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歐美大地 基樁檢測
基樁檢測
高應變信號CAPWAP擬合流程全解
發布時間:2021-01-18 瀏覽次數:51232 來源:歐美大地

 

● 簡介

高應變力傳感器,高應變打樁分析儀

CAPWAP分析不應該只是盲目地追求計算曲線與實測曲線差異較小化。在擬合分析的過程中,分析人員應該對每一個參數的選擇有充分的認識。只有所有的模型參數能夠形成一個合理的組合,這時最低的擬合質量數才可作為衡量擬合效果的標準。例如,在樁運動速度非常低的情況下(沖擊速度低,阻力相對較高),或者土層是高粘性土或淤泥質粘性土,使用非常高的阻尼系數是可以解釋的。相反,如果樁是打入巖層的,那么高阻尼就不太說得通了。

自動擬合AC,基本上遵循的是推薦的擬合流程,不過,建議先人工擬合到一個相對理想的階段再使用自動擬合。然后自動擬合可以對其進行獨立的檢查優化。在CAPWAP2014中,是不允許上來就使用AC的,要求我們必須通過手動擬合,將MQ降低25%之后,才可以使用AC。最后,因為CAPWAP分析涉及到土壤的非線性行為,以及大量的未知數,所以,在開始分析的時候,嘗試多種不同的參數組合,再給出最終結論就很重要了(比如,端阻力和側阻力的不同分布,或者阻尼系數和彈限的變化)。此外,在輸出最終擬合結果之前,建議適當調整靜阻力值(使用RD或AQRD功能),以便達到較好擬合效果(MQ值較低)。

高應變力傳感器,高應變打樁分析儀

 

● CAPWAP中包含的未知數

CAPWAP擬合分析中,需要分別建立樁模型和土模型,一般樁模型以傳感器以下樁長LE為基礎,1米一個單元,共Np個樁單元(p即pile);而土模型則以入土深度LP為基礎,通常2米一個單元,共Ns個土單元(s即soil)。因此在擬合之前,應確保原始數據中LE、LP參數正確輸入。所以,常規分析包含以下未知數(Ns=樁側土阻力單元數):

  • 1個極限端阻力值,R(Ns+1)
  • 1個樁側彈限QS+1個樁側卸載彈限系數CS
  • 1個樁端彈限QT+1個樁端卸載彈限系數CT
  • 1個樁側阻尼系數SS
  • 1個樁端阻尼系數ST
  • 1個卸載水平系數UN
  • 1個土隙TG
  • 1個樁端阻尼選項OP
  • 1個樁側阻尼選項SO
  • 1個樁端土塞質量PL

因此,正常情況下,就有Ns+12個未知數。當然了,如果再使用單個單元不同的彈限,不同的阻尼值或乘子,1-2個額外的樁端阻力值,不同的重復加載水平,輻射阻尼,樁側土塞,樁側阻尼類型選項,以及殘余應力分析,那么未知數的數量又會大大增加。考慮到增加這些參數會很大程度上增加分析的不確定性,所以建議只有當常規參數都調整了,但分析結果還不理想的時候再使用這些參數。

 

● 分析步驟

進行擬合分析的時候,應遵循以下步驟:

1

選擇合適的信號

2

檢查數據并進行適當的調整

3

建立樁模型(指非均勻樁;如果是均勻樁,則軟件自動建立模型)

4

信號擬合,得到擬合結果

5

輸出擬合結果

6

輸出結果解釋

每一個步驟都要求仔細分析并檢查。鑒于復雜的工程情況,如錘類型及性能各異,樁身尺寸,材料,施工過程,土類型,測試的時間及方式都有很大差異,因此,我們只能大概的總結出一個成功分析的框架。而且,每一次對實際案例的分析過程,都可以為分析人員提供一次全新的學習經驗。以下,我們會對一些必要的分析步驟進行講解,您可以從軟件的“HELP”菜單中找到更多的細節信息。

 

