本發(fā)明屬于樁身完整性低應(yīng)變檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于頻域分析的低應(yīng)變檢測方法。
背景技術(shù)：
目前，低應(yīng)變法在樁身完整性檢測中以其直觀、簡便、準(zhǔn)確的特點(diǎn)而被廣泛采用。在低應(yīng)變法檢測中又以時(shí)域分析法最為常用。在時(shí)域中，樁身缺陷、樁底一目了然，且計(jì)算簡便準(zhǔn)確。因此，頻域分析法常常被忽視。很少在工程樁的實(shí)際檢測報(bào)告及分析資料中找到頻域分析的影子。使做為時(shí)域分析法的一個(gè)重要補(bǔ)充的頻域分析法未能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。在基樁低應(yīng)變檢測中，時(shí)域分析法和頻域分析法為兩種基本的分析方法，但在實(shí)際檢測工作中，因頻域分析法沒有時(shí)域分析法直觀、計(jì)算方便，且易受干擾而少有采用。但時(shí)域分析法在實(shí)際應(yīng)用中存在以下問題，且難以克服：淺部缺陷的檢測，常常因?yàn)殄N擊主頻的偏低，缺陷反射易被入射波較寬的第一脈沖所掩蓋。如果檢測人員不仔細(xì)或經(jīng)驗(yàn)不足，極易導(dǎo)致淺部缺陷的漏判。振源的激振頻率與傳感器安裝諧頻不匹配時(shí)，易產(chǎn)生振蕩波形，而使許多不明顯缺陷變得模糊不清。當(dāng)樁身缺陷有多次反射時(shí)，缺陷反射會掩蓋樁底反射，對樁身完整性的判斷帶來很大困難。尤其是判定樁身缺陷部位以下的樁身完整性的幾乎是不可能的。
綜上所述，現(xiàn)有的時(shí)域分析法存在極易導(dǎo)致淺部缺陷的漏判；樁身缺陷的多次反射與樁底反射重合時(shí)，樁身完整性難以準(zhǔn)確判斷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于頻域分析的低應(yīng)變檢測方法，旨在解決現(xiàn)有的時(shí)域分析法存在極易導(dǎo)致淺部缺陷的漏判，缺陷多次反射掩蓋樁底反射，對樁身完整性難以判斷的問題。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，低應(yīng)變檢測時(shí)，對檢測信號及時(shí)進(jìn)行快速傅利葉變換，得到檢測信號的頻譜，判斷錘擊頻率及傳感器安裝諧頻是否匹配，以指導(dǎo)選擇合適的錘擊及傳感器安裝方式，并在有振蕩信號時(shí)，將時(shí)域分析與頻域分析相結(jié)合，分析振蕩引起的原因，是因錘擊、傳感器安裝、外來干擾，還是樁身缺陷引起。如是錘擊、傳感器安裝、外來干擾，可以通過合適的濾波、或?qū)Π惭b重新調(diào)整來排除；如果是樁身缺陷引起，則通過頻域分析，判斷是否有樁底信號，并結(jié)合時(shí)域分析，綜合判斷。
檢測、分析過程為：
先對樁頂進(jìn)行表面處理，然后進(jìn)行低應(yīng)變檢測，并在現(xiàn)場及時(shí)把檢測信號進(jìn)行傅利葉變換，以得到的頻譜信號來分析錘擊的振動(dòng)頻率高、低，以及對檢測的干擾影響，及時(shí)調(diào)整錘擊方式。主頻過低，淺部缺陷會漏測；主頻過高會影響深部缺陷的檢測。
進(jìn)一步，當(dāng)檢測信號為振蕩信號，頻譜信號的主頻高于2kHz，多為傳感器安裝諧振，則應(yīng)進(jìn)行低通濾波處理，以獲得檢測的有效信號。
進(jìn)一步，當(dāng)檢測信號為振蕩信號，頻譜信號主頻低于2kHz，則多為樁身缺陷的多次反引起。這時(shí)需要在頻譜中分析樁底信號，利用頻差參數(shù)與時(shí)域信號中時(shí)差、波幅參數(shù)相結(jié)合，綜合判斷缺陷程度。
低應(yīng)變法檢測樁身完整性的理論思路如下：將樁視為各向同性的一維彈性桿件，在一端受到軸向激勵(lì)時(shí)，可發(fā)生縱向振動(dòng)；D：樁徑，L：樁長，λ波長；
