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高应变信号CAPWAP拟合流程全解
发布时间：2021-01-18 浏览次数：51091 来源：欧美HJC黄金城

 

● 简介

高应变力传感器,高应变打桩分析仪

CAPWAP分析不应该只是盲目地追求计算曲线与实测曲线差异较小化。在拟合分析的过程中，分析人员应该对每一个参数的选择有充分的认识。只有所有的模型参数能够形成一个合理的组合，这时最低的拟合质量数才可作为衡量拟合效果的标准。例如，在桩运动速度非常低的情况下（冲击速度低，阻力相对较高），或者土层是高粘性土或淤泥质粘性土，使用非常高的阻尼系数是可以解释的。相反，如果桩是打入岩层的，那么高阻尼就不太说得通了。

自动拟合AC，基本上遵循的是推荐的拟合流程，不过，建议先人工拟合到一个相对理想的阶段再使用自动拟合。然后自动拟合可以对其进行独立的检查优化。在CAPWAP2014中，是不允许上来就使用AC的，要求我们必须通过手动拟合，将MQ降低25%之后，才可以使用AC。最后，因为CAPWAP分析涉及到土壤的非线性行为，以及大量的未知数，所以，在开始分析的时候，尝试多种不同的参数组合，再给出最终结论就很重要了（比如，端阻力和侧阻力的不同分布，或者阻尼系数和弹限的变化）。此外，在输出最终拟合结果之前，建议适当调整静阻力值（使用RD或AQRD功能），以便达到较好拟合效果（MQ值较低）。

高应变力传感器,高应变打桩分析仪

 

● CAPWAP中包含的未知数

CAPWAP拟合分析中，需要分别建立桩模型和土模型，一般桩模型以传感器以下桩长LE为基础，1米一个单元，共Np个桩单元（p即pile）；而土模型则以入土深度LP为基础，通常2米一个单元，共Ns个土单元（s即soil）。因此在拟合之前，应确保原始数据中LE、LP参数正确输入。所以，常规分析包含以下未知数（Ns=桩侧土阻力单元数）：

  • 1个极限端阻力值，R（Ns+1）
  • 1个桩侧弹限（QS）+1个桩侧卸载弹限系数（CS）
  • 1个桩端弹限（QT）+1个桩端卸载弹限系数（CT）
  • 1个桩侧阻尼系数（SS）
  • 1个桩端阻尼系数（ST）
  • 1个卸载水平系数（UN）
  • 1个土隙（TG）
  • 1个桩端阻尼选项（OP）
  • 1个桩侧阻尼选项（SO）
  • 1个桩端土塞质量（PL）

因此，正常情况下，就有Ns+12个未知数。当然了，如果再使用单个单元不同的弹限，不同的阻尼值或乘子，1-2个额外的桩端阻力值，不同的重复加载水平，辐射阻尼，桩侧土塞，桩侧阻尼类型选项，以及残余应力分析，那么未知数的数量又会大大增加。考虑到增加这些参数会很大程度上增加分析的不确定性，所以建议只有当常规参数都调整了，但分析结果还不理想的时候再使用这些参数。

 

● 分析步骤

进行拟合分析的时候，应遵循以下步骤：

1

选择合适的信号

2

检查数据并进行适当的调整

3

建立桩模型（指非均匀桩；如果是均匀桩，则软件自动建立模型）

4

信号拟合，得到拟合结果

5

输出拟合结果

6

输出结果解释

每一个步骤都要求仔细分析并检查。鉴于复杂的工程情况，如锤类型及性能各异，桩身尺寸，材料，施工过程，土类型，测试的时间及方式都有很大差异，因此，我们只能大概的总结出一个成功分析的框架。而且，每一次对实际案例的分析过程，都可以为分析人员提供一次全新的学习经验。以下，我们会对一些必要的分析步骤进行讲解，您可以从软件的“HELP”菜单中找到更多的细节信息。

 

● 信号的选择

有证据表明，信号选择是CAPWAP分析中重要的一步：如果选择的信号质量有问题（比如偏心严重，螺栓松脱，标定系数错误，电缆问题等），或者是难打情况中的低能量信号，易打情况中的高能量信号，复打中较靠后的信号，或者距离打桩结束太靠前的信号等，CAPWAP分析得出的结果可能都不是我们想要得到的结果。

以下，我们总结了一些关于信号选择的指导，不过，我们应该意识到，任何指导都不可能面面俱到或者是完美的，因而分析人员自己也要做出一定的判断：

如果平均每锤贯入度低于3mm（锤击数超过300锤/米），选择能量与力值较高的信号，以免出现低估承载力的情况。

如果平均每锤贯入度高于12mm（锤击数低于83锤/米），选择锤击能量较低的信号，以免高估承载力，如果没有这样的信号可以分析，那么拟合的难度势必会增加。

对于贯入度在3-10mm之间的情况（100-300锤/米），选择平均能量的信号，这样可以得到一个平均水平的承载力结果。

选择的信号，偏心影响应较小（检查单独的力通道），信号中没有毛刺或电子噪音，速度曲线归零，最终位移等于实测贯入度，力信号归零，或只有轻微的负值，比例性好（桩是均匀桩，且传感器安装位置与土阻力发挥位置之间的距离的影响也比较大）。如果力曲线尾部为正，且速度曲线明显归零，则表明桩身材料已出现屈服，该信号不可用，因为桩身已经不再是线弹性的。

在复打测试中，应该选择较早的信号；如果早期的信号能量很低，且贯入度也很低，那么就需要做一些折中的选择了。“第一个高能量锤击”是不错的选择。如果测试是在复打比较靠后的阶段进行的，因为土阻力恢复而获得的承载力已经重新损失掉了，那么可以通过叠加分析来获得一个相对合理的结果，不过这只有在贯入度很低的情况下才可以。

