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弹性波法在西成客专桥梁基桩质量检测中的应用效果研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 弹性波法检测技术的发展现状

1.2.1 弹性波法在国外的发展及应用

1.2.2 弹性波法在国内的发展及应用

1.3 研究的目标和内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

第2章 弹性波反射法检测的理论基础

2.1 弹性波法概述

2.2 弹性波法检测桥梁基桩的基本原理

2.3 弹性波在桥梁基桩中的传播机理

2.3.1 上行波与下行波

2.3.2 弹性波的反射与透射

2.4 弹性波法检测的目的和适用范围

2.4.1 检测目的

2.4.2 适用范围

2.5 弹性波法相对其他检测方法的特点

2.6 测试结果的分析与处理

2.6.1 常用的数据处理方法

2.6.2 时域分析

2.7 基桩完整性的评定和检测结论

2.8 本章小结

第3章 ABAQUS数值模拟技术概述

3.1 ABAQUS总体介绍

3.2 ABAQUS主要模块

3.3 ABAQUS显式动态分析

3.3.1 瞬态动力学分析

3.3.2 ABAQUS/Explicit中的显式积分算法

3.3.3 显式方法相比隐式方法的优势

3.3.4 弹性波在一维杆件内传递模型的建立

3.4 本章小结

第4章 弹性波法检测完整桩的数值模拟

4.1 建模过程中要考虑的问题

4.1.1 桩周围土体边界选取的考虑

4.1.2 材料参数的考虑

4.1.3 分析步时间的考虑

4.1.4 动态激振参数的考虑

4.1.5 边界条件的考虑

4.1.6 网格划分的考虑

4.1.7 设置滤波

4.2 桩顶动测的三维效应研究

4.2.1 三维效应的研究意义

4.2.2 对三维效应的理论解释

4.2.3 三维效应的数值模拟验证

4.3 完整端承桩的动力响应

4.4 本章小结

第5章 弹性波法检测缺陷桩的数值模拟

5.1 混凝土灌注桩的缺陷问题

5.1.1 沉管灌注桩

5.1.2 泥浆护壁钻孔灌注桩

5.1.3 人工挖孔灌注桩

5.2 离析桩

5.2.1 成因分析

5.2.2 离析桩的数值模拟

5.3 扩颈桩和缩颈桩

5.3.1 成因分析

5.3.2 扩颈桩的数值模拟

5.3.3 缩颈桩的数值模拟

5.4 断裂桩

5.4.1 成因分析

5.4.2 断桩的数值模拟

5.5 桩底沉渣

5.5.1 成因分析

5.5.2 桩底有沉渣的数值模拟

5.6 本章小结

第6章 工程应用实例

6.1 西成客专工程概况

6.2 工程检测系统

6.2.1 仪器设备

6.2.2 检测前的准备工作

6.2.3 现场数据采集

6.3 实测数据分析

6.3.1 完整摩擦桩的检测

6.3.2 完整端承桩的检测

6.3.3 离析桩的检测

6.3.4 扩颈桩的检测

6.3.5 缩颈桩的检测

6.3.6 断裂桩的检测

6.4 弹性波法经济效益与应用效果评价

6.4.1 经济效益评价

6.4.2 优点

6.4.3 缺点

6.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

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摘要

在西成客专铁路桥梁的建设中,桩基础是一种非常重要的基础形式,尤其是以混凝土或钢筋混凝土为材料的混凝土灌注桩被广泛使用。但是桥梁基桩深埋地下,作为一项隐蔽工程,容易出现各种质量问题,对桥梁造成安全隐患。因此,对桥梁基桩进行质量检测颇为重要。本文采用现场实际检测与有限元数值模拟相结合的方法,对弹性波法用于西成客专桥梁工程中的基桩质量检测的有效性、准确性进行了系统研究。
  首先系统介绍了弹性波反射法检测桥梁基桩质量的基本理论,弹性波在桩内的传播机理,弹性波法的检测目的和适用范围,数据处理及缺陷判释原则。在数据处理方面,重点介绍了四种常用的信号后处理方法,包括数字滤波、指数增大、旋转修正,通过对比信号处理前后的效果,并采用时域分析的方法准确计算缺陷的具体位置,从而能够准确地对西成客专桥梁基桩的桩身完整性做出定性评价。
  其次在弹性波法检测基桩的理论基础上,利用大型有限元模拟软件ABAQUS对弹性波法基桩检测做激振瞬态模拟研究。起初介绍了ABAQUS的基本功能,包括模拟所用的处理模块和显式算法,以模拟弹性波在一维杆件内的传播为例,观察弹性波在杆内的传播过程,详细说明了ABAQUS建模和分析的过程;接下来以弹性波法检测完整摩擦桩为例,考虑到建模过程中所遇到的诸多问题,结合实际工程,对桩土模型进行优化,使得模拟的信号结果更加符合理论和实测情况;另外针对桥梁基桩可能遇到的各类质量问题,分析了西成客专铁路桥梁建设中应用较多的混凝土灌注桩的缺陷成因,分别对离析、扩颈、缩颈、断桩和桩底沉渣这五大类缺陷桩的检测做数值模拟,包括在不同位置设置缺陷,对比不同缺陷对应的桩顶测点速度时域信号特征的区别。
  最后对西成客专桥梁基桩质量检测的现场操作流程做了详细介绍,总结了弹性波法用于实测过程中的相关经验,包括检测前对桩顶的处理,设备测试参数的调整,传感器的安装以及检测过程中激振点和激振方式的选取等,接下来依托在西成客专汉中段用弹性波法实测的数据,对比完整桩和各类非完整桩的信号特征,对缺陷桩进行开挖验证,表明弹性波法用于西成客专桥梁基桩质量检测是切实可行的。

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