桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,采用基于Timoshenko梁理论的Winkler地基模型,运用回传射线矩阵法及求根法求解桩顶固定且部分桩体埋入弹性地基中时桩的自振特性,并与基于有限元分析软件SAP2000的计算结果比较,验证利用回传射线矩阵法求解埋置结构自振特性的有效性和计算精度。同时,分析桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时土体弹簧系数及土体阻尼系数对桩基自振频率和振型的影响。结果表明:随着土体弹簧系数的增大,埋置结构的各阶自振频率增大,土体弹簧系数对衰减系数没有影响,对埋置结构振型的影响较小;随着土体阻尼系数的减小,埋置结构的各阶自振频率增大,衰减系数相应减小,土体阻尼系数对埋置结构的低阶振型影响尤为明显,对高阶振型的影响较小。     

与黏弹性地基相互作用的单桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,利用MATLAB语言编程,借助求根法对二维复数超越方程进行迭代求解,通过数值算例,对比分析黏弹性地基中桩的外露长度、埋置深度、桩端约束情况对自振频率、衰减系数和模态的影响。结果表明:随着外露长度越长,埋置结构的各阶自振频率和衰减系数越小;随着埋置深度越深,埋置结构的各阶自振频率越小,衰减系数越大;埋置部分的横向位移明显小于外露部分的横向位移;桩顶固定边界下单桩的各阶自振频率最大,桩顶自由边界下单桩的各阶衰减系数最小;桩顶自由工况下单桩各阶振型峰值相对其在桩顶铰接和桩顶固定工况下的振型峰值较小。     

土结相互作用对罐液体系动力特性的影响研究

基于拉格朗日方法建立考虑流固耦合效应的模态方程,利用ANSYS软件建立包含土层自由场地、桩基承台场地模型,刚性地基空罐、满罐、以及考虑土结相互作用的空罐和满罐等六个数值模型,得到工程场地的自振频率以及土体对罐体系统动力特性的影响。研究了各种模型自振频率和振型参与系数随阶数的分布情况;结果表明,桩基承台的存在使得场地第一阶振动频率有所增大。罐内液体的晃动频率不受土结相互作用的影响;考虑土结相互作用之后,出现了液体对流晃动频率、土-罐-液整体振动频率和罐液耦联振动频率等低、中、高三个振动频率,且前两阶频率罐液耦联振动频率有所减小,也更为密集;应考虑土结相互作用的影响,否则将会高估罐液耦联振动频率;最后运用子结构理论对考虑土结相互作用引起动力特性变化进行了解释,并给出了动力计算中考虑土结相互作用时罐液体系瑞利阻尼系数的选取建议。研究结论可为考虑土结相互作用储罐的地震响应分析提供参考。     

单桩基础型近海风机系统自振频率实用计算方法

"软-刚"（soft-stiff）设计的系统频率限制是海上风电结构与基础设计的关键性难点之一。该文基于有阻尼系统运动方程,考虑桩土相互作用和风机塔筒的变截面特性,建立了单桩基础型近海风机系统自振频率求解数值计算方法。利用实际工程进行了方法应用和有效性验证。频率偏移因素分析表明,地基土模量非均一对系统自振频率影响较小;系统自振频率对地基弹性模量、海床高度变化、桩径的敏感性较强,对地基土阻尼的敏感性较弱。同时,该文方法可以精确分析海上风机在服役期间的系统自振频率的偏移,为近海风机的结构和基础设计提出有效评估,并建议减小频率偏移的工程措施。     

基于回传射线矩阵法成层土中部分埋入黏弹性桩的波动响应研究

基于回传射线矩阵法获得桩顶作用半个正弦波脉冲时成层土中部分埋入黏弹性桩桩顶处速度导纳,利用Fourier逆变换与卷积定理获得瞬态半正弦激振力作用下桩顶处时域速度响应。比较均匀地基部分埋入桩受桩身材料阻尼与桩侧土体阻尼作用的桩顶速度响应,分析软(硬)夹层厚度、夹层土土性参数、桩底土土性参数变化对桩顶速度导纳及反射波影响。结果表明,桩身材料阻尼对桩顶速度导纳及反射信号均有衰减作用,且会使桩底反射波发生弥散现象;桩侧、桩底土体刚度变化会使速度导纳低频段曲线产生偏移量;桩侧、桩底土体阻尼变化对桩顶速度导纳及反射波较二者刚度变化影响更大。     

