考虑土体三维波动效应的现浇大直径管桩纵向振动

考虑土体三维波动效应和桩-土耦合振动,把桩看作一维杆,把土体看作三维轴对称黏弹性介质,对黏弹性地基中现浇大直径管桩纵向振动频域特性进行了理论研究。首先通过引入势函数对土体振动方程解耦,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩周土及桩芯土频域响应解析解,进而利用桩土完全耦合的条件得到桩振动响应解。将所得解完全退化到实心桩的解,验证了解析解的合理性,并与未考虑三维效应的简化解对比。分析了桩底刚度系数、桩长以及桩径等对桩顶复阻抗的影响,得到了各参数对桩振动特性影响的规律。分析表明：桩底刚度系数增大,共振频率增大,且复阻抗的振荡幅值增大。无桩芯土时复阻抗的振荡幅值比桩周桩芯土都存在时大,无桩周土时复阻抗的振荡幅值比无桩芯土时大。桩长增大,桩顶复阻抗的振荡幅值和共振频率均显著减小,当桩长增大到一定长度的时候,增加桩长对桩顶复阻抗基本没有影响。外径增大或内径减小,桩顶复阻抗的振荡幅值增大。     

水平动荷载作用下海洋大直径管桩动力响应解析解

考虑桩–土–流体耦合振动,研究了谐和激振水平动荷载作用下的海洋大直径管桩振动响应问题.将桩周和桩芯海水考虑为无黏性不可压缩流体建立其控制方程求得海水速度势解析表达式,继而得到作用于桩身动水压力表达式.将土体看作黏弹性介质建立桩周土和桩芯土控制方程,对土体方程直接解耦求解,得到桩周土和桩芯土位移和抗力表达式.利用桩–土体...     

考虑挤土效应的大直径管桩纵向振动特性研究

基于考虑土体竖向波动效应的三维轴对称模型,研究考虑挤土效应时的大直径管桩纵向振动特性。首先,将桩周土及桩芯土沿径向分别划分为若干同心圆圈层,各圈层内部土体径向均质;然后,分别建立各圈层桩周土及桩芯土的纵向振动控制方程,求解方程并根据各相邻圈层及桩–土接触面上应力和位移的连续条件,递推得到桩周土–桩及桩芯土–桩之间的动力相互作用,将其代入到桩的纵向振动控制方程中,进而求解得到桩顶频域响应解析解;最后,通过参数分析的方法,在低频范围内研究大直径管桩桩身设计参数及挤土效应对桩顶复阻抗的影响,并通过与已有文献的对比证明本文解的合理性。     

基于平面应变假定基桩振动理论适用性研究

利用拉普拉斯变换对严格考虑桩土纵向耦合振动条件的,桩顶受到任意激振力作用的端承桩桩顶频域及时域响应进行解析求解,推导求得了桩顶位移、速度频域响应、桩顶复阻抗的解析表达和半正弦脉冲激励作用下的桩顶时域响应半解析解;将所得严格解与基于平面应变假定的桩基纵向振动理论频域和时域理论解进行对比研究,具体比较范围涉及土层对桩的局部复阻抗、桩顶幅频响应、速度导纳、桩顶复刚度和桩顶时域响应等方面,并得到若干重要结论。研究成果可为平面应变假定的合理运用,以及进一步明晰桩土耦合振动的内在机理提供理论支持。     

饱和黏性土地基中现浇大直径管桩水平振动响应解析解

基于经典的平面应变假定,将土体假设为若干个相互独立的薄层,对饱和土地基中现浇大直径管桩水平振动频域特性进行了理论研究。首先通过引入势函数对土体动力固结方程解耦,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩周土及桩芯土频域响应解析解,进而利用桩土完全耦合的条件得到桩振动响应解,给出了桩顶复阻抗解析表达式。将本文解完全退化到实心桩的解与已有理论解对比,验证了本文解的合理性并阐明两解的区别。通过参数分析,得到了桩长以及桩半径等参数对复阻抗特性影响的规律。     

