成层广义Voigt地基中粘弹性桩纵向振动分析与应用

研究了考虑身材料阻尼、桩侧土采用广义Voigt模型条件下，成层土中不均匀桩（截面面积或材料性质在桩长方向上存在突变）的纵向振动特性，求得了瞬态半弦脉冲荷载作用下，桩顶频域响应的解析解及时域响应的半解析解，分析了桩身材料阻尼及不同土质的桩侧土层分界面对桩顶时、频响应曲线的影响，得到了许多新的结论，终将所得理论结果与实际工程桩及预制模型桩的实测曲线进行了拟合对比，结果表明，本文得到的理论成果相比于已有成果能更好地反映客观实际。     

锥形桩的纵向动力响应

主要研究了锥形桩这一典型变截面桩的桩顶纵向振动响应。桩身为均质线弹性有限长杆,桩顶受纵向冲击力作用。桩周土和桩底土用Kelvin？Voigt模型表示,假设桩周土剪切波速随深度线性变化。根据上述桩土模型,推导出简洁的波动方程。由Laplace变换得出了频域的解析解,然后采用快速傅里叶变换求解Laplace逆变换,得到了时域的半解析解。通过与差分法计算结果对比,表明本文求解方法的合理性。通过对计算结果的分析,了解了桩顶振动速度导纳曲线的变化特征,还说明了截面渐变程度对桩顶速度响应的影响,阐述了变截面效应。锥形桩的变截面效应表现为：桩身横截面的渐变会对频域响应的低频波部分产生影响;桩身横截面渐变时会引起桩身渐变的反射,而且截面渐扩（渐缩）程度越大,反射越明显。     

考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动特性

目的揭示竖向动力荷载下变阻抗桩与土相互作用时的振动特性.方法从三维轴对称模型出发建立了定解问题,利用拉氏变换手段和阻抗函数的传递性,推导求解了任意段变阻抗桩纵向振动时桩顶频域响应理论解,并进行了参数影响分析.结果分析表明存在临界桩长,此桩长以内缩颈桩动刚度及阻尼相比正常桩较小,扩颈桩则较大,变截面桩动刚度及阻尼在频域有大峰夹小峰现象.桩缺陷段长度、大小对桩顶影响与位置密切相关,变模量桩有类似规律,但与正常桩相比,桩底反射时间不同.结论笔者提出的考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动理论解,与桩土众多常规参数建立了明确关系,相比W inkler和平面应变解可以考虑桩土三维波动效应,具有更高的精度和适用性,为桩基抗震、防震分析与设计提供了参考依据.     

嵌岩桩沉渣特性对桩顶动力响应的影响

基于虚土桩模型,运用Laplace积分变换和阻抗函数递推方法研究了纵向任意激振力作用下沉渣特性对成层土中嵌岩桩桩顶动力响应的影响.将桩端沉渣模拟为虚土桩,对桩侧土采用平面应变模型,并考虑其成层特性,结合初始条件和桩顶及沉渣底部的边界条件,求得在桩顶任意激振力作用下,考虑沉渣影响的桩顶频域响应解析解及时域响应半解析解.基于理论解,分析了沉渣特性对桩顶动力响应的影响,并将理论计算结果与工程桩低应变反射波法实测曲线进行了拟合对比,结果表明,基于虚土桩模型的理论解能较好地反演出沉渣特性对桩顶动力响应的影响.     

锤击桩纵向振动半解析解

建立了成层土中桩的受力模型,利用桩与土的相互作用,在Laplace变换和矩阵理论的基础上推导了桩顶在任意荷载作用下,桩的纵向振动半解析解.在把外部载荷简化为半正弦波载荷的情况下,利用该方法计算了桩中不同点处的位移响应,并将计算结果与实测结果进行了比较,从而证明了该方法的可行性.     

钻柱纵向自由振动研究

提出了钻柱纵向自由振动的离散力学模型，根据Lagrange方程建立了相应的数学模型和特征值的计算式，并用实际算例进行了计算，计算结果表明，按离散模型确定的固有振动经按连续等直杆模型确定的固有振动圆频率略小，考虑到实际钻柱系统的非等直性，可以认为离散模型的精度将高于连续等直杆模型的精度。     

单桩系统的振动特性分析

运用强德拉塞卡朗和文克尔弹簧地基理论及汤普森(Thompson)和普拉卡什(Prakash)的假说,分别建立了两种单桩系统弯曲振动特性的数学模型.结合模型实验研究,对均匀与非均匀两种砂土情况和桩底部的固定与“自由”两种结构情况,进行了动态特性计算,并对Thompson和Prakash假说下的弹簧刚度系数中n的取值进行了讨论.所得结果可供动态特性分析计算或设计的参考.     

