[发明专利]一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法

说明书

本发明公开了一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法，实施步骤如下：利用ABAQUS分析桩在不同形状参数、荷载参数、材料参数下的应力释放规律；选取预制桩进行对比试验；根据试验数据修正有限元数据误差；通过参数化数据库建立预测模型对实际工程桩应力进行测定。该方法与超声波检测法相比更准确且支持对桩工作应力检测；与环孔法相比对结构破坏更小，可以检测管桩应力；与现有开槽法相比，不局限于应力完全释放点，自由度更高。现有检测方法均针对方圆形结构开槽，而大量实验发现管桩应力释放规律特殊，现有方法已无法适用。该方法操作简单便于实施，结果可靠性强，可以实现对桩身应力的准确测量，在建筑检测及加固纠偏领域中起到重要作用。

技术领域

本发明属于桩身应力检测技术领域，具体涉及一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法。

背景技术

由于地基的不均匀沉降、上部结构对桩的侧向荷载等因素的作用，桩在实际工程中不可避免的产生了一定的倾斜，当下亟需一种针对桩一类薄保护层结构的有效应力检测手段来确定桩身应力辅助进行纠倾加固。

在未提前在管桩中埋入应力采集装置的情况下，对管桩这样的小型构件进行应力检测，通过模拟开槽过程预测预制管桩的应力是最适合的方法之一；该方法操作简单便于实施，结果可靠性强，可以实现对工作状态桩身目标测区应力的准确测量，不需要考虑结构的荷载条件、边界约束条件，可以实现根据保护层厚度和实际工况灵活控制形状参数，因此在实际建筑的检测及加固纠偏工程中具有广泛的使用价值。

国内外混凝土应力检测技术主要分为无损检测技术和局部破损检测技术；无损检测技术是指在不破坏混凝土结构自身的前提下，使用声、光、电、电磁、波等媒介探查混凝土内部的情况，从而对应地得出混凝土内部的应力状况，但该方法需要提前在非工作状态对混凝土进行标定，无法对工作状态下的混凝土应力进行检测，同时该方法离散性较高，存在较大误差；局部破损检测就是通过测试仪器对构件测点局部进行损伤试验，根据试验数据来推测构件的受力性能，目前的局部破损检测技术对构件破坏较大，检测对象局限于岩体、桥梁板等大体积构件及钢筋钢结构构件；目前有损检测的切割深度标准均为应力完全释放深度或应力释放最大深度，而管桩在开槽过程中应力释放规律与传统方柱、圆柱结构并不一致，应力释放率随开槽过程持续增加，最大应力释放深度超过保护层厚度，传统的方法不再适用于管桩一类中小型构件。到目前为止，国内外尚无经济实用的对工作状态下中小型构件如管桩的实际应力进行检测的装置和方法。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法。

具体技术方案如下：

一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法，包括如下步骤：

步骤1、分析应力释放规律：通过ABAQUS仿真行为对上下开槽释放桩身应力的行为进行过程模拟，确定应力释放结果的理想情况下应力释放的仿真模型；

步骤2、以现场试验的方法对步骤1中仿真模型进行修正；

步骤3、通过修正后的数据库建立对开槽检测预制管桩桩身应力的预测模型公式；

步骤4、对工作应力状态下的桩进行应力释放并通过预测模型公式测定应力。

进一步的，步骤1中具体包括以下步骤：

步骤1A1、建立应力释放开槽过程的仿真模型：针对不同型号的预制构件，通过数值模拟的方法建立应力释放过程的仿真模型；预制构件模型包括有混凝土桩身模型、环向箍筋模型以及纵向钢筋模型，应力释放开槽的过程通过生死单元法予以实现；

步骤1A2、通过参数分析方法建立数值仿真结果的数据库：以影响应力释放结果的变量为参数进行仿真，记录不同材料参数、形状参数、荷载参数下的应力释放大小结果；其中材料参数包括材料泊松比、材料弹性模量；形状参数包括开槽宽度、开槽深度、开槽间距、槽口宽度；荷载参数包括先张预应力大小与外部荷载条件；