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。     

黏弹性地基中基于虚土桩模型的桩顶纵向振动阻抗研究

基于虚土桩模型,对均质粘弹性地基中桩土纵向耦合振动问题进行了研究。首先,假定桩侧土为各向同性的线性粘弹性材料,并考虑土体的竖向波动效应,结合Euler-Bernoulli杆件理论,建立了桩土纵向耦合振动的定解问题;其次,采用分离变量法求解桩侧土纵向振动的控制方程,得到了桩侧土与桩身接触面上的剪切动刚度,将所得的剪切动刚度代入到桩身振动控制方程,采用Laplace变换技术,进一步求得了任意荷载作用下桩顶纵向振动阻抗的解析解。基于所得解,详细讨论了不同桩身设计参数时桩端土厚度对桩顶纵向振动阻抗的影响。最后,将虚土桩模型与其他桩端土支承模型进行了对比研究,结果表明,对虚土桩模型选用合适的材料参数和桩端土厚度,其得到的桩端支承复刚度值介于现有多种模型的计算值之间。     

多圈层平面应变模型桩纵向振动的特性研究

基于Naggart提出的多圈层平面应变模型，考虑了桩周土的径向不均匀性，通过对土体和桩体的动力振动分析，推得在多圈层土壤模型中桩纵向振动特性。     

纵向振动粘弹性桩的分叉和混沌运动

研究了轴向周期载荷作用下非线性粘弹性嵌岩桩纵向振动的混沌运动。假定桩和土体分别满足Leaderman非线性粘弹性本构关系和线性粘弹性本构关系,得到的运动方程为非线性积分-偏微分方程;利用Galerkin方法将方程简化,并进行了数值计算。数值结果表明纵向振动的非线性粘弹性桩可以通过准周期分叉的方式进入混沌运动。     

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。     

瑞利波作用下成层地基中单桩横向振动分析

采用文克勒地基梁模型建立了成层地基中桩土相互作用的粘弹性模型,并利用现有的成层地基中的瑞利波弥散曲线解析解,通过解析法建立了瑞利波作用下多层介质中的桩体横向位移计算公式。在此基础上通过计算实例分析发现,无量纲频率α0、桩土相对刚度比Ep/Es、桩顶约束条件是影响桩体横向位移变化规律的主要因素,随着无量纲频率、桩土相对刚度比的增大,桩土分离的现象逐渐变得显著,桩顶约束的出现也会引起相同的结果。     

任意形式荷载作用下饱和土中桩的扭转振动特性研究

基于Biot提出的饱水多孔介质的波动方程,研究了均质各向同性饱和土中弹性支承桩的耦合扭转振动问题。通过采用拉普拉斯变换及分离变量法求得土体扭转振动位移形式解。利用桩土系统衔接条件和边界条件,进而得到了桩顶转角响应的拉普拉斯变换域解。进一步采用拉普拉斯逆变换技术,得到了任意形式激振荷载作用下桩顶转角时域响应的数值解。最后,研究了骤加荷载和三角形荷载作用下主要参数对桩顶转角时域响应的影响。     

成层饱和土中桩纵向振动特性研究及应用

采用Winkler地基模拟土层间的相互作用,建立了三维轴对称条件下饱和成层土中弹性支承桩纵向振动的简化模型,通过势函数分解和分离变量方法得到饱和土层的振动形式解,进而利用桩土完全接触条件求解出任一桩段的耦合振动解,根据复阻抗传递原理得出桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解,在此基础上,分析了分层模型的合理性以及土层参数对桩顶动力响应的影响,最后结合工程实例对比了分层模型和单层模型,结果表明,采用分层模型可以取得更好的拟合效果。     

