考虑径向波动效应的黏弹性支承桩纵向振动阻抗研究

基于桩体三维轴对称模型考虑其径向波动效应,将桩及桩周土分别视为弹性和黏弹性连续介质,建立了三维轴对称桩-土耦合系统纵向振动分析模型。具体采用分离变量法分别求得桩身及桩周土位移基本解,进而利用桩土完全耦合条件推导得出频域内桩顶动力阻抗解析解答,并将所得解析解与已有解答进行比较验证其合理性。在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了桩底支撑刚度系数、桩身径向波动效应及桩长对桩顶动力阻抗的影响规律。结果表明:当桩身长径比较小时,采用Rayleigh-Love杆模型近似考虑桩身三维波动效应误差较大,此时采用三维轴对称桩体模型和所得相关解析解答更能合理考虑桩身径向波动效应的影响。     

饱和土中管桩的扭转振动特性研究

基于Biot提出的饱和多孔介质的波动方程,研究了均质各向同性饱和土中端承管桩的扭转振动问题。首先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体扭转振动位移形式解,然后对管桩的动力平衡方程进行求解,得到了管桩桩顶转角解析解,进一步通过数值算例分析了桩周土与桩芯土的物理力学参数对管桩桩顶复刚度和桩身转角的影响。数值分析结果表明,在动力基础设计所关注的低频段,桩周土与桩芯土的剪切模量比、壁厚以及桩的长径比对管桩的动力响应有较大的影响,而液固耦合系数的影响很小。     

基于严格平面应变模型的土中群桩水平振动研究

假设桩周土符合Novak严格平面应变模型,在波的传播理论的基础上,通过引入势函数的方法,对土层水平振动问题进行了求解,得到了土层波动水平位移的衰减函数以及土层水平动刚度和动阻尼。在此基础上,利用初始参数法研究了桩-土-桩水平动力相互作用和群桩水平振动,并与Gazetas和Dobry近似平面应变模型进行了对比。研究表明:桩距和荷载作用角对两种模型得到的水平动力相互作用因子影响较大,桩间距对水平动力相互作用因子和群桩水平动力阻抗有较大影响。     

径向软化成层土中单桩风机水平振动特性研究

基于多圈层平面应变土体水平振动模型,得到桩周土体径向软化水平动刚度的解析解。在此基础上,建立径向非均质成层土中桩基水平振动模型,利用传递矩阵法得到桩顶动刚度阵,采用等效固定梁模型将桩土系统耦合到风机仿真软件FAST 8中,对桩周土径向软化对风、波浪荷载作用下单桩风机水平动力响应的影响进行研究。结果表明:桩周土软化对桩顶动刚度影响显著,当土体模量衰减系数为0.25时,与均质土相比桩顶水平刚度降低28.66%;随桩周土模量衰减系数的减小,与均质土相比风机系统的1阶和2阶自振频率分别降低13.08%和16.67%;风机塔顶位移、转角的时程和谱响应表明桩周土土体模量衰减系数为0.25时,塔顶位移和转角的方差与均质土分别相差2.68%和1.37%,位移和转角响应谱峰值约为均质土的2.77倍和2.69倍。     

海上钻井隔水导管打桩顺序优化研究

海上钻井隔水导管打桩作业时由于井槽间距小、导管外径大，存在群桩效应的影响。通过对群桩效应理论和隔水导管沉桩挤土效应分析，对海上钻井隔水导管桩周土的位移和分区进行了研究，并对隔水导管打桩顺序进行了优化。海上钻井隔水导管打桩顺序优化研究成果在海上钻井实际作业中取得了良好的应用效果     

船闸基坑边坡中桥梁基桩力学特性研究

为研究船闸软土基坑边坡中桥梁双桩基础的桩土相互作用复杂力学行为,计及渗流作用、滑坡推力、桩侧摩阻力、轴力效应及桩间土等因数影响,采用“m”法模拟桩土相互作用,根据力和力矩平衡条件建立桩基础控制微分方程,建立微分方程的二阶精度差分方程组,数值模拟基桩位移及内力。理论桩顶位移与现场监测桩顶位移吻合较好,验证了该文中理论分析方法的有效性,该理论分析方法可做实际工程设计与研究参考方法。     