圆形承台群桩基础桩顶竖向力分配规律

新颁布的《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》(简称《规范》)中承台底基桩竖向反力计算公式假定承台理想刚性,未考虑桩间距与承台厚度之比λ对承台受力性能的影响.考虑承台实际刚度,用AN SY S建立实体模型对圆形承台群桩基础进行有限元分析,揭示桩顶竖向力和总竖向荷载的比值与λ呈单增的抛物线关系.同时,通过分析数据的回归分析对《规范》中承台底基桩竖向反力计算公式提出了修正建议.     

静钻根植竹节桩纵向振动特性及应用研究

针对"静钻根植竹节桩"这一新桩型的特点,建立考虑桩周土径向和竖向非均质的桩体纵向振动定解问题.采用阻抗函数递推方法,结合拉氏变换对定解问题进行求解,得到桩顶阻抗函数.利用卷积定理和傅里叶逆变换,求得任意激振力作用下桩顶速度响应的半解析解.通过比较低频范围内桩顶复刚度响应曲线和时域内桩顶速度响应曲线,分析竹节长度和竹节半径、桩周扩底高度和扩底半径、浆液配比及桩周水泥土硬化的时效性和搅拌均匀性等因素对桩顶动力响应的影响,揭示这一新桩型的动力特性.将理论计算曲线与现场实测曲线进行拟合对比.结果表明:理论计算曲线与现场实测曲线较为吻合,采用所建立的模型能够较好地反映静钻根植竹节桩的实际动力特性.     

桥梁承台钢板桩围堰设计验算

结合实际工程,为验证桥梁承台钢板桩围堰的安全性,对钢板桩围护结构设计进行了受力分析和荷载计算;通过Midas/Civil建模,计算分析了钢板桩所受合力、应力及变形,并对基坑底部抗隆起稳定性进行了验算.     

Vertical dynamic response characteristics of single pile in non-homogeneous soil layers

A computational method and a mechanical model for evaluating the vertical dynamic harmonic response characteristics of a single pile embedded in non-homogeneous soil layers and subjected to harmonic loadings were established based on a certain assumption and the improved dynamic model of beam-on-Winkler foundation by using the principle of soil dynamics and structure dynamics. Both non-homogeneity of soil strata and softening effect of soil layer around the pile during vibration were simultaneously taken into account in the proposed computational model. It is shown through the comparative study on a numerical example that the numerical results of dynamic response of the single pile computed by the proposed method are relatively rational and can well agree with the numerical results computed from the well-known software of finite element method. Finally the parametric studies were conducted for a varied range of main parameters to discuss the effects of relevant factors on dynamic responses of the single pile embedded in non-homogeneous layered soils excited by harmonic loading with different frequencies.     

桩体刺入全过程褥垫层的工作特性

褥垫层是复合地基的核心构成,能协调桩、土之间的差异变形。在桩体刺入褥垫层的过程中,褥垫层的工作特性在发生变化,这方面研究还较少见。通过室内模型试验,观测桩体刺入褥垫层不同深度的桩顶压力、桩顶位移量、褥垫层的变形等试验结果,来研究褥垫层的全过程工作特性,并分析桩间土压力、桩径等对褥垫层的影响。结果表明：在桩体刺入过程中,褥垫层存在压密变形、剪切变形、压碎变形3个阶段;桩间土压力对褥垫层的整个变形过程均有影响,在其他条件相同时,褥垫层抵抗的桩顶压力、褥垫层的承载厚度均随着桩间土压力的增大而增大;桩径对褥垫层的影响主要在压碎变形阶段,褥垫层的承载厚度随桩径的增大而增大,且基本呈线性增长。     

饱和黏弹性半空间中摩擦桩的竖向振动

为深入了解饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向振动特性,基于Boer多孔介质理论,考虑激振频率对摩擦桩桩底土体动刚度的影响,采用平面应变模型并结合桩土接触面的混合边值条件,推导求解得出了饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解并验证了其合理性。进一步通过参数化对比分析探讨了桩基埋深比和土体渗透系数对所得竖向动力阻抗和桩顶速度时域响应的影响规律。解析推导得出的对应竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解,丰富了桩基动力学的理论,可为相关工程实践提供参考和理论支持。     

承台对单桩水平承载力影响的数值模拟分析

桩的水平承载力问题研究中通常忽略承台作用,传统理论分析方法难以考虑承台对单桩水平承载力的贡献,给分析结果造成较大的误差.而现场静载荷试验需要花费大量的时间和经费,已有试验资料较少,承台和桩一起试验的资料更少,难以分析承台对单桩水平承载力的影响程度.笔者采用ABAQUS大型有限元软件,对粘性土中水平受荷桩进行模拟,分析了承台面积大小、承台埋深以及垂直荷载对弹性长桩水平承载力的影响情况,得出了一些有价值的结果和结论.     