分数导数Kelvin粘弹性土中管桩的扭转振动

将管桩桩周土和桩芯土均看作粘弹性介质,同时运用分数导数Kelvin粘弹性本构模型描述桩周土和桩芯土的应力应变关系。仅考虑桩周土和桩芯土的环向位移,通过Fourier变换和分离变量法求解了桩周和桩芯分数导数Kelvin粘弹性土的扭转振动。考虑桩周土和桩芯土对管桩的作用力,建立了分数导数Kelvin粘弹性土中管桩的扭转振动方程,通过求解管桩的扭转振动得到了频率域内管桩桩顶的扭转复刚度。结果表明:桩周土本构模型参数α1和Tb1对管桩的扭转振动有一定的影响,而桩芯土的本构模型参数α2和Tb2对管桩扭转振动的影响与频率有关;桩芯土与桩周土剪切模量比μ小于1且μ较大时,扭转复刚度实部和虚部随频率变化曲线波动较大,而μ大于1时其对管桩扭转振动的影响很小;管桩壁厚、长径比和管桩与土体的剪切模量比Gp对管桩的扭转影响较大。     

考虑竖向荷载影响的大直径管桩水平振动响应解析解

建立了黏弹性地基中受轴力作用的现浇大直径管桩水平振动响应计算模型,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦,结合桩土耦合条件求得了桩顶复阻抗解析表达式。将该解退化到不考虑竖向荷载的水平振动响应解与已有理论解对比,验证了该解的合理性。通过算例分析,研究了竖向荷载、激振频率和桩长对管桩桩顶水平复阻抗、桩身位移和内力的影响,研究结果表明:复阻抗实部和虚部在桩土系统固有频率处均发生共振;竖向荷载使管桩位移和内力发生重分布,竖向荷载为零时,位移、弯矩和剪力最大值均出现于管桩中上部,随着竖向荷载增大,其最大值均出现于桩底;桩身水平位移随频率变化而变化,管桩中下部转角、弯矩和剪力受频率影响较大;桩身中下部位移和内力受桩长影响大于桩身其他部分;无桩芯土时桩顶水平位移和转角比桩芯土存在时大。     

三维波动土中带承台单桩的纵向振动特性研究

基于考虑三维波动的桩周土模型和虚土桩法,研究三维波动土中承台–桩–土相互作用的纵向振动特性。首先,根据桩周土和虚土桩的成层性将桩土系统划分为若干层,运用阻抗函数递推法得到桩顶的位移阻抗函数,进而得到承台–桩系统的位移响应的频域解析解,利用Laplace逆变换得到承台–桩系统位移时域响应的半解析解。然后通过参数分析,研究桩周土的剪切波速、黏性阻尼系数和泊松比对承台–桩系统纵向振动的影响;同时研究多层土中硬质夹层剪切波速,厚度和深度对承台–桩系统纵向振动的影响。研究结果表明,相比于桩侧土黏性阻尼和泊松比,桩侧土剪切波速对承台–桩系统纵向振动影响更大;上层土对承台–桩系统纵向振动的影响大于下层土。最后将理论计算结果与现场实测曲线进行对比,证明该三维波动土中承台–桩–土相互作用的模型较为合理。     

考虑竖向波动效应的径向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动响应研究

基于黏性阻尼土体三维轴对称模型,考虑桩周土体竖向波动效应和施工扰动引起的径向非均质性,将桩简化为等截面弹性体,通过建立管桩-土体体系纵向耦合振动简化分析模型,采用Laplace变换和复刚度传递方法,递推得出桩周、桩芯土体与桩体界面处复刚度,进而利用桩-土完全耦合条件推导得出桩顶动力阻抗解析解答,且将所得桩顶动力阻抗解答与已有相关解答进行退化验证其合理性,在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了管桩桩长、桩内径、桩周土施工扰动程度和施工扰动范围对管桩纵向振动特性的影响规律,可为具体工程实践提供理论指导和参考作用。     

考虑土体真三维波动效应时桩的振动理论及对近似理论的校核

从三维轴对称土体模型出发,同时考虑土体径向和竖向位移,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,将土体动力平衡方程解耦并求解,得到土层的振动模态形式和阻抗因子;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,得到桩的频域响应解析解,进而得到土层局部复刚度和桩顶复刚度。从土层阻抗因子、土层局部复刚度和桩顶复刚度3方面,将所得解与平面应变解和其他忽略土体径向位移的简化解在主要影响参数变化情况下进行比较,研究表明,不同解在硬土、细长桩并处于低频时有较大差别,随激振频率的提高,它们将趋于一致。     

三维非均质土中粘弹性桩-土纵向耦合振动响应

在考虑土体三维非均质性情况下,对变截面粘弹性桩的动力特性进行研究.首先,结合边界条件,利用复刚度传递平面应变土体模型求得纵向不同性质桩侧土层的复刚度,进而对各段变截面桩身从下往上逐段推导得到单桩桩顶受纵向激振力作用下的桩基振动的频域响应解析解;然后,利用卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶的时域响应半解析解;最后,研...     