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。     

考虑实际分布形式的水平受荷桩桩周土抗力分析方法

p-y曲线法被广泛应用于水平受荷桩荷载位移响应的分析中,但该方法无法准确地反映出桩周土抗力的实际分布形式。鉴于此,该文考虑了桩-土实际相互作用,假定随着径向位移的增加,桩的被动侧径向土压力呈双曲线形式增大,主动侧径向土压力呈线性减小,从而建立了桩周径向土压力与径向位移的关系;在此基础上,对摩阻力的初始刚度进行修正,引入双曲线荷载传递模型求解了桩周环向摩阻力;最后提出了考虑实际分布形式的桩周土抗力分析方法,并通过2个算例验证了正确性。通过参数分析表明:径向土压力和环向摩阻力对土抗力的贡献程度与水平位移有关;极限状态下,传统的桩侧环向摩阻力水平分量不均匀分布的形状系数偏大,该文给出了建议的取值;对径向土压力水平分量和环向摩阻力水平分量进行归一化分析,得到了拟合曲线公式,可为后续分析提供参考。     

考虑反射波震荡的饱和土中大直径现浇混凝土管桩低应变测试解析解

相比传统实心桩，大直径现浇混凝土管桩在相同混凝土消耗的前提下拥有更高的承载能力和动力学刚度，但其低应变检测理论仍然滞后于工程应用。具体而言，饱和土体中的土塞效应和由于横向惯性效应导致的反射波震荡这两者对检测结果的影响仍然不清晰，亟需建立严格的桩周土-管桩-土塞模型来弥补这一空白。因此，采用Biot多孔介质连续方程模拟饱和土中水土两相介质间的相互作用，从能量法的角度考虑桩体的横向变形，修正了适用于管桩基础的Rayleigh-Love杆件模型，并将两者通过桩土界面关系进行耦合求解。通过傅里叶变换、势函数解耦偏微分方程以及分离变量法等数学手段求解了桩周土与桩芯土的径向和纵向位移函数，而后采用傅里叶逆变换得到半正弦脉冲下桩顶纵向振动速度时域响应解析解，并通过与前人的解进行对比，验证了该解的正确性。结果表明：管桩泊松比越高，桩底反射信号幅值越小，反射波震荡效应越明显；管桩壁厚越大，桩底反射信号幅值越大；桩芯土模量越小，反射波的震荡效应越明显。     

分析层状土介质中群桩对任意入射地震波响应的半解析法

本文舍弃桩基动力分析中的土介质平面应变假定，采用薄层内位移线性变化条件下的动力Ｇｒｅｅｎ函数形成桩－土－桩动力相互作用所需的土介质柔度矩阵，用梁单元模拟桩的运动，以地震波入射为初始运动输入，建立了适用于群桩基础对任意入射地震波响应的半解析分析模型，研究了层状土介质中群桩对不同角度入射ＳＨ、ＳＶ和Ｐ波的动力响应。结果表明，本文提供的方法不仅可以避免平面应变解的低频误差，具有较高精度，而且计算工作量较少。     

大型风机柔性叶片摆振运动冲击对层间断裂韧性的影响

冲击对材料表面的层间断裂产生重要影响,但对层间断裂韧性影响的趋势尚不明确。尤其是风机叶片在摆振运动时,叶片所受冲击对叶片表面层间断裂的影响及趋势未见公开研究。本文首先对风机叶片摆振运动冲击载荷的动力学响应进行研究,确定振型-位移-速度的对应关系,然后对叶片摆振运动过程中的应力-应变-速度进行有限元数值分析,再依据连续介质力学原理建立摆振冲击载荷控制方程,明确摆振运动冲击导致裂缝的应变能释放率（G）和应力强度因子（K）的关系。最后通过对摆振和冲击实验中断裂参数（振型、位移、速度、载荷、起裂方式以及裂纹长度）的测量,验证了本文中摆振运动冲击对Ⅱ型裂缝层间断裂韧性的影响的研究结果,探讨了摆振运动冲击载荷对叶片表面层间断裂韧性影响的趋势。     

群桩沉降计算的荷载传递法

群桩基础的沉降计算是桩基工程设计不可忽视的关键问题之一。通过对群桩基础沉降性状的分析,以荷载传递法为基础,导得了各基桩桩侧摩阻力在桩周土中产生的位移场,进而在考虑各桩的存在引起位移的折减后将其迭加,导得了计入桩与桩之间相互作用的桩侧单位厚度土的等效刚度系数;并通过对Boussinesq解进行桩的入土深度修正,从而导得桩端土的等效刚度系数,并在此基础上建立一种基于荷载传递法的群桩沉降计算方法。通过与已有模型桩基试验比较,理论计算与实测沉降吻合较好。     

饱和土中桩-桩竖向动力相互作用及群桩竖向振动

由于饱和土中孔隙水的流动特性以及桩基与土体的不同渗透率,饱和土与单相土中桩基的力学行为,尤其是动力学行为存在很大差异。运用Novak薄层法和引入势函数的方法,得到了饱和土层的竖向动力阻抗和自由场竖向位移衰减函数,在此基础上研究了饱和土中桩-桩的竖向动力相互作用及群桩的竖向动力阻抗问题。分析讨论了桩土力学参数对饱和土中群桩竖向动力阻抗的影响。研究表明:桩间距、液固耦合系数、桩土模量比等参数对桩-桩竖向相互作用和群桩竖向动力阻抗有影响,研究成果对于桩基动力检测和抗震设计具有较大的实际应用价值。     

