论文总字数：48694字

摘 要

桩基工程属地下隐蔽工程，施工程序复杂、施工难度大、技术要求高，工程质量往往不容易控制，常常会有断桩、缩颈、混凝土强度偏低、夹泥或离析等各种安全隐患发生。因此，为了保证桩基工程的质量，进行桩基检测是相当重要的。工程中常用的桩基检测方法有很多，但都存在着一些不足，如适用范围有限、施工设备庞大、施工工艺复杂等。对于桩和土之间作用规律及荷载传递特性，较为可靠的方法就是对基桩进行内力测试。为完成测试，需在桩身不同部位事先埋进应变应力类型传感器。

以普通光纤为传感和传输介质的分布式光纤传感技术的优点就是，首先不需要另外的外置传感器件，同时光纤纤细柔韧，易植入构件体内或体表，因而可与监测构件变形协调一致。综上所述，在各类成型工程构件的监测中，分布式光纤传感器都可以得到广泛应用。本次毕业设计的研究目的有两点，一是通过实验中适宜的传感器选择和布置方案得到桩身应力应变关系和变形的情况，并结合数值模拟和理论计算提出适用的装配式钢筒桩基桩设计方案，并评估光纤传感器在桩基础上的适用性；二是通过实验结果和理论分析，研究桩基计算方法公式，提出能大量应用的对装配式钢筒状基础的实际合理设计和实验方法。

关键词：钢筒状基础，桩基检测，光纤传感器

Abstract

Pile foundation engineering belong to take cover engineering, underground construction procedures are complex, difficult construction, high technical requirements and construction quality are not easy to control, often have broken pile, necking and low strength of concrete, the clamps mud or segregation, and many kinds of potential safety problems. Therefore, in order to ensure the quality of pile foundation engineering, it is quite important to conduct pile foundation inspection. There are many commonly used pile foundation detection methods in engineering, but there are also some shortcomings, such as limited scope of application, large construction equipment and complex construction technology. For the interaction rule and load transfer characteristic between pile and soil, the more reliable method is to test the internal force of foundation pile. In order to complete the test, the strain stress type sensor should be embedded in different parts of the pile.

For the distributed optical fiber sensing technology, the advantages of that ordinary optical fiber sensing and transmission medium of are, first of all, the unnecessary need of another external sensors, but at the same time, the optical fiber of which easy component implanted or body surface, thus it can be used to monitor deformation coordinated components. In conclusion, distributed optical fiber sensors can be widely used in monitoring various forming engineering components. There are two research purposes of this graduation design ,one is to layout of the deformation of pile body stress strain relationship and situation through the experiment of proper sensor selection, combined with numerical simulation and theoretical calculation of that application of prefabricated steel cylinder pile foundation pile design, and finally to assess the applicability of the optical fiber sensor based on pile; Second, through the experimental results and theoretical analysis, the calculation formula of pile foundation is studied, and to put forward the practical and reasonable design and experimental method of prefabricated steel tubular foundation which can be widely used.

KEY WORDS: steel tubular foundation, pile foundation detection, optical fiber sensor

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 背景与概述 1

1.1 选题背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究目的 3

1.3.1 钢筒桩基础内力测试 3

1.3.2 钢筒桩基础理论计算和数值模拟 3

1.3.3 实验测试研究 4

第二章 装配式钢筒桩基础设计方案及传感器工作原理 5

2.1 组成部分 5

2.2 FBG传感器原理 6

2.3 测得数据转换 7

第三章 理论分析与数值模拟 9

3.1 桩基承载能力计算 9

3.1.1 抗拔桩的理论计算模型 9

3.1.2 单桩抗拔承载能力计算 9

3.2 有限元模型的建立与分析 11

3.2.1 抗拔桩的几何模型 11

3.2.2 模型的网格划分及边界条件加载 12

3.2.3 计算参数与计算工况 13

3.2.4 数值分析结果 13

第四章 实验方案 16

4.1 实验目的及原理 16

4.2 实验材料及仪器 16

4.2.1 实验材料 16

4.2.2 实验仪器 16

4.3 实验步骤 20

4.3.1 实验材料填土及钢管桩的埋置 20

4.3.2 FBG传感器的布置 20

4.3.3 其他传感器的布设 22

4.4 实验工况 22

4.4.1 工况 22

4.4.2 模型实验加、卸载方案 22

4.5 实验数据处理 23

4.6 实验数据分析 24

4.7 实验总结 25

致谢 27

参考文献 28

附录 30

背景与概述

选题背景

在社会与经济不停发展的今天，对于电力工程方面的建设越来越重要，电力工程的重点项目就是输电线路的建设。因为输电线路跨度大、设计区域面积大，沿线地貌地形等复杂。另外各个省份越来越重视生态环境，土地资源利用率越来越高，这对输电线路的制约也就越来越大。在实际工程中，线路不可避免地要经过地形陡峭、交通运输不便的丘陵山地地区。在山地的基础施工已经成为了一大急需解决的困难。据统计，山区输电线路基础施工占建设工期60%以上，山区基础施工是制约输电线路建设工期的最重要因素。而对于输电线路基础工程，一般采用的基础形式就是桩基础。桩基工程属地下隐蔽工程，施工程序复杂、施工难度大、技术要求高，工程质量往往不容易控制，常常会有断桩、缩颈、混凝土强度偏低、夹泥或离析等各种安全隐患发生。因此，为了保证桩基工程的质量，进行桩基检测是相当重要的。工程中常用的桩基检测方法有很多，但都存在着一些不足，如适用范围有限、施工设备庞大、施工工艺复杂等^[1]。

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