非均质土中基于虚土桩法的桩基纵向振动

在考虑桩底有限土层影响的情况下,研究非均质土中桩在纵向振动荷载作用下的动力特性.在将桩截面积范围内有限层桩底土模拟为虚土桩的基础上,建立虚土桩 土、桩 土耦合振动模型,采用复刚度传递多圈层平面应变模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程,利用桩 土、虚土桩 土以及虚土桩 桩的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解.通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩动力响应的影响,得到一系列桩顶速度导纳曲线、时域反射波曲线以及复刚度曲线表现规律图.     

Vertical vibration of a large diameter pipe pile considering transverse inertia effect of pile

Considering the transverse inertia effect of pile, the vertical dynamic response of a large diameter pipe pile in viscoelastic soil layer is studied. The wave propagations in the outer and inner soil are simulated by three-dimensional elastodynamic theory and those in the pile are simulated by Rayleigh-Love rod theory. The vertical and radial displacements of the outer and inner soil are obtained by utilizing Laplace transform technique and differentiation on the governing equations of soils. Then, based on the continuous conditions between the pile and soils, the displacements of the pile are derived. The frequency domain velocity admittance and time domain velocity response of the pile top are also presented. The solution is compared to a classical rod model solution to verify the validity. The influences of the radii and Poisson ratio of pile on the transverse inertia effect of pile are analyzed. The parametric study shows that Poisson ratio and outer radius of pile have significant influence on the transverse inertia effect of large diameter pipe piles, while the inner radius has little effect.     

常扰力下单桩竖向振动非线性分析

将常扰力信息处理上的单桩视为非线性单自由度体系，采用等效线性化方法，列出非线性振动微分方程。利用动力反应曲线的几何性质反演计算各振动参数，并由模型桩动力试验实测结果加以验证。     

褥垫层厚度对带帽刚性桩性状的研究

对三个不同地点的带帽刚性桩复合地基工程进行试验监测,根据试验监测数据结果进行分析,可见褥垫层不同厚度对带帽刚性桩承载力和沉降变形的影响：设计褥垫层在某一合适的厚度,能有效降低桩身承载力,提高桩间土的承载力,使桩和桩间土合理共同承担荷载,降低复合地基沉降变形,减少地基对基础的应力集中,对工程实际有一定的指导意义.在试验分...     

黏弹性地基中楔形桩水平振动特性研究

为完善楔形桩的水平振动理论以便更好地使用,基于Timoshenko梁模型,研究黏弹性地基中水平简谐激振力作用下的楔形桩水平振动问题。首先,分别采用Winkler地基模型和Timoshenko梁模型模拟黏弹性地基和楔形桩,建立楔形桩-土系统横向耦合振动模型。进一步采用分离变量法和传递矩阵法推导得到楔形桩桩身水平位移、弯矩和剪力的解析表达式,并基于所得解详细讨论桩土设计参数对楔形桩空间响应和时间响应的影响。最后,将本文解与Euler梁模型的解进行比较,分析两种模型解的差异。结果表明:桩顶部的动力响应受楔角改变的影响很小;整个桩体的动力响应基本随桩土刚度比的增大而明显增大;随着无量纲频率的增大,桩身水平位移逐渐减小;虽然Timoshenko梁模型与Euler梁模型在小长径比下存在一定差异,楔角对两种模型造成的影响基本相同。     

双向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动特性

管桩施工会使土体产生扰动,从而引起桩周土体沿桩基径向的不均匀性,为同时考虑桩周土体此种径向非均质效应和纵向成层特性对管桩纵向振动动力阻抗的影响规律,提出基于土体黏性阻尼的多圈层平面应变模型,建立双向非均质土中管桩纵向振动简化分析模型,利用拉普拉斯变换和阻抗函数的传递性,推导得出管桩桩顶动力阻抗解析解答,计算结果表明,纵向软硬夹层对一定低频区间内动力阻抗曲线振幅水平影响显著,夹层越软（硬）,共振频率处对应的动力阻抗曲线振幅水平越高（低）.施工扰动引起桩周土径向非均匀性对管桩桩顶复刚度曲线影响显著,在对管桩进行纵向振动特性分析时宜采用双向非均质黏性阻尼土-管桩相互作用模型推导所得解析解答更为合理.