输电塔—导线耦联体系桩土动力相互作用地震反应分析

本文提出了纵向地震作用下高压输电塔－导线耦联体系土体－桩－结构相互作用分析的力学模，推导了运动方程，编制了计算程序，并对某一具体的输电塔进行计算，按考虑与不考虑相互作用的两种情况进行对比分析。     

基于幂级数解的非均质地基群桩沉降混合解法

以剪切刚度系数随深度呈指数非线性变化考虑地层非均质性,引入剪切位移法导得了群桩中各基桩桩侧摩阻力在桩周土中产生的位移场,并考虑各桩体存在引起的位移折减,建立了桩-桩相互作用模型.在此基础上,建立了各基桩的荷载传递微分方程,并采用幂级数法对方程求解,从而提出了一种非均质地基群桩沉降的混合解法.该方法可较好地模拟桩周土层的非均质性及各桩间遮帘效应,且编程求解过程简单、便于应用.最后,通过与已有文献算例结果的对比,验证了该文方法的合理性.     

基桩后屈曲的摄动分析方法

基桩自由长度较大或桩周土较软弱时,易发生屈曲破坏,故研究基桩发生屈曲时的力学性状具有重要意义。首先基于两端铰支桩,用能量法建立出大挠度微分方程,然后选取符合边界条件的基桩位移挠曲函数,采用二次摄动技术将非线性大挠度微分方程化为一系列摄动方程求解,在求得大挠度渐近解的基础上,通过摄动参数转换,得到以桩身挠度为摄动参数的后屈曲平衡路径高阶渐近解。最后,利用本文解答分析了基桩埋置率、地基土弹簧刚度与桩身抗弯刚度等因素对基桩荷载达临界值后力学性状的影响,结果表明,随埋置率和土桩刚度比的增大,基桩后屈曲平衡路径趋于不稳定。     

基础隔震结构的运动方程与阻尼矩阵在动力响应分析中的适用性研究

结构阻尼模型和运动方程是影响结构抗震动力分析精度的关键因素。由于基础隔震结构地震响应具有显著的特殊性,因此普通非隔震结构地震响应算法未必适用。基于这一认识,重点研究基础隔震结构动力分析方法中采用的各种模型,考虑基于不同地震动输入的结构阻尼模型和运动方程。研究发现,采用现有常规方法构造隔震结构阻尼模型时,上部结构会随着隔震支座发生刚体位移时产生阻尼力,这将可能导致计算精度的显著降低。针对这一问题,提出了确定基础隔震结构阻尼矩阵的一般方法,给出了基于上部结构阻尼矩阵和隔震层阻尼常数的通用表达式。采用隔震结构剪切型模型,给出了结构矩阵的解析表达式,并以此为基础进行了算例验证。研究结果表明,目前常用的隔震结构阻尼模型可能会高估结构的阻尼作用,从而低估结构响应;采用位移输入模型会高估隔震层相对位移、低估上部结构响应,当隔震层等效阻尼比达到0.3时,相对偏差可达到34.6%和-31.1%,而采用位移-速度输入模型可得到与加速度输入模型一致的分析结果,故应采用位移-速度输入模型代替传统的位移输入模型。     

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。     

分数导数微分算子描述的粘弹性土层中群桩的水平振动研究

将桩周土体视为粘弹性介质,利用分数导数粘弹性模型描述土体的力学特性,在Novak 平面应变假定的基础上,借助于势函数并考虑土体边界条件求得了分数导数微分算子描述的粘弹性土层水平位移的衰减函数以及分数导数粘弹性土层的刚度和阻尼系数。利用Winkler 动力弹簧-阻尼器模型模拟桩-土之间的动力相互作用,并在此基础上利用初始参数法求解了分数导数粘弹性土层中桩-桩水平动力相互作用和群桩的水平振动问题。以数值算例的形式讨论了分数导数微分算子的阶数和土体的模型参数对分数导数微分算子描述的粘弹性土层水平位移的衰减函数和群桩的水平动力阻抗的影响。研究表明:分数导数微分算子的阶数对土层水平位移的衰减函数的影响与桩间距和荷载方向角有关;分数导数粘弹性土中群桩的动力阻抗可以退化到经典粘弹性和弹性情况;分数导数微分算子的阶数和土体模型参数对群桩水平动力阻抗有较大影响。