[求助/请教]如何通过测量桩身振玄式钢筋计计算出所受到的应力 [复制链接]

本人不才，刚转入这行，开始学习阶段，最近在帮人做实验。 o60wB-y  
想问一下：如何通过测量埋设在桩身的振玄式钢筋计，土压力盒、空隙压力计等的频率，来计算出所受到的应力呢。公式是什么啊？ L%<1C\k  
有没有详细介绍原理的资料啊。 p\HXE4d'  
谢谢大家，请帮帮忙

很简单的。 v|"{x&I.  
lz看来很菜 啊

简单么？ >WpPYUbH  
不是那么简单吧 "L,FUo^&  
你看基桩检测规范上计算很简单，但事实上混凝土应变和应力严格说是变化的 ;?y?s'>t&  
而灌注桩往往又是变径的 ?;*mSQA`J  
网上有些资料 可以看看

你看基桩检测规范上计算很简单，但事实上混凝土应变和应力严格说是变化的 2M;{|U  
而灌注桩往往又是变径的 $0wl=S  
网上有些资料 可以看看！

非常复杂的计算方法。 CSD8?k]2  
需要很多的专业知识。

以下引用郅正华高工的文章 J%}}(G~  
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一、   前言 yEz2F3[ S  
近年来桩身应力测试的试桩项目越来越多，其中桩身竖向抗压应力测试占多数。现行相关检测规范（例如《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003）还专门介绍了桩身内力测试的方法，但内容略显粗糙，对于指导实践仍不充分。鉴于专门系统介绍桩身抗压应力测试的文献仍不多见，笔者根据自己多年的研究和实践成果形成本文，供工程界同行参考。 zcA"\  
二、   桩身抗压应力测试目的 S</"^C51J  
1、实测桩身轴力分布 Ck[Z(=b$$:  
2、实测荷载作用下桩周摩阻、端阻大小及分布 }q~A( u  
3、其它用途（比如桩身负摩阻观测、桩身质量辅助观测等）

