非连续弹性圆柱实心桩屏障对弹性波的隔离

采用波函数展开法和Graf加法定理,根据桩土界面处位移和应力连续的边界条件,得到了非连续弹性圆柱实心桩屏障对入射平面P波和SH波散射系数的理论解,通过引入无量纲位移,即屏障后某处土体内由入射波和散射波引起的总的纵向位移和水平位移与未设屏障时由入射平面P波和SH波在该处土体内单独引起的位移幅值的比值,根据求得的散射系数的理论解,绘制了平面P波和SH波单独入射情况下,弹性圆柱实心桩屏障后不同位置的无量纲位移、不同剪切模量的弹性圆柱实心桩屏障后的无量纲位移等值线和透射系数随桩间距的变化曲线,通过研究这些图件进而分析了屏障后不同位置、剪切模量、桩间距和入射频率对非连续弹性圆柱实心桩屏障的隔离效果的影响,为非连续弹性屏障的隔振设计提供了理论依据.     

弹性波多重散射的改进算法及双排刚性桩隔振研究

同Aviles等学者传统的多重散射隔振理论相比较,采用更为完整的Fourier-Bessel函数系的级数展开式来研究波的散射问题,同时,结合更具一般意义上的Graf加法定理,并引入连续性边界条件,得到了任意分布的多个刚性圆柱体关于平面SV波入射下散射系数的理论解析解。随后,取所有的圆柱体位于两条相平行的直线上,该问题演变成为双排非连续刚性屏障对于弹性SV波的隔离问题。引入无量纲位移和屏障后透射系数的概念,重点讨论了屏障双排桩之间间距h的影响以及屏障其他一些隔振性状。特别地,当h=0时,该问题退化为单排非连续刚性屏障的隔振问题。     

SV波入射下多重散射问题的改进算法以及双排非连续刚性屏障的隔振研究

摘 要：相比起Aviles等学者的单排非连续刚性屏障隔振理论,采用更为完整的Fourier-Bessel函数系的级数展开表达式来研究弹性波的多重散射问题,结合位移连续的边界条件,并引入更具一般意义上的Graf加法定理,推导了无限均匀介质中任意分布的多个刚性圆柱体对于平面SV波入射时散射系数的理论解析解。随后,取所有的圆柱体位于相平行的两条直线上,则问题演变成为双排刚性桩屏障对于平面SV波的隔离问题。重点讨论了两排桩之间的间距h对屏障整体隔振效果的影响及其他的一些隔振性状。特别地,当h=0时,该问题退化为常见的单排非连续屏障的隔振问题。     

SH波入射下多重散射的改进算法及任意桩布置形式的隔振研究

引入位移连续的边界条件并结合Graf加法定理,得到了任意分布的多个圆柱体对于弹性波入射时散射系数的理论解析解。随后,将此任意分布的多个圆柱体重新分布在相平行的两条直线上,该问题演变成为双排非连续屏障对于弹性波的隔离问题。引入无量纲位移概念来研究屏障的隔振效果,即屏障后某处土体由入射波和散射波引起的总的位移幅值与未设置屏障时由入射波在该处土体单独引起的位移幅值的比值。重点讨论了屏障的排间距h和桩间净距Sp对整体隔振效果的影响。特别地,当h=0时,该问题退化为常见的单排非连续屏障的隔振问题。     

单排非连续刚性桩屏障对弹性波的隔离

对于人工振动产生的弹性波,如果刚性桩屏障埋置足够深,在分析其对弹性波的隔离效果时,可以简化为固定的刚性桩屏障对弹性波的多重散射问题。采用波函数展开法将入射波和散射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的级数形式,根据Graf加法定理和固定刚性桩周边土体的边界条件得到散射系数的理论解,引入了无量纲位移(屏障后土体中由入射波和散射波产生的总的位移幅值与入射波在该处单独产生的位移幅值之间的比值)和透射系数(屏障后屏障宽度范围内的无量纲位移的几何平均值)的概念,绘制了屏障后一定范围内的无量纲位移等值线,及屏障后某处的透射系数随桩净距(相邻两桩之间的空隙)的变化曲线,通过分析这些曲线得出,对于三种入射体波(SV波、P波和SH波):屏障后越靠近屏障,隔离效果越好;当桩净距接近一倍桩半径时,屏障的整体隔离效果达到最好。     

任意排列的弹性实心桩屏障对平面SH波的多重散射

为了弥补以往假设单重散射的计算方法中不考虑桩列作为整体屏障从而忽略桩间互相干涉关系的不足,提出了一种新的理论计算方法以求解任意直径、任意排列的弹性桩对入射平面SH波的多重散射。通过桩土界面的位移、应力连续条件可以求得待定的多重散射系数。多重散射中,每根桩的第一重散射即为通常的单重散射;第二重散射可表示为该桩被其余桩的第一重散射波之和所激发的散射波;以此类推至无穷多重散射。将无限重散射叠加即任意直径、任意排列弹性桩对平面SH波的多重散射的精确解。随后数值算例分析讨论了不同散射重数、剪切模量、桩间距以及桩数等对单排弹性桩屏障隔离效果的影响,绘制了屏障后的无量纲位移曲线,并引入透射系数来评价非连续弹性桩屏障的隔振效果,对实际工程中的振动污染治理和屏障隔振设计提出了有意义的结论和建议。     

