考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性

该文研究考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性。首先,根据楔形管桩特殊的桩身结构和桩周土的成层性,将桩-土系统沿纵向划分为若干微元段,采用Voigt体模型模拟桩周土对楔形管桩桩段的竖向支承作用;基于考虑土体竖向波动效应的三维轴对称模型建立桩周土纵向振动控制方程并求解,得到桩-土之间的侧摩阻力;然后,基于Rayleigh-Love杆模型建立桩的纵向振动控制方程以考虑其横向惯性效应,求解桩的振动控制方程并结合Laplace变换和阻抗函数递推,得到考虑桩周土竖向支承作用的桩顶复阻抗和速度导纳解析解,进一步地,通过卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶时域响应半解析解;最后,通过与已有解的对比验证了该文解的合理性,并通过参数分析的方法研究了桩身横向惯性效应、桩周土竖向支承作用及桩身参数对桩顶动力特性的影响。     

静钻根植竹节桩竖向动力响应研究

基于桩周土径向非均质的平面应变模型,研究静钻根植竹节桩的纵向振动桩顶响应问题。使用剪切复刚度传递方法,得到桩侧剪切复刚度;根据桩身竹节特性,将桩土体系沿纵向划分为有限个微元段,并采用虚土桩模型模拟桩底土对桩端的支承作用;利用拉普拉斯变换和阻抗函数递推方法,同时考虑到桩身的横向惯性效应,利用卷积定理和傅里叶变换,求得瞬态激振力作用下桩顶速度响应的半解析解;在此基础上,对该解进行了合理性验证,与退化解和工程实测曲线进行了对比。最后,分析了竹节半径和间距、桩周水泥土参数及其渗透区域范围、水泥土纵向不均匀性等因素对桩顶动力响应的影响,提出了在静钻根植竹节桩低应变完整性测试中应该注意的相关问题。     

单桩横向非线性动力响应的简化分析模型

根据迟滞非线性系统随机振动的基本理论,在动力Winkler地基梁模型的基础上,提出了一个新的研究单桩横向非线性动力响应的一维简化分析模型。其中,桩周土对单桩的横向非线性作用力由连续分布的非线性退化迟滞弹簧模拟,而运动过程中的能量耗散,则由与非线性弹簧并联的、频率相关的粘壶表示。该模型能够反映单桩非线性行为的主要特征,并可以揭示各种非线性因素,如,桩周土的迟滞效应、桩周土力学性能的退化、桩周土的屈服、桩土界面分离等,对单桩动力响应的影响。该模型采用的计算参数,可以由实际桩土系统的物理参数、被广泛采用的设计规范和经验公式加以确定。计算结果表明,该模型可以较好地模拟各种单桩土系统的横向非线性动力学响应。     

径向软化成层土中单桩风机水平振动特性研究

基于多圈层平面应变土体水平振动模型,得到桩周土体径向软化水平动刚度的解析解。在此基础上,建立径向非均质成层土中桩基水平振动模型,利用传递矩阵法得到桩顶动刚度阵,采用等效固定梁模型将桩土系统耦合到风机仿真软件FAST 8中,对桩周土径向软化对风、波浪荷载作用下单桩风机水平动力响应的影响进行研究。结果表明:桩周土软化对桩顶动刚度影响显著,当土体模量衰减系数为0.25时,与均质土相比桩顶水平刚度降低28.66%;随桩周土模量衰减系数的减小,与均质土相比风机系统的1阶和2阶自振频率分别降低13.08%和16.67%;风机塔顶位移、转角的时程和谱响应表明桩周土土体模量衰减系数为0.25时,塔顶位移和转角的方差与均质土分别相差2.68%和1.37%,位移和转角响应谱峰值约为均质土的2.77倍和2.69倍。     

分层土中变截面桩振动问题半解析解的研究

本文首先考虑桩端的弹性阻尼支承,建立了具有多个变截面的桩与分层土相互作用的数学模型。其次,采用积分变换法对该模型进行了求解,得到了在桩顶任意荷载激振下桩顶振动响应的半解析解。最后,获得了瞬态半个正弦波荷载作用下桩顶速度响应的半解析解,并且研究了激振力的持续时间、变截面程度对桩顶速度是域响应的影响。     

基于Winkler地基理论的横向受荷长桩非线性动力响应模型试验

基于Winkler模型,将弹性地基离散化为线性弹簧,建立长桩-弹簧动力相互作用模型试验系统,研究了桩顶横向简谐激励下桩基的非线性动力响应。通过两组共12种工况模型试验,分析了桩身参数、地基约束、桩顶配重和激励特征等对桩基动力响应幅值、共振和空间运动的影响。试验结果表明:随激励幅值增大,桩基动力响应的非线性特征显著;在特定的激励频率下,激振器与模型桩发生共振,在一定程度上改变桩-土系统的动力响应特征;若放松地基约束,桩基主共振响应呈软弹簧特性,表明土-结构相互作用对桩基的动力学特性有定性影响;改变桩顶配重,在小幅激励下桩基响应幅值的变化较大;由动力轨迹可知,桩顶有明显的面外运动。研究建立了理论分析与试验测试的直接关联,促进了基于Winkler模型开展的横向受荷长桩非线性动力学试验研究。     

