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钢筋笼由主筋、箍筋,加劲箍筋所组成。主筋以固定的圆心和半径均匀排布成直立空心圆柱体,箍筋围绕主筋呈螺旋状,加劲箍筋呈水平圆环状,其半径与钢筋笼半径大致相似并以一定的间距向钢筋笼底端排布。由此可以看出钢筋笼构成复杂,计算其磁异常并不能简单的通过公式得到,因此本文尝试通过微元积分的方法将主筋,箍筋,加劲箍剖分成若干个直立圆柱体微元,利用直立圆柱体磁异常基本公式积分求出主筋,箍筋,加劲箍筋体积元磁异常数值,最后通过磁场叠加得到整个钢筋笼的磁异常数值。结合实际的工程情况与建筑桩基技术规范的要求,主筋与加劲箍筋的直径一般在20-32mm,箍筋直径在8mm左右,将主筋与加劲箍筋以20mm的长度进行剖分,箍筋以8mm的长度进行剖分,使体积元具有等轴状特征。基于上述思想,以MATLAB为开发平台,进行计算机编程并建立钢筋笼仿真模型,定量计算出钢筋笼仿真模型磁异常。
进行实地模型桩实验,模型桩中的钢筋笼完全按照建筑桩基技术规范进行设计,模型桩外侧旁孔按一定的要求设计。检测外侧旁孔中磁异常,得出外侧旁孔的磁异常形态具有马鞍状的特征,并且发现近南北向钻孔的磁异常极大值相对于近东西向钻孔的磁异常极大值更靠近钢筋笼底端,钻孔(方位)距离钢筋笼越远,磁异常数值越小。
钢筋笼磁异常的理论曲线与实测曲线都表现出马鞍状特征,即钢筋笼磁异常极大值出现在钢筋笼顶端上部和底端下部,极小值出现在钢筋笼底端上部,顶端下部,整个磁异常曲线呈对称分布。在理论数据对比研究中得出主筋直径与根数的变化对钢筋笼磁异常极值影响最大,加劲箍筋其次,箍筋直径虽对钢筋笼磁异常有影响,但相对于主筋与加劲箍筋直径变化,其影响小的很多。将实测数据与相同参数的理论数据进行对比,发现大多数测点的数值对比很好,差异较小。引起数据差异的一个原因是背景场数值,在计算机程序中输入的背景场是固定值,但在实际中的背景场是起伏的,所以理论数据与实测数据肯定存在着一定的差异,但是只要数值差异不超过背景场的变化幅度,那么理论数据是完全可信的,反之则不正确。另外一个原因是实际场地中有干扰,所以实测数值并不可能完全和理论数值相同。本文通过剖分钢筋笼主筋,箍筋,加劲箍筋,设计计算机程序,建立钢筋笼理论模型,对比实测数据与理论数据,证明利用钢筋笼理论数据反演钢筋笼主筋根数,直径等一系列参数是完全可行的,为工程检测钢筋笼提供了一种有效的方法。