饱和土中管桩对倾斜入射弹性波的隔离

在Biot饱和土波动方程的基础上,分析了全空间均质饱和土体中单排空心管桩对倾斜入射弹性波的隔离效果。将倾斜入射波和散射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的无穷级数的形式,利用一组圆柱坐标系统和Graff加法转换定理,通过施加桩土界面处的应力和位移连续的边界条件,求解出散射波势函数的待定系数,进而得到饱和土体中任意点的位移和应力。数值算例分析了饱和土体的渗透性和管桩的壁厚等参数对管桩隔离效果的影响。结果表明：空心管桩的隔离效果要好于实心排桩;随着饱和土体渗透性的降低,管桩的隔离效果越好,但当渗透性降低到一定程度后,再减小土体渗透性对管桩的隔离效果影响不大。     

和土体中线弹性连续屏障的隔振分析

基于Biot波动理论,推导了饱和土中S波入射线弹性固体连续屏障时反射P1波、P2波、S波的反射系数与透射S波、P波的透射系数的解析解。进行算例分析,得出各反射透射系数与线弹性固体连续屏障密度、泊松比及弹性模量的关系。结果表明：线弹性固体隔振结构密度对P1波和P2波反射系数基本无影响;而随着线弹性固体隔振结构密度的增大,S波的反射和透射系数及P波的透射系数均逐渐减小,且渐趋稳定;线弹性固体连续屏障泊松比和弹性模量的变化对P1波P2波反射系数及P波透射系数基本无影响,而对S波的反射系数和透射系数影响较大,S波的反射系数随着线弹性固体连续屏障的泊松比和弹性模量的增大而增高,S波的透射系数随着泊松比的增大而减小,随着弹性模量的增大而增大。     

饱和土体中线弹性连续屏障的隔振分析

基于Biot波动理论,推导了饱和土中S波入射线弹性固体连续屏障时反射P1波、P2波、S波的反射系数与透射S波、P波的透射系数的解析解。进行算例分析,得出各反射透射系数与线弹性固体连续屏障密度、泊松比及弹性模量的关系。结果表明:线弹性固体隔振结构密度对P1波和P2波反射系数基本无影响;而随着线弹性固体隔振结构密度的增大,S波的反射和透射系数及P波的透射系数均逐渐减小,且渐趋稳定;线弹性固体连续屏障泊松比和弹性模量的变化对P1波P2波反射系数及P波透射系数基本无影响,而对S波的反射系数和透射系数影响较大,S波的反射系数随着线弹性固体连续屏障的泊松比和弹性模量的增大而增高,S波的透射系数随着泊松比的增大而减小,随着弹性模量的增大而增大。     

管桩屏障在柱面波源下近场隔振效应的解析求解

基于波函数展开法表示柱面波源自由场,首次提出了一种求解柱面波源下管桩屏障对弹性波隔振效应的解析方法。方法首先考虑柱面波源与管桩屏障的位置关系,采用波函数展开法对入射柱面波进行了0阶Hankel展开表示,并采用任意坐标系间变换的Graf加法定理在任意桩体坐标系中表示,将入射波场和散射波场叠加后通过满足所有桩体的边界条件以求解所有桩体的散射波场。该解析方法分析了柱面波源入射下群桩屏障的隔振效果,首次在排桩隔振问题中考虑了入射波曲率的影响,为柱面波的散射问题提供了理论解答。该文重点讨论了入射波曲率、管桩个数和桩排数等因素对管桩隔振效果的影响,结果表明：整体上管桩屏障对柱面P波的隔振效果优于柱面SV波;柱面波源距离管桩屏障更近时排桩后场地的位移反应显著增大;相比平面波,柱面波源作用下排桩数量的提升对隔振效果的影响较小;三排管桩屏障比两排管桩屏障隔振效果更强,更宜采用三排管桩屏障进行柱面波源的隔振。     

饱和土体中多排桩屏障对压缩快波的隔离

假定桩的长度远大于直径, 将多排弹性桩组成的非连续屏障对平面压缩快波(简称P₁波)的隔离简化为弹性波多重散射的二维平面问题, 运用复变函数的保角映射方法和波场势函数展开法, 根据桩-土界面处应力和位移连续的边界条件, 得到散射波场势函数展开式中待定复系数的理论解。通过分析屏障后的位移比值(某点由入射和散射弹性波产生的总位移与入射弹性波单独产生的位移之比)的变化规律, 对比了单排、双排和三排桩屏障的隔离效果, 研究结果表明:1) 多排桩屏障对高频入射P₁波的隔离效果好于低频入射P₁波;2) 随着桩排数的增多, 多排桩屏障的隔离效果明显提高, 有效隔离区域明显增大;3) 当桩排数达到三排时, 屏障后一定范围内的隔离效果提高到了70%, 隔离效果比较理想。     