考虑桩周饱和土扰动效应的楔形桩水平振动阻抗

为了计算考虑桩周土扰动效应下的楔形桩水平振动阻抗,将薄层饱和土径向离散,利用Biot波动理论建立饱和土的复刚度传递多圈层水平振动平面应变模型,计算径向非均质的桩周土对桩身的水平动反力;将楔形桩轴向离散,基于Timoshenko梁理论建立考虑桩身剪切振动效应的横向振动微分方程,利用传递矩阵法推导桩顶水平振动阻抗的半解析解。对考虑饱和土扰动效应下楔形桩水平振动阻抗的影响因素进行了参数化分析,研究表明：在低频激振下增大楔形角能提高桩顶的水平阻抗,且随着振动频率的提高,增大楔形角会增强阻抗的频率依赖性;在低频激振下桩周土弱化会降低楔形桩的水平阻抗,且随着振动频率的提高,弱化效应会提高阻抗的共振幅值;对于如砂砾、粗砂、细砂等渗透系数较大的饱和土应考虑土体中流体惯性效应对楔形水平振动阻抗的影响;对于桩身长径比小且高频振动的楔形桩,有必要采用可以考虑桩身转动惯量及剪切效应的Timoshenko梁模型描述桩身水平振动。     

黏弹性土体中悬浮桩的纵向振动特性

将桩底下部土体视为虚拟土桩,桩周土体视为分数阶黏弹性介质,通过考虑桩土边界条件和连续条件,求解分数阶黏弹性土中悬浮桩的纵向振动响应。分析主要桩土力学参量对悬浮桩桩顶复刚度的影响。结果表明：分数导数的阶数对桩顶复刚度的实部和虚部有一定的影响,桩长越长土体对桩基的约束越大,本构模型参数越大,桩顶复刚度的实部越小,而模型参数对复刚度虚部的影响较为复杂。     

埋置块式基础地基阻抗函数的简化计算方法研究

目前关于地基阻抗的分析和计算方法都比较繁琐,不易为工程设计人员所掌握.基于此,提出了埋置基础地基阻抗函数的简化计算方法.首先,采用锥体模型分析均质半空间内埋置圆盘一维振动波的传播过程,得到了平动和转动时的地基阻抗.在此基础上,利用埋置圆盘组来模拟埋置基础,分析得到了埋置基础地基阻抗函数.最后,通过算例表明此方法计算效率高,误差小,适用于工程计算.     

横观各向同性黏弹性沥青路面动力响应解析解

提出了移动荷载作用下各向异性层状地基上柔性路面结构动力响应分析的半解析解法。基于土-结构相互作用理论,建立了柔性路面-层状地基的动力耦合模型。对近场道路结构建立波数域有限元模型,基于精细积分及谱元法原理建立远场地基的谱元模型,利用子结构法来确定近-远场耦合界面处的边界条件,进而实现近场和远场结构的耦合,利用快速Fourier变换获得柔性路面在时空域的动力响应解答。该文方法既可以考虑道路结构的几何特性,也可以计入地基层状分布及各向异性特性的影响。近场有限域模型尺寸不会受到地基层数及层厚的影响,数值求解稳定。通过与解析解的对比,验证了提出方法的有效性与合理性。数值算例对比分析了道路-地基耦合模型与以往整体层状道路模型所得动力响应的差异,并讨论了道路结构层弹性模量的影响规律。

     

黏弹性Pasternak地基梁振动的复模态分析

运用复模态分析研究了有限长黏弹性Pasternak地基梁的振动特性,将梁的振动方程写成状态方程,利用复模态的正交性解耦为常微分方程组,得出复频率和复模态及任意初始条件下外激励的响应。通过两个具体算例对比,分析了简支边界条件下的Pasternak地基梁的固有频率和模态函数的特征,并通过文中给出的复模态函数,计算了两种典型外激励作用下的动力响应。     

单桩竖向动力阻抗计算方法及其影响因素分析

运用土动力学和结构动力学原理，改进Winkler地基梁模型，考虑桩周土的弱化效应和桩-土界面的相对滑移效应，建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的计算力学模型，运用数理方程方法分别求解单桩与桩周近场土域及远场土域的振动方程，确定了单桩的竖向动力阻抗函数。针对数值算例进行计算，将得到的单桩竖向动力阻抗随激振频率的变化关系与现有的数值计算和分析结果进行对比，验证了建议计算方法的合理性；并通过变动参数计算，对影响桩基振动特性的各相关因素进行了比较分析。     