饱和土中管桩的扭转振动特性研究

基于Biot提出的饱和多孔介质的波动方程,研究了均质各向同性饱和土中端承管桩的扭转振动问题。首先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体扭转振动位移形式解,然后对管桩的动力平衡方程进行求解,得到了管桩桩顶转角解析解,进一步通过数值算例分析了桩周土与桩芯土的物理力学参数对管桩桩顶复刚度和桩身转角的影响。数值分析结果表明,在动力基础设计所关注的低频段,桩周土与桩芯土的剪切模量比、壁厚以及桩的长径比对管桩的动力响应有较大的影响,而液固耦合系数的影响很小。     

考虑横向惯性效应时黏弹性支承桩纵向振动特性研究EI北大核心CSCD

考虑土体三维波动效应及桩身横向惯性效应,建立了均质滞回阻尼土中黏弹性支承桩受稳态或瞬态纵向激振时的定解问题,并获得了严格桩土耦合条件下的解析解。首先,将桩底土层对桩及桩侧土层的作用简化为均布Vogit体,桩视为Rayleigh-Love杆,利用土体三维轴对称振动方程,土层边界条件,以及桩与桩侧土接触面上的纵向和径向位移连续条件,求解得到桩侧土作用在桩身的剪切复刚度。然后,结合桩底黏弹性支承条件,推导得到桩顶复阻抗函数的解析解。最后,采用参数分析方法,研究了横向惯性效应对单桩桩顶动力响应的影响规律及其与桩及土层参数的关系。结果表明:相对于不考虑横向惯性效应,计及横向惯性效应时单桩纵向振动特性的差异受桩及土共同的影响。     

非饱和土中端承桩纵向振动问题简化解

基于单相流固结理论与Bishop有效应力原理,研究了单相流条件下非饱和土中端承桩的耦合纵向振动问题。建立了简化条件下非饱和土体的动力平衡方程,通过引入拉普拉斯变换和势函数对此方程进行解耦,并采用算子分解理论及分离变量法求得土体纵向振动位移形式解。依据桩土系统的边界和衔接条件,进而得到了桩顶动力响应的闭合形式解,并研究了主要参数对桩顶速度导纳和速度时域响应的影响。结果表明,桩长径比和桩土模量比对桩顶动力响应有着显著的影响,而吸力折减系数对其基本上没有影响。     

考虑横向惯性效应时黏弹性支承桩纵向振动特性研究

考虑土体三维波动效应及桩身横向惯性效应,建立了均质滞回阻尼土中黏弹性支承桩受稳态或瞬态纵向激振时的定解问题,并获得了严格桩土耦合条件下的解析解。首先,将桩底土层对桩及桩侧土层的作用简化为均布Vogit体,桩视为Rayleigh-Love杆,利用土体三维轴对称振动方程,土层边界条件,以及桩与桩侧土接触面上的纵向和径向位移连续条件,求解得到桩侧土作用在桩身的剪切复刚度。然后,结合桩底黏弹性支承条件,推导得到桩顶复阻抗函数的解析解。最后,采用参数分析方法,研究了横向惯性效应对单桩桩顶动力响应的影响规律及其与桩及土层参数的关系。结果表明:相对于不考虑横向惯性效应,计及横向惯性效应时单桩纵向振动特性的差异受桩及土共同的影响。     

双向非均质土中填砂竹节管桩纵向振动理论与试验研究

填砂竹节管桩是一种新型复合桩基,通过竹节管桩、桩周填砂层和地基土共同承担上部荷载。基于考虑竖向波动效应的轴对称黏弹性土体模型研究其桩顶动力响应。利用虚土桩模拟桩底土体的支承作用,并对桩周介质进行径向和纵向分层,而后利用连续条件推得桩和桩周介质界面接触应力,根据拉氏变换和阻抗传递函数计算复合桩基桩顶阻抗解析解和速度时域响应半解析解,并讨论填砂层和竹节参数的影响;将理论曲线与现场试验实测曲线进行对比,结果表明,理论曲线和实测曲线吻合较好,所建模型能够反映实际工况下填砂竹节管桩的动力响应。研究成果对于填砂竹节管桩纵向振动的理论研究及工程应用具有一定的参考价值。     