考虑土体径向位移时桩土耦合纵向振动特性及其应用

从三维轴对称土体模型出发,同时考虑土体竖向和径向位移,对完整端承桩在垂直谐和激振力作用下与土的耦合纵向振动特性进行了分析。假定桩为竖直弹性等截面体,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼。首先通过引入势函数对土体位移进行分解,从而将土体动力平衡方程解耦,求解得到了土体的振动模态形式,然后利用该解,以小应变条件下桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用,求解桩的动力平衡方程,得到了桩的频域响应解析解、桩顶复刚度和速度导纳。利用所得解对土体动力反应特性和桩的纵向振动特性进行了无量纲参数分析,得到了许多新的结论。     

非饱和地基中部分埋入桩的水平振动问题EI北大核心CSCD

本文研究非饱和土中部分埋入桩的水平振动问题,为模拟桥梁桩基的高承台桩的实际服役状态,考虑水平简谐荷载和竖向静载的组合作用,采用Timoshenko梁模型和三维连续介质建立了非饱和土⁃部分埋入桩的耦合振动理论模型,利用微分变换法和传递矩阵法求得了桩身水平动力响应解析解,将退化解与已有成果作比较,验证了本文解的合理性。基于建立的理论模型,探讨了竖向荷载、埋入比和饱和度对部分埋入桩水平动力特性的影响。研究结果表明:刚度因子随着竖向荷载的增大而迅速减小,但是阻尼因子略微减小;刚度因子和阻尼因子均随着埋入比的增加而减小;桩身水平位移、转角、弯矩和剪力幅值均随着埋入比的增大而增大,幅值位置逐渐向上移动;饱和度较低的对刚度因子的影响很小,但饱和度大于0.9时刚度因子随饱和度的增加而迅速增大,阻尼因子基本保持不变。     

开放系统悬臂类结构的动力特性计算方法

结构总是修建在一定的场地而形成土-结构相互作用的开放系统。为解决开放体系下悬臂类结构的自振频率、振型和考虑辐射阻尼下模态阻尼比的计算问题,提出了脉冲荷载响应模态分析法。该方法采用直接有限元法建立土-结构相互作用有限元模型,对结构施加脉冲荷载得到结构动力反应后,由模态识别方法计算结构的动力特性。随后,以一个悬臂类五层框架结构为例研究了计算动力特性随土体计算范围变化的规律和脉冲荷载激励点位置对计算结果的影响。在此基础上,讨论了土体材料阻尼对模态阻尼比的影响,并与集总参数模型和直接模态分析法进行对比,说明不同方法的计算精度。计算结果表明,随着土域计算范围的增加,脉冲荷载响应模态分析法所得的动力特性将逐渐收敛到精确解;当土体计算范围大于结构基频所对应的波长的2倍时,结构自振频率的误差小于1%,模态阻尼比的误差小于5%;以非模态节点作为激励点都可以得到比较精确的结果;三参数集总参数模型所得模态阻尼比存在显著误差,直接模态分析法所得模型的基频随土域范围增大而趋向于零;相比于辐射阻尼,土体材料阻尼对结构的各阶模态阻尼比的影响较小。     

不同阻尼模型对地铁振动下结构动力响应分析的影响研究

在结构的弹性动力响应分析中,阻尼具有重要的影响,直接决定了结构的耗能与衰减行为。准确地理解不同的阻尼模型的适用条件对实际工程问题的分析具有重要意义。地铁振动激励下的结构动力响应分析具有以下特点：地铁振动激励强度小,结构通常保持弹性,结构的动力响应行为直接受阻尼影响,合理的阻尼耗能对于分析结果的可靠性至关重要;地铁振动的频域范围宽,容易激发结构的多组高阶竖向振型,分析中需要合理考虑各阶振型的阻尼行为。各类阻尼模型由于建立在不同的基本假设之上,适用范围各有不同。粘性阻尼模型和滞变阻尼模型是结构动力分析中常见的两类阻尼模型,为明确不同阻尼模型在地铁振动激励下的结构动力响应分析问题中的特点,从两类模型中各选取了一个典型代表(分别为Rayleigh阻尼和通用频变阻尼),并针对四类常见的典型结构(混凝土框架结构、钢框架结构、混凝土剪力墙结构、钢框架-支撑框筒结构)进行了分析。研究结果表明：采用Rayleigh阻尼时,需根据结构动力特性与荷载频率分布合理定义参考频率区间,相对于覆盖荷载主要频率的参考区间,仅覆盖结构自身前10阶竖向振型的参考频率区间过窄,在该文的频率区间下,后者的顶层竖向峰值加速度比...     