波在樁身內(nèi)部的傳播可用一維波動(dòng)方程來描述：
u:質(zhì)點(diǎn)位移，x：在x軸的坐標(biāo)，t：波有傳播時(shí)間，c：波速；
采用分離變量法，將U(x,t)表示為U(x,t)＝X(x)U(t)，求得微分方程組的解為：
U(t)＝Asinωt+Bcosωt (3)
A、B為分項(xiàng)系數(shù)，ω為角頻率。
進(jìn)一步，在不同邊界條件下，彈性桿件的固有頻率為：
(1)兩端自由的桿件：
兩端應(yīng)力為0，邊界條件為：X(0)＝0,X(L)＝0；
代入式(2)、(3)，解方程得：
i＝0,1,2,3.....則；
i＝0,1,23.....；
角頻率ω及頻率f的計(jì)算公式，f：頻率；
(2)一端自由，一端固定的桿；
一端應(yīng)力為0，一端速度為0，邊界條件為：
X(0)＝0，
代入式(2)、(3)，解方程得：
i＝0,1,2,3...則；
i＝0,1,2,3...；
k為彈性系數(shù)；f1為一階固有頻率；
(3)一端固定，一端彈性支承的桿；
一端應(yīng)力為0，一端桿與彈性支承的合力為0，邊界條件為X(0)＝0；
代入式(2)、(3)可解方程得一階固有頻率為：
頻差Δf不固定。
本發(fā)明目的在于提供一種應(yīng)用所述基于頻域分析的低應(yīng)變檢測方法。
本發(fā)明提供的基于頻域分析的低應(yīng)變檢測方法，在基樁低應(yīng)變反射波法檢測中，及時(shí)對信號進(jìn)行傅利葉變換，分析頻譜，以選擇合適的錘擊及傳感器安裝方法，并在有振蕩信號產(chǎn)生時(shí)，將時(shí)域分析與頻域分析相結(jié)合，進(jìn)行適當(dāng)濾波處理，排除干擾，綜合判定，提高樁身完整性判斷的準(zhǔn)確性。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于頻域分析的低應(yīng)變檢測方法流程圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于頻域分析的低應(yīng)變檢測方法包括以下步驟：
S101：先對樁頂進(jìn)行表面處理，然后進(jìn)行低應(yīng)變檢測，并在現(xiàn)場及時(shí)把檢測信號進(jìn)行快速傅利葉變換，分析錘擊的振動(dòng)頻率高低及對檢測的干擾影響，來指導(dǎo)錘擊方式改變，以消除因錘擊頻率過低造成淺部缺陷檢測失效；
S102:分析檢測信號，如信號為振蕩波形，難以清晰判斷樁身反射信息，則進(jìn)行傅利葉變換，頻譜中如主頻高于2kHz，則是傳感器的安裝系統(tǒng)共振而形成有規(guī)則衰減的振蕩波，會引起樁身反射信號變?nèi)酰毕莼驑兜追瓷湫盘柌荒芘凶x，易形成誤判；應(yīng)進(jìn)行低通濾波，以去除干擾；
S103：如果產(chǎn)生振蕩波形，利用頻域分析，頻譜中一般幾百赫茲，常規(guī)的信號處理都不能消除振蕩，則為缺陷多次反射引起。此時(shí)，要利用頻差參數(shù)與時(shí)域信號中時(shí)差、波幅參數(shù)相結(jié)合，綜合判斷缺陷程度。要特別注意在頻譜中去尋找樁底反射，如頻譜中樁底反射信號存在，則樁身缺陷不影響結(jié)構(gòu)承載力發(fā)揮；如樁底反射不存在，則缺陷程度嚴(yán)重，必須對缺陷做出處理。
理論依據(jù)如下：
低應(yīng)變法檢測樁身完整性中，理論上當(dāng)D<λ<L時(shí)，將樁視為各向同性的一維彈性桿件，在一端受到軸向激勵(lì)時(shí)，可發(fā)生縱向振動(dòng)。D：樁徑，L：樁長，λ波長。
樁端受小能量激振，便產(chǎn)生彈性波，波在樁身內(nèi)部的傳播可用一維波動(dòng)方程來描述。
u:質(zhì)點(diǎn)位移，x：在x軸的坐標(biāo)，t：波有傳播時(shí)間，c：波速；
采用分離變量法，將U(x,t)表示為U(x,t)＝X(x)U(t)，可求得微分方程組的解為：