嵌岩特性对嵌岩桩桩顶纵向振动阻抗的影响研究

基于平面应变模型和Rayleigh-Love杆模型,建立了成层地基中嵌岩桩纵向振动的计算模型和控制方程,结合边界条件和初始条件,采用Laplace变换技术和阻抗函数递推技术求得了任意荷载作用下嵌岩桩桩顶纵向振动复阻抗的频域解析解,并在桩基础动力设计关注的低频范围内详细讨论了嵌岩特性对嵌岩桩桩顶纵向振动阻抗的影响。结果表明：对于同一上覆土层,动刚度随着嵌岩深度的增大而减小,而动阻尼则逐渐增大;对于嵌岩桩段半径等于桩半径的嵌岩桩,动刚度和动阻尼均随着桩身截面半径的增大而增大,对于嵌岩桩段半径小于桩半径的嵌岩桩,随着嵌岩桩段半径的减小,动刚度逐渐减小,动阻尼逐渐增大;随着岩层特性变好,动刚度逐渐增大,动阻尼逐渐减小。     

桩身质量检测的一种新方法：桩形估计法

本文提出了桩身质量检测的一种新方法——桩形估计法,或称“ESP”(Estimation of theShape of a Pile)法。该法基于一维杆应力波理论,将桩划分为N 个单元,根据波在各单元界面处反射与透射的传波原理,推导出在桩顶进行瞬态激振时桩顶的速度响应与界面反射系数以及桩的形状之间的关系。对几种典型缺陷桩进行了计算机模拟,其结果证明作者所提出的桩形估计法是可行的和有效的。现场试验更进一步证明:该法能够较准确地估计出缺陷桩或好桩的形状。     

均质土中部分埋入变模量桩的波动响应研究

基于回传射线矩阵法,求得单位脉冲作用下均质土中部分埋入任意段变模量桩的桩顶速度导纳,利用Fourier逆变换和卷积定理得到瞬态半正弦激振力作用下的桩顶时域速度响应。比较部分埋入变模量桩与部分埋入完整桩的桩顶速度导纳和反射波,分析缺陷长度和埋深、缺陷程度和脉冲持续时间对部分埋入变模量桩桩顶速度导纳和反射波的影响。结果表明:部分埋入变模量桩的反射波有延迟现象,缺陷长度和程度影响速度导纳曲线中波峰波谷对应的频率值,缺陷埋深对其没有影响。     

桩与粘性阻尼土耦合扭转振动时域响应研究

假设桩周土层为均质粘弹性体,土材料阻尼为粘性阻尼,从轴对称角度出发,对任意激振扭矩作用下弹性支承桩与土耦合扭转振动时的桩顶时域响应进行了理论研究,求得桩顶扭转角阻抗函数解析解,给出半正弦脉冲激振扭矩作用下桩顶速度时域响应半解析解.基于所得解对桩土系统的扭转振动特性进行了分析,讨论了桩土耦合扭转振动条件下长径比、波速比、桩底支承条件等因素对桩顶时域响应的影响,探讨了桩侧土粘性阻尼的特殊影响,得到若干新的结论.     

粘弹性基桩瞬态动测响应研究

在考虑桩侧土体对基桩产生阻力的情况下,将基桩视为一维粘弹性杆件,推导了粘弹性基桩的振动方程,并考虑基桩置于地下后的三种支承情况,分析了其振动的固有频率。然后研究了基桩在瞬态激振力作用下的动态响应特性,得出了桩顶速度响应的解析解,同时对影响桩身响应的一些因素进行了分析。     

桩与粘性阻尼土耦合纵向振动时桩顶时域响应研究

假设桩周土层为均质粘弹性体，土材料阻尼为粘性阻尼，从轴对称角度，对任意激振力作用下弹性支承桩与土耦合纵向振动时的桩顶时域响应进行了理论研究，求得桩顶位移阻抗函数解析解，给出半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对桩土系统的振动特性进行了分析，重点探讨了桩侧土粘性阻尼的特殊影响，得到若干新的结论，最后将理论解与现场工程桩实测曲线进行了拟合对比，表明本文理论结果能够更好地反映客观实际。     

地震波作用下的FDV土层单桩桩顶放大效应

将基岩上的土体视为黏弹性介质,且土体的本构关系利用分数导数黏弹性(FDV)模型来描述。借助三角函数的正交性和土体的边界条件求解SH简谐地震波作用下FDV场地土的水平振动位移。以土体中的圆形截面端承桩为研究对象,将桩土之间的相互作用等效为动力Winkler弹簧－阻尼器,在Novak平面假定的基础上求得由于桩土相互作用引起的FDV土层的径向和环向位移,进而得到了等效动力Winkler弹簧－阻尼器的刚度系数和阻尼系数,在此基础上求解SH简谐地震波作用下FDV土层中单桩的水平振动,得到了FDV土层中单桩桩顶的放大因子。研究表明：分数导数的阶数和土体模型参数对SH简谐地震波作用下FDV土中单桩的共振有较大的影响;在低频时桩土的密度比和模量比对FDV土中单桩桩顶放大因子影响很小,在高频时有一定的影响。