水平振动荷载作用下桩基动力特性

根据波动力学的基本方程和无限平面内圆孔辐射应力混合边值问题的计算理论,利用傅里叶展开法,求解出在水平简谐荷载作用下,考虑桩与周围土体部分脱开的物理现象时桩周土的动刚度和动阻尼。之后将其应用到Novak的无限薄层理论中,得到了在水平简谐荷载作用下单桩的动刚度、动阻尼以及桩的水平振动幅值随频率的变化曲线。分析可知,在水平振动荷载作用下,桩的水平动刚度较小,水平位移起主导作用;考虑了桩与周围土体局部分离的物理现象后,计算出的桩顶水平振动幅值和频率比较稳定,其结果更接近于试验值;计算时,土体的剪切模量采用由静态试验法测得的桩顶土剪切模量,计算结果与试验值更接近。     

关于轨道交通所致建筑振动的计算方法和阻尼矩阵的讨论

根据振动计算中的一些常见问题,对轨道交通引起的环境振动分析的计算方法与动力方程中阻尼矩阵的取值方法进行了分析.比较了环境振动分析与抗震分析的不同特点,指出环境振动分析由于需要考虑的频率较高,应优先采用直接积分法.通过建筑实例的计算比较,讨论了阻尼取值的方法,提出在形成瑞利阻尼矩阵时,可按所考虑的振动方向取模型的第1阶振型与输入振动的频率范围来确定两个振型,用以计算瑞利阻尼的比例系数.     

三桩基础海上风机整体结构的共振分析

该文对三桩基础的海上风力发电整体结构进行了共振分析。通过有限元软件ANSYS,建立了海上风机整体结构的有限元模型,进行了模态分析,得到了前十阶的自振频率和固有振型。然后分析了引起结构振动的主要振源,计算了这些振源的振动频率,将其与海上风机整体结构的自振频率进行了共振分析。结果表明各种主要振源不会引起海上风机整体结构的共振。     

SH波作用下桩-液化土-结构体系的水平振动特性

将桩等效为Timoshenko梁,上部结构等效为单自由度弹簧质量块,基于桩-土相互作用的Winkler模型,研究了在垂直入射简谐SH波作用下桩-液化土-上部结构耦合体系的水平振动特性。考虑土体的自由场位移、上部结构的平动和转动惯性以及和桩轴向压力的二阶效应,建立了单桩-液化土-上部结构耦合体系的边值问题,得到桩变形和上部结构运动的解析解。数值分析了几何和物理等参数对桩头和上部结构位移放大因子和动力放大因子的影响,结果表明:单桩-液化土-上部结构体系存在明显的共振现象,且土体自由场位移对桩头和上部结构的位移放大因子影响显著;随着上部结构刚度的增加,桩-液化土-上部结构体系的基频增大,位移放大因子峰值减小;随着土体液化的发展,单桩-液化土-上部结构系统基频和动力放大因子逐渐减小。     

海洋高桩基础水平振动特性分析

考虑动水压力作用和桩-流体耦合振动,对黏弹性地基中海洋高桩基础水平振动问题进行了理论研究。首先采用分离变量法求解流体运动方程,得到了动水压力解析表达式。进而考虑桩-土体及桩-流体耦合条件、桩身内力和位移连续条件,基于传递矩阵法,得到了水平简谐荷载作用下海洋高桩基础桩顶阻抗解析表达式。将该解分别退化为水中圆柱梁振动问题及完全埋入式桩水平振动问题,与已有解进行对比,验证了该解的合理性。并与不考虑动水压力的计算结果对比分析,结果表明忽略动水压力会高估高桩基础桩顶水平动刚度。     

基于负刚度原理的结构减震效果理论分析

在分析普通振动控制系统特点的基础上提出基于负刚度原理减震系统和负刚度阻尼装置的两种实现思路,并详细分析附加负刚度阻尼装置可以显著提高结构的减震效果。首先,利用结构附加刚度比率和附加阻尼比之比作为控制参数,通过理论推导单自由度正、负刚度减震体系的动力放大系数和传导比,讨论控制参数对二者的影响;然后,采用有限单元法分析正、负刚度减震体系结构的地震动力反应,通过结构的自振频率和位移、速度、加速度以及柱底剪力反应的分析,说明负刚度振动控制系统可以减少上部结构绝对加速度。分析表明,负刚度阻尼装置的负刚度可部分抵消原结构的正刚度,降低了结构的自振频率,提高结构阻尼,较大幅度地减少上部结构的动力响应,具有更好的减震性能。     