三、   桩身应力测试原理 CjO/q)vV  
1、桩身摩阻的测试原理 HFf| >&c&  
⑴、方法一：K值法 Ak1f*HGl|  
普通意义上的桩是由混凝土及其中的“加强体”钢筋，组成的“复合杆件”，任取桩身一截面单元，如图1所示，在桩顶荷载q作用下，该单元的稳定状态可表示为：q=q1+q2+q3- q4，其中，q1为钢筋承受的荷载；q2为混凝土承受的荷载；q3为该单元以上的全部摩阻；q4为计算单元以上的桩重。并且可分别表示如下： 1r
8]EaI  
}b+=,Sc"  
q1=n（钢筋数量）×σs（钢筋应力）×As（钢筋截面积） a @TAUJ,  
q2=σc（混凝土应力）×（S（桩的横截面积）-n×As（钢筋截面积）） ZLO_5#<  
q3=qs（单位摩阻力）×h（截面深度）×d（桩的直径）×π =,(Ba'  
q4=0.25×γ（桩体材料重度）×h（截面深度）×d2（桩的直径）×π K&S~IFy  
在钢筋和混凝土等同变形条件下，设v（应力比）=σs/σc=Es（钢筋弹性模量）/Ec（混凝土弹性模量），则q2=σs/v×（S-n×As（钢筋截面积）） &'(:xjN  
则上述公式可简化为： "#p)Z{v"!  
q=σs×（n×As+1/v×（S-n×As）+q3- q4 =σs×K+q3- q4  ……..（式1） iPs()IN.O  
式中K= n×As+1/v×（S-n×As）。由于q、σs、q4为已知数，因此式1中的未知数有两个：K和q3，q3为桩身应力观测要求的目的参数，因此需要通过某种途径求取K。当桩径不大（小于1m）时q4可以忽略，忽略q4后公式1变的更加简洁。理论上讲，忽略q4会使计算的摩阻偏于保守，因此这样的误差也是可以接受的。 t%=ylEPW  
在桩顶总阻力q一定的情况下，σs×K的减小量，和q3的增加量是一致的，反映了桩侧摩阻的变化。σs×K即(q1+q2)代表了桩身内力（或轴力）的变化，q3代表了桩侧摩阻的变化，桩身侧摩阻和桩身内力变化方向相反，量值相等。因此通过内力(q1+q2)变化求摩阻和直接求q3计算摩阻是等效的。 myXp]=Sb?  
通过钢筋应力σs求K的方法又因K的量纲为m2，故取名为“标定面积法”。通常求K最简洁的办法是在桩顶部位设置标定断面，一般为避开桩顶应力的不均匀区，应该在桩顶下1倍桩径附近安装标定用传感器，在标定断面处，桩身摩阻可以忽略，即q3≈0。则可根据式1获得K值随钢筋应力σs的变化曲线（如图2），图例中拟合曲线代表的公式为K=10-6σs+0.1393，这样桩身其它部位的q3就可依据标定后的K值公式进行计算求取了（q3=q-σs×K）。 5[;^Em)C  
OCX?U50am  
同理，如果采用的是钢筋应变计，则式1中的K=Es ×n×As+Ec×（S-n×As）=Ec×S+As×n×(Es-Ec)，于是q=ε（钢筋应变）×K+q3- q4  ……..（式2）。在标定断面处，可根据式2获得K值随钢筋应变ε的变化曲线，同样可以求取桩身各部位的q3，进而计算桩身单位摩阻。这种方法中K的量纲变成了Pa，因此又称“标定等效弹性模量法”与检测规范中介绍的方法相当。 a#mdD:,cF  
桩中如果没有钢筋就是所谓的素混凝土桩，此时的桩身应力观测相对简单化，q1=0，q2=σc（混凝土应力）×S（桩身截面），q=σc（混凝土应力）×S（桩身截面）+q3，即实测荷载作用下的混凝土应力就可以获得桩身轴力分布并推算摩阻分布。但通常的做法是直接观测混凝土应变ε，然后在标定断面根据公式q=ε×Ec×S建立Ec和ε的关系f（Ec，ε），从而换算其它断面的桩身内力q2=ε×f（Ec，ε）×S，最后得到计算断面以上的总摩阻q3=q-q2，其它计算过程略。 ~fS#)X3 D  
K值还可以同时在标定断面安装钢筋应力计(或者钢筋应变计)和混凝土应变计直接求取应力比获得，这样可以避免选取钢筋弹性模量，而直接得到σs与K，或者ε与K的关系。其它观测断面可只安装钢筋应力/应变计，或者只安装混凝土应变计，只是这种方法并不能实质上降低试验难度而很少采用。

⑵、方法二：弹性模量法 lQ)8zI  
该方法是通过直接测定钢筋应力q1得到σs（或者直接测钢筋应变ε，再计算q1= n×Es×ε×As），然后换算钢筋应变ε=σs/Es（钢筋弹性模量），在钢筋和混凝土等同变形条件下，混凝土的应力可换算为σc=Ec（混凝土弹性模量）×ε，这样可换算出q2。显然这种方法采用的是钢筋和混凝土的弹性模量来推算q3，由于钢筋的弹性模量一般是已知的，那么只需要标定Ec就可以推算桩身各部位的q3了，具体过程如下： <iTaJa$0m  
q=q1+q2+q3 m(&ZNZK  
q1=n（钢筋数量）×σs（钢筋应力）×As（钢筋截面积） 5[I9/4,  
ε=σs/Es ZL@7Mr!e  
q2=Ec×ε×（S（桩的横截面积）-n×As）= Ec×（S-n×As）×σs/ Es 5#iv[c  
q3=qs（单位摩阻力）×h（截面深度）×d（桩的直径）×π VGe/;&1h  
在桩顶时q3=0，则q=q1+q2，q1是直接测定σs获得的，因此可通过q2=q-q1获得在分级荷载作用下Ec随σs的变化规律。实际应用时可通过EXCEL电子表格的趋势线（如图3），回归出计算公式，椐此计算桩身其它部位的q2，进而推算q3。 wCkkfTO  
!ZB|GLpo6  
同样如果直接测定钢筋的应变ε，也可通过类似的方法标定Ec来推算q1+q2，同样可得到q3，这种方法资料整理过程与直接测钢筋应力类似，故不再赘述。 RJGf@am&  
显然测定桩身应力和摩阻的方法并不是唯一的，但有一点必须注意，那就是桩身参数（如直径、钢筋数量）必须已知（可通过桩孔形的测试确定桩身各部位的实际桩径），否则会带来很大的推算误差，甚至造成试验结果难以解释。