● 信號的選擇

有證據表明,信號選擇是CAPWAP分析中重要的一步:如果選擇的信號質量有問題(比如偏心嚴重,螺栓松脫,標定系數錯誤,電纜問題等),或者是難打情況中的低能量信號,易打情況中的高能量信號,復打中較靠后的信號,或者距離打樁結束太靠前的信號等,CAPWAP分析得出的結果可能都不是我們想要得到的結果。

以下,我們總結了一些關于信號選擇的指導,不過,我們應該意識到,任何指導都不可能面面俱到或者是完美的,因而分析人員自己也要做出一定的判斷:

如果平均每錘貫入度低于3mm(錘擊數超過300錘/米),選擇能量與力值較高的信號,以免出現低估承載力的情況。

如果平均每錘貫入度高于12mm(錘擊數低于83錘/米),選擇錘擊能量較低的信號,以免高估承載力,如果沒有這樣的信號可以分析,那么擬合的難度勢必會增加。

對于貫入度在3-10mm之間的情況(100-300錘/米),選擇平均能量的信號,這樣可以得到一個平均水平的承載力結果。

選擇的信號,偏心影響應較小(檢查單獨的力通道),信號中沒有毛刺或電子噪音,速度曲線歸零,最終位移等于實測貫入度,力信號歸零,或只有輕微的負值,比例性好(樁是均勻樁,且傳感器安裝位置與土阻力發揮位置之間的距離的影響也比較大)。如果力曲線尾部為正,且速度曲線明顯歸零,則表明樁身材料已出現屈服,該信號不可用,因為樁身已經不再是線彈性的。

在復打測試中,應該選擇較早的信號;如果早期的信號能量很低,且貫入度也很低,那么就需要做一些折中的選擇了。“第一個高能量錘擊”是不錯的選擇。如果測試是在復打比較靠后的階段進行的,因為土阻力恢復而獲得的承載力已經重新損失掉了,那么可以通過疊加分析來獲得一個相對合理的結果,不過這只有在貫入度很低的情況下才可以

初打的后期,選擇靠后的信號。

 

不管什么情況,選擇數據質量好的信號都是至關重要的,如果選擇的信號質量不好,可能導致你多花好幾個小時的時間去分析,最后還是不能得到一個很好的擬合結果。即使擬合的結果還不錯,這個結果也是不可靠的。數據質量不好的情況可能有以下幾種:

電子干擾,有可能是電纜損壞,或者附近有比較強的發射信號,或者有高壓線;

力信號變形,可能由于樁頭變形過大,甚至破壞;

力信號變形,由于局部變形,或者剪力的影響。傳感器安裝一定要避開鋼樁焊接的位置,以及混凝土樁接頭的位置;另外,需遠離樁身截面尺寸變化的位置;

因為傳感器安裝問題導致的力信號或速度信號變形;

加速度信號過載(比如沒有設置樁墊,水平向加速很高);過載的話,會導致速度信號在峰值后迅速下降;

力或者加速度傳感器標定系數輸入錯誤。

 

所以,我們可以通過以下標準來對信號質量進行大致的評估:

力與速度信號比例性好,除非樁本身就是非均勻樁,或者靠近傳感器位置有土阻力作用;簡單來說就是力與速度曲線在第一個峰值以前一般都是重合的,如果土阻力發揮較早,可能會出現力曲線高于速度曲線的情況;如果出現速度曲線高于力曲線的情況,則需要檢查原因,如WS輸入是否正確,樁頂附近是否存在變截面的情況等等。

信號沒有高頻噪音;混凝土樁,尤其是預應力混凝土管樁的高應變測試信號一般高頻噪音較小,當然,這也與是否使用合適的樁墊關系很大;而鋼管樁因為錘與樁之間一般不設置墊子,所以測試的高應變信號一般高頻噪音都比較大,可以使用軟件中FF進行適當濾波。

速度信號尾部歸零,或者在零線附近震蕩;