复振型叠加法截断误差及改进

根据复振型叠加理论,对具有非比例阻尼特性的线性体系,分析了复振型截断误差的来源,给出了误差公式。与比例阻尼体系的高阶实振型响应类似,通过反应比表达式可以看出随着输入频率与自振频率比的减小,高阶复振型的响应也趋于荷载的静态响应。基于此推导出了与传统修正方法形式一致的复振型静力修正方法和振型加速度方法,同时根据复振型退化为实振型的条件(实部与虚部成比例关系)建立了实、复振型修正方法的统一。用数值算例对修正方法进行了验证,结果表明:复振型修正方法能够很好地提高振型叠加的计算精度,特别是当结构主要固有频率大于输入卓越频率时修正效果更为显著;还发现附加阻尼较大时,导致部分高阶振型自振频率减小,在一定程度上会降低修正效果。     

基于动力非线性有限元法的索-梁相关振动研究

根据考虑结构几何非线性的有限元动力时程积分算法,开发了有限元程序SD_FEM。使用该程序建立了精细的索-梁组合结构有限元模型,计算了结构的自振特性与结构在外部动力荷载作用下的振动响应。分别讨论了当整体结构自振频率与拉索局部自振频率有1:1、2:1和不成倍数关系时,索-梁相关振动导致拉索振动的状况。分析了数值计算结果,总结了索-梁相关振动的本质规律。     

基于环境振动测试的框架结构主裙楼动力特性分析

对某未设防震缝的钢筋混凝土框架结构主楼和裙房进行环境振动测试,并对其动力特性进行分析。测点分别布置在主楼左右两个楼梯间、顶层楼板和裙房井字梁大跨楼板上。利用实测加速度数据并通过改进的频域分解法,识别得到了结构的五阶模态参数。识别结果表明:各测试方案得到的识别结果一致,自振频率的变异性较阻尼比的变异性小;前四阶模态由主楼的振动引起,第五阶模态为裙房楼板的一阶竖向振动模态;由于结构的不对称性,识别得到的前三阶振型均带有扭转效应;模态参数识别过程中的可疑模态可能来源于主楼和裙房的动力相互作用。建立了所测结构的有限元模型,得到了五阶自振频率和振型,与识别结果吻合较好;分析了主楼和裙房之间的不同连接方式对整体结构自振频率和振型的影响,结果表明主楼和裙房的固结连接与铰接连接对自振频率基本没有影响,而设置防震缝与否对自振频率影响较大,且振型出现顺序均不会发生变化。     

频率相关自由阻尼层复合材料加筋板动力分析

采用子空间迭代法和精细积分对敷设粘弹性阻尼层的含损伤复合材料加筋板结构进行了频率和动力响应分析。分析中对层合板和层合梁采用了Adams应变能法与Raleigh阻尼模型相结合的阻尼矩阵构造方法;对表面粘弹性阻尼材料则考虑了材料性质和耗散系数对激振频率与温度的依赖性,建立了频率相关粘弹性材料阻尼矩阵的计算方法。通过有限元分析,分别研究了敷设自由阻尼层无损伤和含分层损伤复合材料加筋板的自振频率和模态特征,并根据幅频曲线讨论了阻尼材料模量、耗散系数和阻尼层厚度等因素对结构响应的影响,提出的计算方法对通过合理选择阻尼层材料与几何参数来有效地控制加筋板结构的振动特性,具有一定的参考价值。     

驶入式钢货架动力特性试验研究

采用初始位移法对驶入式钢货架进行了自由振动试验,测出货架的自由振动衰减曲线。研究了支撑布置形式、货物、货物通道个数等因素对货架的自振频率和阻尼比的影响。试验结果表明,货架近似按照第一阶振型振动;布置顶部水平支撑对货架自振频率和阻尼比没有影响,而加设背部竖向支撑会改变货架的动力特性;货架装载的货物会减小货架的自振频率。对货架进行了有限元模拟,数值计算得到的基本频率和自由振动曲线与试验结果吻合得较好。对于没有设置竖向支撑的货架,提出了计算其基本频率的有限元简化计算模型。