虚拟仿真实验
项目描述
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2-1名称 低应变桩基完整性检测虚拟仿真实验 |
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2-2实验目的 为了适应土木工程学科的高速发展，满足对工程建设技术人才高素质的要求，为给学生留有更多的自己钻研的时间与空间，在《建筑工程检测》课程中开设《低应变桩基完整性检测》独立试验环节，该环节为一设计性、综合性的试验，面对学校土建类学生开放，完全由学生自行设计检测方案、检测桩基选择、检测实施以及数据分析处理，达到大纲要求的能力。 为了使学生能够顺利完成检测任务，掌握低应变桩基完整性检测方法，了解低应变桩基完整性检测的检测过程，提高检测技能。但是低应变桩基完整性检测需要施工刚好完成的桩基，没有合适恰好合适的工地，检测需要较长的时间，检测过程在建工程具有危险性，检测结果具有离散性。为提高低应变桩基完整性检测的有效性，需采用虚拟试验的方式。 本实验项目依托衢州学院建筑工程学院虚拟仿真试验中心进行实验项内容开发及教学工作，实验旨在提高学生在土木综合检测试验方面的综合素质，着重使学生掌握土木类检测试验所必备的专业知识和基本技能，认识和熟悉土木综合试验技术的操作和应用，初步形成处理实际问题的能力。培养其分析问题和解决问题的学习能力，具备继续学习专业技术的能力，在本实验的学习中渗透职业素养等方面的教育，使学生形成认真负责的工作态度和严谨的工作作风，并加强团队合作能力的培养，为后续课程学习和职业生涯的发展奠定基础。 一、知识教学目标
二、能力培养目标
三、思想教育目标 1. 能自觉爱护仪器设备； 2．立科学、严谨、勤奋的学风； 3．养成良好的职业道德观念。 |
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2-3 实验课时 （1）实验所属课程所占课时：32 （2）该实验项目所占课时： 2 |
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2-4实验原理（简要阐述实验原理，并说明核心要素的仿真度） 低应变动力检测技术是运用地球物理勘探的纵波浅层反射法配合高分辨率的野外数据采集系统和数据电算处理技术，以电子检测技术和结构动力学分析为基础的一种的检测方法。掌握桩基的工作性能，了解其完整性，对掌握桩基施工质量或桩基设计有着重要的现实意义。 基本假设：连续弹性的一维均质杆件（D<λ<L），不考虑桩周土体对沿桩身传播应力波的影响，桩在变形时横截面保持为平面，沿截面有均布的轴向应力满足以上假定条件时，桩可视为一维杆件。
图1 桩基完整性检测示意图 当在桩顶垂直施加一瞬时作用力后，桩的端面上的质点受力后产生振动，而振动的传播就形成了波，此时弹性波就会沿着桩身进行传播。（图1）1、激振产生的是半球面波，要求垂直激振，只产生纵波；2、因波长较长，远离桩头后可按准平面波考虑； 3、近桩头部位有斜入射发生，会有折射纵波P、折射横波S，向桩身外传播； 4、垂直入射的纵波传播至桩底，再向上反射。 要求检测桩身混凝土的完整性，推定缺陷类型及其在桩身中的位置。折射及折射损失：折射损失主要在桩头附近产生；土层越硬，折射损失越大，反射信号越弱。衰减损失：高频成份会不同程度的衰减。桩不是完全弹性的，桩身存在内阻尼桩是埋入土中，桩侧土的阻力，同样产生弹性波的衰减反射、透射及反射损失：桩身内出现缺陷的部位及桩底均存在波阻抗界面，均会产生反射及透射。
桩端模型
对于缩颈类缺陷（缩径、空洞、离析、裂缝等），反射波与入射波同相。对于扩颈类缺陷，反射波与入射波反相。当桩长和桩径一定时，桩身强度愈大、桩侧土强度愈小，桩底反射信号愈强；反之，桩身强度愈低、桩侧土强度愈大，桩底反射信号愈弱。知识点：共 3 个
2、激振设备 锤头材料：过硬，高频波提高缺陷分辨率，探测浅部缺陷有利，易衰减，不易获取桩底反射；过软，低频波有利于桩底反射，但降低桩身上部缺陷的分辨能力。冲击能量：锤重及落锤速度决定能量大小。能量应适中，过小，应力波很快衰减，看不到下部缺陷和桩底反射。在检测大直径长桩时应选择较重的力锤并加大锤击速度，大幅度提高敲击力，但锤过重将掩盖微小缺陷。锤重的选择应使得有明显的桩底反射为原则。接触面积：对于直径灌注桩，除选择重锤加大能量冲击外，还要加大锤的直径，使接触面积增大。脉冲宽度：脉冲宽度大，有利于长桩及深部缺陷检测，但波长增大，绕射，小缺陷识别能力差；脉冲宽度小，波长小，不能满足一维弹性杆的要求，出现速度及波形的畸变。 应根据桩的特点，激发合适脉冲宽度的入射波，有时在同一根桩上，按照不同的检测目的，需要产生不同的脉冲宽度。 3.接收传感器
成桩质量检查是桩基施工过程中，施工方在监理方监督指导下，对各施工工序过程的质量检查。成桩质量检查资料，是桩基检测前必须了解的重要资料，不同桩型的检查有：成桩质量检查是桩基施工过程中，施工方在监理方监督指导下，对各施工工序过程的质量检查。成桩质量检查资料，是桩基检测前必须了解的重要资料，不同桩型的检查有： a）灌注桩的成桩检查主要包括成孔及清孔、钢筋笼制作及安装、混凝土搅制及灌注等三个工序过程的质量检查资料。）灌注桩的成桩检查主要包括成孔及清孔、钢筋笼制作及安装、混凝土搅制及灌注等三个工序过程的质量检查资料。b）预制桩和钢桩成桩质量检查主要包括制桩、打入（静压）深度、停锤标准、桩位及垂直度检查资料。）预制桩和钢桩成桩质量检查主要包括制桩、打入（静压）深度、停锤标准、桩位及垂直度检查资料。c）沉管灌注桩及其他具有上述灌注桩和预制桩施工工序的质量检查，按上述一、二、有关项目进行的质量检查资料。
