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。     

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。     

桩土耦合扭转振动理论研究与特性分析

从三维轴对称角度出发,对弹性支承桩与均质土耦合作用时的扭转振动特性进行了研究分析。假定桩为竖直弹性均匀截面桩,土为线性黏弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼,首先通过对土层进行求解得到其振动扭转角的形式解,然后利用该解并以小应变条件下桩土接触界面位移连续和力连续来考虑桩土的耦合作用,来分析基桩的动力反应,研究得到了弹性支承桩在谐和激振扭矩作用下频域响应函数解析解,并利用所得解对土层动力反应特性以及桩土体系的扭转振动特性进行了深入分析,得到了一些新的结论。     

桩与滞回阻尼土相互作用时桩基扭转振动时域响应分析

考虑桩土相互作用效应,对均质滞回材料阻尼土中弹性支承桩桩顶扭转振动时域响应进行解析理论研究。首先建立桩与滞回阻尼土在谐和振动条件下的定解问题,然后先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体振动扭转角形式解,接着依据平衡条件将该形式解耦合进桩身动力平衡方程,并通过对桩动力平衡方程的求解,最终得到桩顶扭转角和速度频率响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶速度时域响应的半解析解。通过与其他相关理论解的对比验证该解的正确性和适应性,并对桩土相互作用时桩顶扭转振动时域特性进行分析,重点探讨桩周土滞回阻尼、长径比、模量等常规参数对桩顶时域响应的影响,得到若干结论。     

三维波动土中考虑桩身变截面与桩周土相互作用的大直径桩的动力特性

 采用Voigt体来模拟桩身变截面与土的相互作用,得到了三维波动土中考虑变截面与土相互作用的大直径桩–土作用模型。对桩身变截面处的应力平衡和应变连续条件进行拉普拉斯变换,得到修正的阻抗函数递推法。桩周土采用考虑径向和纵向波动的三维轴对称模型,桩身采用黏弹性Rayleigh-Love杆来考虑大直径桩的横向惯性效应。结合修正的阻抗函数递推法,通过求解桩土动力平衡方程得到了桩顶的速度频响的解析解和瞬态激振下速度时域响应的半解析解。通过参数分析,将所得解与忽略桩身变截面与土相互作用的解进行对比,并分析有关参数与变截面与土相互作用的耦合作用。     

粘弹性桩纵向振动问题的积分变换解

建立了有限长粘弹性桩在桩侧和桩端土作用下 ,受纵向激励条件下的定解问题 ,并利用拉氏变换 (Laplace)求得在任意激振力作用下桩顶的位移和速度的传递函数 ,然后进行拉氏逆变换求得半正弦激振力作用下桩顶速度响应解析解 ,并就桩材阻尼对桩土系统的振动特性的影响作了进一步的研究。     

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...     

滞回阻尼土中大直径管桩纵向振动响应解析解

考虑土体材料的滞回阻尼和桩周土–桩–桩芯土耦合振动,对黏弹性地基中现浇大直径管桩纵向振动频域特性进行理论研究。假定桩为一维杆,土体为轴对称均匀黏弹性体。采用Laplace变换和分离变量的方法求得桩周土和桩芯土纵向位移频域解,然后利用桩土位移和应力连续耦合条件求得桩顶频域响应解析解。将所得解完全退化到实心桩的解,验证解析解的合理性。分析桩长、土体剪切模量和桩径对桩顶复刚度的影响,得到各参数对桩振动特性影响的规律。分析表明:桩长增大,桩顶复刚度的振荡幅值和共振频率均显著减小,但当桩长增大到一定桩长的时候,增加桩长基本没有影响。土体剪切模量越大,桩顶复刚度的振荡幅度越小,且桩周土剪切模量的影响比桩芯土更为显著。外径的增大或内径的减小,均会使桩顶复刚度的振荡幅值增大。     

