饱和土中大直径缺陷桩振动特性研究

为了研究成层饱和土中带缺陷的大直径灌注桩的振动特性,首先基于饱和多孔介质理论和平面应变理论建立饱和土中考虑施工效应影响的桩土纵向振动模型,利用剪切复刚度传递方法得到桩周土体对桩身的竖向作用;然后考虑桩身横向惯性效应,结合边界条件,利用阻抗函数传递方法得到桩顶复阻抗,利用傅里叶逆变换得到桩顶速度时域响应;接着通过与已有理论解和工程实测曲线进行拟合对比,证明本文解的合理性;最后对桩身缺陷特性、桩周土体性质等参数进行分析,结果显示:缺陷的大小、长度和位置、桩身横向惯性效应以及桩周土性质都会对低应变完整性检测结果产生较大影响。     

静钻根植工法下变截面管桩纵向振动特性分析

针对静钻根植竹节桩提出变截面管桩模型,以同时考虑桩身变截面三维效应与管桩激振衰减作用的影响。由拉普拉斯变换求解得到了复数域内的激振响应解析解,并通过傅里叶逆变换得到时域半解析表达。随之,对静钻根植工法及桩身结构的各项参数进行了研究。根据桩身内径、竹节外径、节高、节间距等结构特点,对静钻根植施工参数进行合理限制,以加强激振响应曲线的桩身结构信息反馈,并为静钻根植竹节桩的动力测试提供理论指导。     

基于既有桩基振动理论反演的桩周土动态响应解

提出一种基于现有桩基振动理论反演的桩周土半无限空间激振响应模型,通过Laplace-Hankel积分变换求解得到其复数域内解析解及时域半解析解. 该方法在获得桩周土动态响应的同时,避免对复杂桩–土耦合振动条件进行联立分析,使得求解这类问题的解析过程大大简化. 通过与既有理论解及有限元分析软件ABAQUS的结果进行对比,分别验证所得解在桩周土及桩底以下土激振响应问题上的合理性. 基于解析结果,针对由旁孔透射波法估计未知桩长的问题进行讨论,提出一种相对简单的未知桩长估计方法. 该方法可以减少现场测试的工作量,并有助于提高后期数据处理的精度.     

考虑桩身材料阻尼的桩基纵向振动积分变换解及其应用

 通过积分变换法,对考虑桩身材料阻尼条件下的桩基纵向振动问题进行求解,并得到了桩–土系统的传递函数以及脉冲响应函数。通过脉冲响应函数与外部激振函数在时域内卷积,可以得到任意激振条件下,桩顶位移(速度)响应的时域解析解,解决了分离变量法由于解法局限性只能对稳态正弦激振响应进行求解的不足,大大提升了解的适应性。并对工程测试中可能出现的测试信号高频干扰问题进行了波形分析,由于桩阻尼的存在,测试信号中的高频干扰成分所对应的响应会自动滤去,同时低频成分对应后继反射波趋于“宽扁”型。当桩阻尼较大时,反射波的起跳位置发生改变,不能作为一维弹性波速的测试依据。     

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。     

混凝土基桩超声波层析成像技术优化

针对混凝土基桩超声波层析成像技术中两声测管间剖面区域的竖向尺寸远大于水平尺寸、换能器布置间距相对稀疏的测试特征，提出基于换能器布置尺寸加密的场源点分布形式、发-收端互换虚拟射线组、考虑完整场修正的改进SIRT算法及层析成像后处理技术等优化方法，对基桩超声波层析成像效果进行提升.利用有限元分析软件ABAQUS，对不同工况条件下的超声波层析成像发射、接收换能器信号进行数值模拟，分析影响成像效果的工况参数.研究结果表明，采用优化后的层析成像反演算法可以更加快速、准确地定位以及量化声测管间剖面区域内的潜在质量缺陷，具有较高的计算可靠性.     

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。     

基于水平低应变法的高承台桩缺陷检测研究

通过模型试验探究高承台桩埋藏段存在不同尺寸缺陷时的桩身质点水平速度响应,结合有限元(FEA)分析试验结果. 结果表明,基于桩的水平振动特性的低应变检测方法可以用于识别高承台桩桩身缺陷,且缺陷处截面直径越小,桩身质点水平速度响应曲线中缺陷处反射越明显. 随着缺陷高度的变化,缺陷处顶、底面反射信号可能会产生叠加或分离现象,导致不同缺陷高度下缺陷反射的波形不一致. 在数值模拟中,当采用柔性剪切梁单元模拟高承台桩时,数值模拟结果和试验结果吻合较好. 在实际工程中,当应用水平低应变法检测桩身完整性时,推荐采取近承台处激振、近承台处速度采集,可以根据缺陷处反射起振时间较精确地计算桩身缺陷埋深.     

水平循环荷载下砂土中斜单桩累积变形特性

研究斜单桩在风、浪、洋流等循环荷载作用下的累积特性. 通过用户开发子程序将砂土刚度衰减模型嵌入桩-土体系有限元模型中,实现了单桩循环受荷特性的数值分析,研究不同循环幅值及循环次数下斜单桩的变形累积规律. 研究结果表明,当桩身倾斜角由?25°逐渐过渡到25°时,在相同的静力荷载作用下,斜单桩桩顶位移及桩身相同位置处弯矩会不断增加,但在循环荷载作用下,桩顶位移与桩身最大弯矩的累积速度会逐渐下降. 当循环荷载幅值较大时,负斜桩的桩顶位移和桩身位移段深度均小于竖直桩,正斜桩的桩顶位移和桩身位移段深度均最大. 基于数值计算结果,对不同循环幅值和循环次数下的斜单桩桩顶累积位移和桩身最大弯矩进行拟合分析,提出适用于斜单桩的累积变形特性预测方法.     

大直径变截面桩速度波衰减特性研究与应用

针对大直径桩在低应变测试中的三维效应和缺陷量化分析问题,建立变截面桩–成层土耦合振动模型,考虑桩身的三维波动,通过建立层间递推关系求解得到桩身任意位置纵向振动响应的频域解析解,并利用傅里叶逆变换得到时域内半解析表达。在此基础上,分别针对完整桩和缺陷桩,探讨不同条件下桩身入射速度波沿径向和纵向的幅值和走时变化规律。最后通过现场试验对某混凝土灌注桩的桩顶及桩身内部纵向振动响应进行测试,验证了本文解的合理性。理论与试验结果表明:(1)中心瞬态激振条件下大直径桩的三维效应显著,其影响深度与桩顶激振力的作用面积和持续时间相关;(2)速度波沿桩身的纵向衰减特性能够较好地反映出桩身完整性和桩侧土阻力特性,这一研究结果能够为基桩完整性检测提供一种新的思路和方法,具有一定的工程应用价值。