基于轴对称连续介质模型的径向非均质土中大直径管桩纵向振动特性研究

基于Rayleigh-Love杆模型和三维连续介质模型,综合考虑土体竖向波动效应和桩身横向惯性效应,建立三维轴对称径向非均质黏性阻尼土–大直径管桩纵向振动相互作用分析模型;通过采用拉普拉斯变换和复刚度传递法,递推得到桩芯、桩侧土体与管桩内外壁接触界面处的关系表达式,并基于桩-土完全耦合条件推导出大直径管桩桩顶动力阻抗解析解;进一步利用傅里叶逆变换和卷积定理,求解出大直径管桩桩顶时域响应半解析解,将所得解析解退化并与已有解答进行对比分析,以验证其合理性。在此基础上,通过进一步参数化分析,探讨桩身泊松比、桩身波速、桩侧土施工扰动效应对大直径管桩动力响应特性的影响规律。结果表明：(1)随着桩身泊松比的增大,桩顶速度导纳曲线振幅和共振频率均减小,且反射波曲线出现明显的振荡现象。(2)桩顶速度导纳曲线和桩底反射信号的幅值随桩身波速的增大而增大。(3)考虑桩身横向惯性效应时,施工扰动效应对桩顶动力响应的影响更为显著。(4)通过将推导所得解退化并与已有相关解答解进行对比分析,验证了其合理性和精度,可为桩基纵向振动分析和设计提供参考。     

考虑地下水位影响时桩的纵向振动特性研究

基于Bishop有效应力公式、单相流固结理论以及阻抗函数递推方法,研究考虑地下水位影响时双层土中桩的纵向振动特性。利用拉氏变换,在频域中求得桩顶复刚度和导纳函数的解析解。利用傅里叶逆变换,得到瞬态半正弦脉冲荷载作用下桩顶速度时域响应的半解析解。通过数值计算,分析地下水位深度变化、上层非饱和土体饱和度变化对桩振动特性的影响。结果表明,地下水位埋深及上层非饱和土体饱和度对桩顶复刚度及导纳有一定的影响,而对延时较短的桩顶速度时域响应影响很小。因此,在桩的完整性测试中可以忽略地下水位的影响。     

弹性支承桩周围土振动响应解析解及其波动规律研究EI北大核心CSCD

通过建立弹性支承桩–土耦合模型,考虑桩周土三维轴对称振动,求解得到桩周土振动响应频域解析解。通过傅里叶逆变换得到桩周土振动响应在时域内的半解析表达,并借助有限元分析软件对比验证本文解的合理性。在此基础上,对不同工况条件下的桩–土耦合系统参数进行研究,得到桩周土波动响应的规律,为实际工程测试提供理论支持与指导作用。     

弹性支承桩周围土振动响应解析解及其波动规律研究

通过建立弹性支承桩–土耦合模型,考虑桩周土三维轴对称振动,求解得到桩周土振动响应频域解析解。通过傅里叶逆变换得到桩周土振动响应在时域内的半解析表达,并借助有限元分析软件对比验证本文解的合理性。在此基础上,对不同工况条件下的桩–土耦合系统参数进行研究,得到桩周土波动响应的规律,为实际工程测试提供理论支持与指导作用。     

考虑土体三维波动效应时黏性阻尼土中桩的纵向振动特性及其应用研究

从三维轴对称土体模型出发,考虑土体三维波动效应,对黏弹性支承桩在任意竖向激振力作用下与土体的耦合作用特性进行了研究。假定桩为竖直、弹性、等截面体,土为线性黏弹性体,其材料阻尼为黏性阻尼。利用拉普拉斯变换,将定解问题转换到拉普拉斯域内求解。通过引入势函数,将土体位移进行分解,从而将土体动力平衡方程进行解耦,求解得到土体的振动模态形式,再利用该解,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,得到拉普拉斯域内桩的位移函数解析解,进而可得到桩顶速度导纳函数解析解,采用卷积定理和傅里叶逆变换,求得了半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对速度导纳曲线和速度反射波曲线进行了量纲一的参数讨论,以揭示桩的纵向振动特性,为基桩动测提供理论和实践上的指导。     