初打的后期，选择靠后的信号。

 

不管什么情况，选择数据质量好的信号都是至关重要的，如果选择的信号质量不好，可能导致你多花好几个小时的时间去分析，最后还是不能得到一个很好的拟合结果。即使拟合的结果还不错，这个结果也是不可靠的。数据质量不好的情况可能有以下几种：

电子干扰，有可能是电缆损坏，或者附近有比较强的发射信号，或者有高压线；

力信号变形，可能由于桩头变形过大，甚至破坏；

力信号变形，由于局部变形，或者剪力的影响。传感器安装一定要避开钢桩焊接的位置，以及混凝土桩接头的位置；另外，需远离桩身截面尺寸变化的位置；

因为传感器安装问题导致的力信号或速度信号变形；

加速度信号过载（比如没有设置桩垫，水平向加速很高）；过载的话，会导致速度信号在峰值后迅速下降；

力或者加速度传感器标定系数输入错误。

 

所以，我们可以通过以下标准来对信号质量进行大致的评估：

力与速度信号比例性好，除非桩本身就是非均匀桩，或者靠近传感器位置有土阻力作用；简单来说就是力与速度曲线在第一个峰值以前一般都是重合的，如果土阻力发挥较早，可能会出现力曲线高于速度曲线的情况；如果出现速度曲线高于力曲线的情况，则需要检查原因，如WS输入是否正确，桩顶附近是否存在变截面的情况等等。

信号没有高频噪音；混凝土桩，尤其是预应力混凝土管桩的高应变测试信号一般高频噪音较小，当然，这也与是否使用合适的桩垫关系很大；而钢管桩因为锤与桩之间一般不设置垫子，所以测试的高应变信号一般高频噪音都比较大，可以使用软件中FF进行适当滤波。

速度信号尾部归零，或者在零线附近震荡；

最终位移与实测贯入度吻合（如果有精确测量，数据信号时长足够），如果速度曲线尾部不归零，那么应该做适当的调整，不过，如果信号看起来合理，且传感器没有问题，则不应该做调整。在拟合过程中可能还需要对这些调整进行改进。（注意：如果最终位移与实测贯入度不相等，或者实测贯入度是估计值，那么不要使用锤击数拟合。

力信号尾部归零（或有少许负值）（说明不存在因为混凝土碎裂导致的材料屈服，或者传感器滑动）。

 

● 数据调整

对于所有的测试来说，往往都不可能是完美的，而CAPWAP分析又需要相对精确的数据，所以，就有可能也有必要对实测的力和速度数据进行一定的调整。其他还有一些参数可能需要调整，如标定系数，滤波或者光滑，时间调整，幅值调整等。有三个不同的调整是必须要考虑的：

01

标定系数在一定范围内调整时可以的。因为力和加速度传感器的标定系数总体上存在大约2%的误差，混凝土和钢的材料特性，也可能导致标定系数出现一定的误差。所以回放系数RF（Replay Factor）在0.98-1.02之间调整是合理的，一般不要超出0.95-1.05。

02

对于很长时间段内的加速度进行积分，可能会积累产生所谓的加速度零漂。所以就有必要对加速度零线进行轻微的调整。加速度调整可能是最复杂的调整了，它可能会对拟合过程产生影响，从而也会影响到承载力，使用也相对比较频繁。不过，这个调整非常重要，尤其当选择了锤击数拟合的时候。相比于桩顶附近实测的加速度值而言，这些调整的幅值是非常小的。

03

另一个调整，时间或者相位调整（PDA中称之为VT），就相对没那么重要，偏修饰性的调整。这个调整的量正常只有一个时间增量的级别（通常1ms以内）。调整的标准是使得上行波在速度曲线的第一个峰值处更平滑。

一般来说，我们都建议先不对数据进行调整，而只有在拟合过程中明确发现，不调整就很难得到好的拟合结果的时候，才进行数据调整。PDA软件的默认调整一般都能得出比较合理的结果。

 

● 信号拟合

数据导入，进行适当调整，建立了正确的桩模型后，就可以开始信号拟合了。拟合过程必须从左往右进行，从锤击开始到信号结束。在拟合刚开始的时候，CAPWAP会以凯斯法为基础给出一个承载力值，以上行波的形状为基础给出一个初步的阻力分布，对于短桩来说，可能就是三角形分布。同样，CAPWAP也会给出波动方程的一些标准参数，如阻尼和弹限。

用户需要完成以下工作：

01

对于非均匀桩，在PM中输入桩模型，前提是桩模型已知，对于灌注桩，截面积沿着桩长的变化可能是未知的，这就需要有经验的分析人员根据混凝土浇灌记录，以及土层信息进行判断，给出一个合理的模型。

02

通过调整单个土单元的阻力以及总阻力，来提升第一个2L/C内的拟合效果。在输入土阻力值的时候，Delta值可以起到辅助作用，Delta表示的是每个单元位置，计算的值与实测值的差值。

03

对于紧接着2L/C之后的部分，调整端阻力和桩端弹限（和/或土隙），或者同时调整总阻力和桩端弹限和桩端阻尼参数。

04

调整总阻力，桩侧和桩端阻尼来优化2L/C之后的曲线，然后回到第2步。

05

2L/C的位置，可以尝试选择不同的桩端阻尼类型OP来优化，OP通常不是0就是2，然后回到第3步。

06

对于曲线比较靠后的部分，可以通过卸载弹限和卸载参数来进行优化。因为这一步也会对曲线前部有影响，所以还需要回到第2步，再次分析。

07

尝试不同的总阻力，从第2步开始重新分析。

08

回顾一下，看是否需要修改桩模型，如果需要，从第1步开始重新分析。

 

CAPWAP

帮助获取

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