最終位移與實測貫入度吻合(如果有精確測量,數據信號時長足夠),如果速度曲線尾部不歸零,那么應該做適當的調整,不過,如果信號看起來合理,且傳感器沒有問題,則不應該做調整。在擬合過程中可能還需要對這些調整進行改進。(注意:如果最終位移與實測貫入度不相等,或者實測貫入度是估計值,那么不要使用錘擊數擬合。

力信號尾部歸零(或有少許負值)(說明不存在因為混凝土碎裂導致的材料屈服,或者傳感器滑動)。

 

● 數據調整

對于所有的測試來說,往往都不可能是完美的,而CAPWAP分析又需要相對精確的數據,所以,就有可能也有必要對實測的力和速度數據進行一定的調整。其他還有一些參數可能需要調整,如標定系數,濾波或者光滑,時間調整,幅值調整等。有三個不同的調整是必須要考慮的:

01

標定系數在一定范圍內調整時可以的。因為力和加速度傳感器的標定系數總體上存在大約2%的誤差,混凝土和鋼的材料特性,也可能導致標定系數出現一定的誤差。所以回放系數RF(Replay Factor)在0.98-1.02之間調整是合理的,一般不要超出0.95-1.05。

02

對于很長時間段內的加速度進行積分,可能會積累產生所謂的加速度零漂。所以就有必要對加速度零線進行輕微的調整。加速度調整可能是最復雜的調整了,它可能會對擬合過程產生影響,從而也會影響到承載力,使用也相對比較頻繁。不過,這個調整非常重要,尤其當選擇了錘擊數擬合的時候。相比于樁頂附近實測的加速度值而言,這些調整的幅值是非常小的。

03

另一個調整,時間或者相位調整(PDA中稱之為VT),就相對沒那么重要,偏修飾性的調整。這個調整的量正常只有一個時間增量的級別(通常1ms以內)。調整的標準是使得上行波在速度曲線的第一個峰值處更平滑。

一般來說,我們都建議先不對數據進行調整,而只有在擬合過程中明確發現,不調整就很難得到好的擬合結果的時候,才進行數據調整。PDA軟件的默認調整一般都能得出比較合理的結果。

 

● 信號擬合

數據導入,進行適當調整,建立了正確的樁模型后,就可以開始信號擬合了。擬合過程必須從左往右進行,從錘擊開始到信號結束。在擬合剛開始的時候,CAPWAP會以凱斯法為基礎給出一個承載力值,以上行波的形狀為基礎給出一個初步的阻力分布,對于短樁來說,可能就是三角形分布。同樣,CAPWAP也會給出波動方程的一些標準參數,如阻尼和彈限。

用戶需要完成以下工作:

01

對于非均勻樁,在PM中輸入樁模型,前提是樁模型已知,對于灌注樁,截面積沿著樁長的變化可能是未知的,這就需要有經驗的分析人員根據混凝土澆灌記錄,以及土層信息進行判斷,給出一個合理的模型。

02

通過調整單個土單元的阻力以及總阻力,來提升第一個2L/C內的擬合效果。在輸入土阻力值的時候,Delta值可以起到輔助作用,Delta表示的是每個單元位置,計算的值與實測值的差值。

03

對于緊接著2L/C之后的部分,調整端阻力和樁端彈限(和/或土隙),或者同時調整總阻力和樁端彈限和樁端阻尼參數。

04

調整總阻力,樁側和樁端阻尼來優化2L/C之后的曲線,然后回到第2步。

05

2L/C的位置,可以嘗試選擇不同的樁端阻尼類型OP來優化,OP通常不是0就是2,然后回到第3步。

06

對于曲線比較靠后的部分,可以通過卸載彈限和卸載參數來進行優化。因為這一步也會對曲線前部有影響,所以還需要回到第2步,再次分析。

07

嘗試不同的總阻力,從第2步開始重新分析。

08

回顧一下,看是否需要修改樁模型,如果需要,從第1步開始重新分析。

 

CAPWAP

幫助獲取

如果您在CAPWAP使用和分析過程中遇到問題,歡迎歐美大地,與我們交流探討。

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