基于复刚度传递多圈层平面应变模型的桩动力响应研究

在考虑土体非线性情况下,对桩动力特性进行研究.首先,假设土体为黏弹性体,把土体沿径向分为多个圈层考虑土体的非线性,利用平面应变土体模型,结合边界条件对各圈层土体从外至内通过复刚度传递,求得土体与桩接触面上的复刚度,进而推导得到单桩桩顶受纵向激振力作用下的桩振动方程的频域表达式,随后求解得到桩顶的阻抗函数和频率响应函数;然后,利用卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶的时域响应;最后,分别对多工况条件下桩顶动力响应进行比较分析,得到由于施工效应影响所导致的桩周土参数变化对桩顶频域和时域响应的影响情况,为采用桩基础的各类工程的抗震设计和桩的完整性检测工作提供新的理论依据.     

考虑施工扰动效应时大直径扩底桩纵向振动阻抗研究EI北大核心CSCD

基于Rayleigh-Love杆模型研究考虑施工扰动效应时大直径扩底桩的纵向振动阻抗。首先,分别采用虚土桩模型和径向圈层间的剪切复刚度传递法考虑施工扰动造成的桩端以下土体的竖向非均质性和桩周土的径向非均质性;然后,求解桩–土界面的剪切复刚度,将其代入到桩的纵向振动控制方程中,通过Laplace变换和阻抗函数递推的方法,得到大直径扩底桩纵向振动频域响应解析解,在此基础上,通过与已有研究成果的对比,证明本文解的合理性;最后,通过参数分析的方法,在桩基动力设计中比较关心的低频范围内研究了桩的扩底参数以及施工扰动效应对大直径扩底桩纵向振动阻抗的影响,结果表明:(1)扩底半径对桩的动力特性的影响远大于扩底段长度的影响;(2)施工扰动效应对大直径扩底桩的动力特性影响显著,且桩周土扰动的影响要强于桩端以下土体扰动的影响。     

考虑施工扰动效应时大直径扩底桩纵向振动阻抗研究

基于Rayleigh-Love杆模型研究考虑施工扰动效应时大直径扩底桩的纵向振动阻抗。首先,分别采用虚土桩模型和径向圈层间的剪切复刚度传递法考虑施工扰动造成的桩端以下土体的竖向非均质性和桩周土的径向非均质性;然后,求解桩–土界面的剪切复刚度,将其代入到桩的纵向振动控制方程中,通过Laplace变换和阻抗函数递推的方法,得到大直径扩底桩纵向振动频域响应解析解,在此基础上,通过与已有研究成果的对比,证明本文解的合理性;最后,通过参数分析的方法,在桩基动力设计中比较关心的低频范围内研究了桩的扩底参数以及施工扰动效应对大直径扩底桩纵向振动阻抗的影响,结果表明:(1)扩底半径对桩的动力特性的影响远大于扩底段长度的影响;(2)施工扰动效应对大直径扩底桩的动力特性影响显著,且桩周土扰动的影响要强于桩端以下土体扰动的影响。     

层状非饱和土中端承桩竖向振动响应的半解析算法

为了探究层状非饱和土中桩基的竖向振动响应，基于非饱和土动力控制方程，考虑基质吸力、三相(固相、液相和气相)压缩特性和饱和度对动剪切模量的影响，结合Euler-Bernoulli杆理论，建立三维轴对称简谐荷载作用下层状非饱和土中端承桩的竖向振动响应模型。利用Laplace变换、势函数法和算子分解法求解土体波动方程，通过桩–土耦合条件和阻抗函数传递性求解桩顶动力阻抗频域响应的解析解，利用傅里叶逆变换和卷积定理得出桩顶时域响应的半解析解。验证所得解的正确性后，研究分层土的模量比和厚度比对桩顶动力响应的影响。计算结果表明：土层上硬下软时，桩顶动刚度与阻尼的波动性减弱，导纳存在“小峰夹大峰”现象，峰值变大，反之，导纳呈“大峰夹小峰”。相比于上下均质土，桩底反射信号明显减弱。软土层越厚，桩顶动力响应的振荡幅值越大，土层厚度不一时，速度时程曲线中土层分界面出现反射信号，反射位置与土层分界位置密切相关。