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。     

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。     

变截面桩速度导纳的解析解

对均质土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长三段变截面桩在任意激励力作用下的定解问题，利用拉氏变换和阻抗函数的传递性，求得桩顶速度导纳和动刚度的解析解，并对缺陷程度，缺陷段长度及缺陷位置对桩的振动特性的影响作了进一步的研究。     

土塞效应对管桩纵向动力特性的影响研究

基于附加质量法,研究考虑土塞效应时成层地基中管桩的纵向振动问题。首先,根据桩侧土、桩端土的成层性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段,并采用虚土桩法和附加质量法建立了桩土系统的纵向振动控制方程。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推法,推导得到了考虑土塞效应时管桩纵向振动的桩顶速度频域响应解析解和半正弦脉冲激振力作用下相应的桩顶速度时域响应半解析解。最后,分析了附加质量法中Voigt模型参数的敏感性区间,讨论了土塞效应对管桩纵向动力特性的影响规律,并通过模型试验验证了所提理论解的合理性。结果表明：①当附加质量法中的Voigt模型参数逐渐增大时,土塞与管桩之间的相互影响将逐渐增强;②在桩顶速度时域响应曲线上,土塞顶部界面位置处会出现类似扩颈桩段的反向反射信号;③由于土塞的存在,填充土塞桩段的综合波速会小于管桩材料的一维弹性纵波波速,且土塞高度越高,填充土塞桩段的综合波速越小。     

任意段变截面桩纵向振动的半解析解及应用

建立了均质土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长桩 ,在桩身存在任意段变截面时 ,桩顶受纵向激励情况下的定解问题 ,用拉氏变换 (Laplace)求得桩顶阻抗函数和速度频率响应函数 ,然后利用卷积定理和傅里叶 (Fourier)逆变换求得任意激振力作用下桩顶速度响应的半解析解 ,并对缩颈、扩颈等截面突变桩以及截面连续变化桩的振动特性作了进一步的研究。     

扭转波应用于低应变动力测桩的理论研究

给出层状土中多缺陷桩在桩顶冲击扭矩作用下桩顶扭转响应的解。考虑了桩土相互作用。应用Laplace变换和传递矩阵 ,解桩的满足初始条件和边界条件的一组偏微分方程 ,导出桩土系统的传递函数 ,得到桩顶某点扭转振动速度的频率响应函数和频率域表达式。该点扭转振动速度时程由快速Fourier逆变换计算。用这种解研究桩的扭转波特征 ,其结论对应用扭转波进行低应变动力测桩有指导意义     

考虑波动效应的SH简谐地震波作用下单桩水平振动研究

借助于土体的一维波动模型求解了SH简谐地震波作用下土层的水平振动,从三维轴对模型出发考虑桩周土的水平波动效应,通过引入势函数并运用分离变量法在考虑桩–土相互作用的情况下求解了SH简谐地震波作用下由于桩土相互作用引起的土层的径向位移、水平位移以及土体对桩基的水平作用力,并在此基础上建立了SH简谐地震波作用下桩基的水平振动方程,借助于三角函数的正交性和桩–土接触面处的连续条件求得了桩基的水平位移。借助于放大因子的概念研究了SH简谐地震波对桩顶水平位移的影响。研究表明：SH简谐地震波作用下桩基的动力响应存在有共振现象;放大因子随频率的变化曲线存在3个峰值,前两个峰值相对较大;当桩土模量比较大时桩土模量比对放大因子几乎没有影响。     

成层土中桩的纵向振动理论研究及应用

建立了成层土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长桩在任意激励力作用下的定解问题 ,并用拉氏(Laplace)变换和阻抗传递函数求得任意层土中桩顶速度和位移响应函数的解析表达式 ,然后利用卷积定理和付里叶 (Fourier)逆变换求得半正弦脉冲激振力作用下桩顶的速度时域响应的半解析解 (积分形式解 )。并就成层土中的桩侧和桩底土的特性的变化对桩纵向振动特性的影响作了进一步的研究。