液化侧向扩展场地刚性排水管桩群桩振动台试验研究EI北大核心CSCD

地震作用下土体发生液化侧向扩展对建筑物极具破坏性,特别是对建筑物的桩基、高架桥梁等,消除和减小土体液化扩展引起的对结构安全的危害具有极大的意义。刚性排水管桩由圆形空心刚性桩与排水体结合而成,其在具有排水功能的同时,又具有较大的承载力,但是目前针对刚性排水管桩群桩抗液化性能的研究仍十分有限。基于振动台试验,开展了桩顶承台竖向荷载作用下刚性排水管桩群桩与普通桩群桩处理液化侧向扩展场地的振动响应对比研究,分析了地基土的超孔压比、加速度、平均沉降、承台位移、挡板位移以及桩身弯矩等。研究结果表明:刚性排水管桩地基与普通桩地基相比,超孔压、桩身弯矩、地基沉降、承台位移、岸壁位移明显减小,而加速度增大,充分表明刚性排水管桩的抗液化效果显著。     

聚氨酯硬泡连续屏障近场隔振效果分析

传统的连续屏障在缓解环境振动方面已取得比较理想的效果,但其整体稳定性差,对低频的隔振效果不佳。基于此背景,提出了锚杆约束的聚氨酯硬泡连续屏障。通过有限元数值分析方法,对聚氨酯硬泡连续屏障和混凝土连续屏障分别在地面简谐激励和桩振源简谐激励作用下的近场隔振性能进行研究。研究表明:地面振源激励下,混凝土连续墙和聚氨酯硬泡连续屏障对中高频振动有较好的隔振效果,混凝土连续墙对低频(10 Hz)振动隔振效果不佳,聚氨酯硬泡连续屏障对5 Hz~10 Hz的低频振动有很好的隔振效果;桩振源激励下,两种屏障的隔振效果比地面振源激励时效果更好,两种屏障对中高频振动及5 Hz~10 Hz的低频振动有较好的隔振效果。     

Vibration isolation by a row of piles using a 3‐D frequency domain BEM

The problem of vibration isolation by a row of piles is numerically solved in a three‐dimensional context by an advanced frequency domain boundary element method (BEM). Both the piles and the soil are modelled by boundary elements and coupled together through equilibrium and compatibility at their interfaces. Linear elastic or viscoelastic material behaviour is assumed for both the piles and the soil. The piles can be tubular or solid and have circular or square cross‐section. The vibration source is a vertical harmonically varying with time force and the row of piles acts as a wave barrier in a passive way. The boundary element method is first validated for accuracy by solving two three‐dimensional wave diffraction problems dealing with spheres and trenches as scatterers for which there are analytical and highly accurate numerical solutions available in the literature. Numerical examples dealing with passive vibration isolation by a row of piles are then solved and the screening effectiveness of these wave barriers is assessed and compared against that of trenches. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

阻振质量在出海管路减振降噪中的应用

探讨了现代船舶的海水管系水噪声问题。通过对这种水噪声特性的分析,提出了一种工程上易于实现的出海管路减振降噪新方法,在管道表面添加阻振质量,分析了阻振质量对振动波传播的影响,同时基于FEM/BEM法,讨论了阻振质量对出海管道声辐射的影响。结果表明,阻振质量具有明显的减振降噪效果,这对现代舰船出海管路的减振降噪具有重要的参考意义。     

多排任意排列的弹性桩屏障对平面P波或SV波多重散射

提出可计算任意排列、任意圆截面多排弹性桩屏障对平面P波或SV波的多重散射理论方法,可弥补单重散射假定只在散射体截面尺寸相对入射波长可忽略情况下成立的不足,并考虑桩与桩间互相干涉现象。散射过程定义任意一弹性桩对入射P波或SV波的散射为第一重,第二重散射可将第一重散射波作为次生波源,继而对所有散射体皆遵循此过程;每一重散射均在桩土边界满足应力及位移连续条件,从而获得前一重与后一重散射的波函数迭代关系;总散射波场可由所有散射体各重散射叠加获得。数值计算考查相同截面多排桩屏障的散射重数、桩距、排距、桩土模量比等参数对屏障隔离效果影响。该方法可作为实际工程隔振设计理论参考依据。     

列车垂向振动的半主动简谐隔振研究

依据拉格郎日方程,建立六自由度列车半主动隔振系统的垂向振动模型;应用MATLAB/SIMULINK仿真模块构造列车半主动隔振系统仿真模型,对列车进行时域分析。在轨道具有简谐输入的情况下对列车的隔振性能（如隔振位移、隔振传递率等）进行了计算分析,讨论了弹簧刚度、阻尼、车速、激励的波长等对隔振性能的影响。通过研究可得列车系统采用半主动开关阻尼器,确实能够改善系统的隔振性能。