⑶、两种解释方法的优缺点 _hXadLt  
K值法进行摩阻计算时，无需给定钢筋弹性模量，因此较采用弹性模量法更能避免给定弹性模量带来的计算误差，摩阻计算准确性更高。K值法的缺点是无法直接显示桩身混凝土弹性模量的变化，仅能通过等效弹性模量对桩身质量作出间接判断。 X, J.!:4`  
弹性模量法需要给定钢筋的弹性模量，因此钢筋弹性模量的准确与否将决定推算过程和结果的准确度。但弹性模量法能够直接显示混凝土弹性模量的变化特征，对于桩身质量可以给出比较明确的判断。 {U&Mo97rzX  
因此解释过程中，如果能够将两种方法进行综合，无疑对桩身应力观测资料的整理会带来好处。

2、桩端阻力的测试原理 Vrz<DB^-e  
桩端阻力其分布形态与桩径、荷载大小有关系。荷载较小时接近马鞍形（边缘大、中心小），荷载较大时为水滴形（中心大、边缘小）。 .-nA#/2-  
事实上，如果仅需要了解桩端阻力的大小，则无须专门做桩底的阻力观测，可通过桩侧摩阻力间接推算桩端阻力：桩端阻力Qp（桩端阻力）=Q（总阻力）-Qs（桩侧总阻力）。另外，由于桩端阻力并不均布且形态多样，在布置有限数量的传感器时，桩端总阻力通常难以直接精确测得，曾有报道采用与桩截面同样尺寸的平面式应力感应装置进行桩底阻力观测，可以得到相对准确的端阻力试验成果。 Ma_! 1Y  
因此采用普通的压力盒直接观测桩底应力时，需要针对试验目的对可能的应力分布形态进行预测，以便合理布置传感器位置，对桩底的应力形态和大小进行定量观测。如图4为某工程桩端阻力的实际观测资料，桩底埋设双膜土压力盒，埋设土压力盒时考虑了可能的应力分布形态（该桩长度50m，桩径1m，达最终加载量时桩身侧摩阻尚未充分发挥），分别在桩底截面的中心、边缘、和其它位置埋设了土压力盒。资料解释时，将各个传感器所代表的应力进行叠加得到近似的总桩端阻力，即F=F中心+F边缘+F其它=σ中心×S中心+σ边缘×S边缘+σ其它×S其它。实际观测表明桩底边缘测得的力最大，中心最小，近似呈马鞍状，最大加载量（约10MN）时实际总端阻仅为总荷载的1.8%。

四、   桩身应力测试数据的处理 8a"aJYj  
1、钢筋应力的转换计算 -rU *)0PR  
当同一截面埋设多个应力感应装置时，一般应将有效观测数据代入事先标定的应力表达公式计算该应力计的应力值，然后对计算结果进行平均处理，计算实际的钢筋应力。例如：某级荷载下，某个深度（hi）的3个钢筋应力计实测的频率（fi）分别为：1790、1760、1727，应力计的初始读数（f0）为1793、1764、1730。根据三个应力计的标定公式计算结果分别为： ,TP^i 0  
Pi=2.0914×10-5×（f02-fi2-630）=0.212  （kN） *bwLih!}H  
Pi=2.0628×10-5×（f02-fi2-63）=0.289  （kN） 3wa }p^   
Pi=2.2064×10-5×（f02-fi2+204）=0.233  （kN） UPLr[>Q#  
取其平均值Pi’=0.245kN作为该深度应力观测的统计结果。该截面总的钢筋力为钢筋数量（例如n=20）乘以单根钢筋力，即q1=n×Pi=20×0.245=4.9

（kN），换算成压强单位，则除以钢筋（20φ16）的总面积，即σs=q1/As=4.9/（0.008×0.008×3.14×20）=1219（kPa）。 nwW`Q>+#U  
说明：计算时，应根据钢筋应力计的受力状态（压或者拉）分别代入不同的公式进行计算。由于传感器的标定状态和其实际工作状态有一定区别，可能造成其零点的漂移（增大或者缩小），但并不影响其标定关系，因此在其工作状态下必须在受力前测读新的零点f0，椐此计算Pi。