嚴格與錘體分離。
圖三 70噸(30+25+15)組合錘試測信號
4. 錘體要求
大量實驗表明,單一整體錘的錘頭測力模式,信號質量非??煽?,片錘組合不宜使用錘頭測力模式,而多錘組合其實也應當慎用,信號同樣存在些微震蕩(圖三),組合的緊密性還是有要求的。
5. 錘墊要求
軟而厚的錘墊可以改善測試信號,然而要想充分發揮波動效應和動力放大效應,達到四兩撥千斤,充分激發樁側各土層阻力的目的,信號脈沖寬度不宜太寬,碰撞加速度不宜太低,輕錘達到100g,超大錘50~100g還是需要的(圖二實例超過150g)。這就要求錘墊不可太厚太軟。
總體來說,在測試效果都非常好的情況下,樁身測試比錘頭測力信號干凈。
圖四 現場傳感器安裝(左:錘頭測力,右:樁身測力)