U(t)＝Asinωt+Bcosωt (3)
A、B為分項(xiàng)系數(shù)，ω為角頻率。
在不同邊界條件下，桿件的固有頻率為：
1、兩端自由的桿件：
兩端應(yīng)力為0，邊界條件為：X(0)＝0,X(L)＝0；
代入式(2)、(3)，解方程得：
i＝0,1,2,3.....則；
i＝0,1,23.....；
角頻率ω及頻率f的計(jì)算公式，f：頻率。
2、一端自由，一端固定的桿；
一端應(yīng)力為0，一端速度為0，邊界條件為：
X(0)＝0，
代入式(2)、(3)，解方程得：
i＝0,1,2,3...則；
i＝0,1,2,3...；
k為彈性系數(shù)；f1為一階固有頻率；
3、一端固定，一端彈性支承的桿；
一端應(yīng)力為0，一端桿與彈性支承的合力為0，邊界條件為X(0)＝0；
代入式(2)、(3)可解方程得一階固有頻率為：
頻差Δf不固定。
下面結(jié)合具體的應(yīng)用對本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細(xì)的描述。
本發(fā)明的實(shí)例：
實(shí)施例1對于淺部缺陷檢測及錘擊方式選擇的重要作用：
將檢測到的時(shí)域信號做傅利葉變換，分析頻譜曲線(幅度譜)，即可看出錘擊頻率的高低，錘擊主頻偏高，有利于檢測淺部缺陷，錘擊主頻偏低，有利于發(fā)現(xiàn)深部缺陷。第一次用尼龍錘敲擊，振源主頻769.4Hz，根據(jù)時(shí)域檢測信號可以看出，該樁為完整樁。再看頻域信號，振源頻率集中，饅頭狀的幅頻曲線已將樁身系統(tǒng)固有頻率掩蓋，而且主頻偏低。于是換用鐵頭力棒敲擊，從頻域可以看出，換錘后，振源激發(fā)的高頻成份增加，而且時(shí)域和頻域中淺部缺陷均很明顯。時(shí)域中計(jì)算樁身波速c＝3386m/s，缺陷位置為0.85m。頻域中計(jì)算樁身波速為c＝3833m/s，缺陷位置為1.2m。開挖到樁頂以下1m，發(fā)現(xiàn)0.8～1.0m混凝土局部不密實(shí)，有蜂窩狀空洞。
實(shí)施例2對于振蕩波形中傳感器安裝方式及信號處理重要作用：
觀察檢測信號的頻譜(振幅譜)，找出傳感器共振頻率，然后對時(shí)域信號進(jìn)行低通濾波處理，將會使時(shí)域信號中的缺陷露出廬山真面目。這是對時(shí)域信號后處理的重要指導(dǎo)作用。安陽某工程人工挖孔灌注樁2#樁的檢測信號，進(jìn)行頻譜進(jìn)行分析，可以看出，頻帶很窄，錘擊頻率、傳感器安裝諧頻、樁身檢測頻率相近，產(chǎn)生共振，樁身波反射系統(tǒng)的有效頻率成份被掩蓋，使缺陷及樁底均無法判讀。在頻譜中可以清楚地看到主頻為2.133kHz。傳感器的安裝諧頻一般較高，以1kHz為截止頻率，對時(shí)域信號進(jìn)行低通濾波處理，減弱傳感器安裝諧頻干擾。在處理后的時(shí)域波形中，淺部的擴(kuò)徑和樁底反射得到很好的顯示。
實(shí)施例3對于檢測信號中有缺陷多反射的樁身完整性判斷的重要作用：
如安陽某工地人工挖孔樁的測試信號，在時(shí)域信號中缺陷非常清楚，且有多次反射，如果按規(guī)范判定，則為嚴(yán)重缺陷樁。仔細(xì)分析時(shí)，缺陷的二次反射有可能掩蓋樁底反射，如有樁底反射，則可判定輕微缺陷樁。自用該發(fā)明的思路和方法，對該時(shí)域信號的頻譜進(jìn)行分析時(shí)，能量較強(qiáng)的頻差有兩種，Δf1＝113.9Hz，Δf2＝179.0Hz，利用上述公式計(jì)算，△f1為樁底反射的頻差。有樁底的較強(qiáng)反射信號，該樁應(yīng)從輕判為輕微缺陷樁。后對該樁進(jìn)行開挖驗(yàn)證，缺陷為輕微離析，該樁為輕微缺陷樁，可正常使用。證明采用頻域分析法的結(jié)論是正確的。利用本發(fā)明的方法可以避免誤判。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。