基于一、二阶嵌入灵敏度分析的车辆传动系统振动响应预测

由于汽车等行业新产品设计及零部件装配时,其原型样机在质量、阻尼、刚度等组件发生变化时常出现振动、噪声问题,需对修改后系统的振动进行预测。嵌入灵敏度函数在减小线性振动实现最优设计方面的作用已得到证实,在非线性系统中借助基于统计方法对响应特性进行评价并用于灵敏度中。采用两种灵敏度技术对车辆传动系统非线性模型振动响应的统计特性进行预测。结果表明,两种方法的预测精度在单自由度模型及车辆传动系统模型中获得验证。该方法为在系统设计参数局部摄动获得最优响应提供理论基础。     

土体液化大位移条件下群桩动力反应振动台模型试验

设计并开展了可液化场地群桩基础大型振动台模型试验,再现了倾斜场地土体液化、流滑以及桩基倾斜等宏观现象,分析了场地土体及桩基结构地震反应特征。结果表明:群桩存在时的液化倾斜场地流滑可区分为局部流滑和整体流滑两个阶段;倾斜场地土体中的振动孔隙水压力演变过程和空间分布受土体流滑影响,桩间土相对不易液化;斜坡倾角越大,土体侧向大位移可引起更大的桩侧动土压力反应和桩基承台偏移量。但是,该文试验结果表明,桩基结构的倾斜在一定程度上弱化了其内力反应;无论是倾斜场地还是水平场地,桩身弯矩最大值均出现在非液化土层与液化土层分界面附近。     

MIMO随机振动试验频响估计中激励和响应的同步方法

频响函数估计是多输入多输出随机振动试验控制算法中的必要环节。在振动环境试验中,通常不采集振动台的实际激励信号,而用实测的响应信号和计算机内存中的激励信号来进行系统频响函数估计。由于计算机内存中的激励信号与实际振动台上的激励信号之间在相位上存在着差异,从而导致实测的响应信号和计算机内存中的激励信号不同步。这给系统频响函数的估计带来了较大困难。为此,根据线性系统中激励和响应之间的关系,结合随机减量法,提出了一种二次相关法用于系统频响函数的估计。用该方法进行频响函数估计只需要采集响应信号。在三轴振动台上进行了对比试验,结果验证了本文所提出的二次相关法的正确性。     

瑞利波作用下径向非匀质地基中的单桩竖向响应研究

在单桩动力响应简化算法研究的基础上，提出了一个用于计算瑞利波激励下的单桩竖向动力响应的简化解析方法，得到了桩底固支时单桩竖向动力位移分布的闭合解。采用考虑桩周土的非匀质性的Novak薄层法计算地基土动力阻抗的方法，获得桩底固支时单桩竖向动力响应的计算公式。分析结果表明非匀质区刚度与匀质区刚度比、非匀质区大小对单桩竖向动力位移响应有一定影响。     

层间过渡约束阻尼结构动力响应的分布参数传递函数解

针对传统约束阻尼结构振动能耗散有限问题,引入“层间过渡层”设计的概念,提出一种层间过渡约束阻尼结构,采用分布参数传递函数法对该结构进行了动力响应分析。经推导,得到了阻尼结构的各阶损耗因子和频率的解析解,并进行了有限元仿真验证,二者计算结果吻合良好。以悬臂阻尼板为例,探讨了过渡层参数行为对其频响特性的影响,结果表明,在结构振动时,过渡层可将变形传递给阻尼层,起到放大阻尼层的剪切变形作用,从而耗散更多的振动能量;同时还讨论了过渡层的厚度、剪切模量、密度与泊松比对结构固有频率和损耗因子的影响,为进一步优化工作打下了良好基础。