a 、柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于1 根。b、设计等级为甲级，或地质条件复杂、成桩质量可靠性较低的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的、设计等级为甲级，或地质条件复杂、成桩质量可靠性较低的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的30%，且不得少于，且不得少于20根；其他桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的根；其他桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的20% ，且不得少于10 根； c、对端承型大直径灌注桩，应在上述两款规定的抽检桩数范围内，选用钻芯法或声波透射法对部分受检桩进行桩身完整性检测。抽检数量不应少于总桩数的、对端承型大直径灌注桩，应在上述两款规定的抽检桩数范围内，选用钻芯法或声波透射法对部分受检桩进行桩身完整性检测。抽检数量不应少于总桩数的10% d、地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人工挖孔桩，以及单节混凝土预制桩，抽检数量可适当减少，但不应少于总桩数的、地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人工挖孔桩，以及单节混凝土预制桩，抽检数量可适当减少，但不应少于总桩数的10% ，且不应少于10 根。e、工程有特殊需要时，应适当加大抽检数量，尤其是低应变法检测具有速度快、成本低的特点，扩大检测数量能更好了解整个工程基桩的桩身完整性情况。
低应变法信号采集时，应根据桩径大小。桩心对称布置低应变法信号采集时，应根据桩径大小。桩心对称布置2~4 个检测点，每个检测点记录存放于信号数不宜少于 3。
桩号、桩型、 桩长、桩径，波速、传感器、锤头 8.数据处理
f.桩长不够
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2-5实验仪器设备（装置或软件等） 电脑 工程力学虚拟仿真软件 |
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2-6实验材料（或预设参数等） 各参数参考国家现行的土木工程桩基检测标准、规范、规程完成设置，部分参数为系统提前预设。 |
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2-7 实验教学方法（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果） 使用目的：(1)互动启发式实验教学方法。通过实验，学生学会仪器操作、读数和记录,对实验现象理解不够全面，缺乏对低应变桩基完整性检测机理的深入理解。本虚拟仿真实验强调"以学生为中心”的实验教学理念，将检测理论设计与实践检测有机结合起来，围绕实验教学难点、实验条件局限性等问题，有效地创设情境，在教学演示实操练习和模拟考核等多个环节中设计交互环节,将学习空间全景呈现，将学习资源全面开放，通过检测进程的推进，实时展现曲线变化,不断启发学生将理论知识与实践联系，更深入地理解实验过程中出现的现象从而挖掘检测实践的深层次机理，在轻松的学习氛围下掌握理论课中的难点，克服了实体实验中学生专注于测试记录而忽视实验现象的问题。 实施过程：通过微课进行基础知识理论学习，通过人机交互了解实验目的，实验设备过程中进行参数设置，最后进行实验报告填写。 实施效果：通过完成虚拟实验任务，能有效调动学生学习的积极性，既让学生较为真实的感受到现场检测的全过程、生动直观的再现现场检测的全过程，了解现场检测的基本过程，帮助学生全面掌握相关理论知识。虛拟实验中不断出现的互动操作和实时问答环节，极大地锻炼了学生动手能力和应变能力，更深入更主动地掌握理论和实践知识。 |
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2-8实验方法与步骤要求（学生交互性操作步骤应不少于10步）
1.了解实验目的 2.进行实验设备认知 3.进入检测准备 4.参数设置 5.查看实验结果
交互1：了解检测目的
交互2：了解实验设备
交互3:掌握实验原理
交互4：选择基本参数，选择桩号，波速，锤头等不同情况
交互5：配置基本参数，选择桩型基本参数，设置桩长
交互6：进行检测准备
交互7：进行测点布置，安装传感器 低应变法信号采集时，应根据桩径大小。桩心对称布置低应变法信号采集时，应根据桩径大小。桩心对称布置2~4 个检测点，每个检测点记录存放信于 号数不宜少于 3
交互8：现场检测
交互9：数据处理
交互10：检测结果评价
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2-9实验结果与结论要求
无
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2-10考核要求
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2-11面向学生要求 1. 专业与年级要求 土木工程专业，大二年级及以上学生均可以进行虚拟仿真实验学校 2. 基本知识和能力要求 本仿真实验教学系统需对《结构力学》《钢结构》等课程的相关专业有一定了解 |
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2-12实验项目应用及共享情况
(勾选“是”，请附所属课程教学大纲）
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