与黏弹性地基相互作用的单桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,利用MATLAB语言编程,借助求根法对二维复数超越方程进行迭代求解,通过数值算例,对比分析黏弹性地基中桩的外露长度、埋置深度、桩端约束情况对自振频率、衰减系数和模态的影响。结果表明:随着外露长度越长,埋置结构的各阶自振频率和衰减系数越小;随着埋置深度越深,埋置结构的各阶自振频率越小,衰减系数越大;埋置部分的横向位移明显小于外露部分的横向位移;桩顶固定边界下单桩的各阶自振频率最大,桩顶自由边界下单桩的各阶衰减系数最小;桩顶自由工况下单桩各阶振型峰值相对其在桩顶铰接和桩顶固定工况下的振型峰值较小。     

土体阻尼对全(部分)埋入单桩基础自振特性的影响研究

自振频率和振型是反映结构动力特性的重要物理量,对结构设计和动力分析具有重要作用。基于回传射线矩阵法(MRRM),首先推导出全埋入单桩基础在桩顶自由、桩底分别为自由和固定条件下发生轴向自由振动时波数、振型和自振频率的解析解;而后研究部分埋入单桩基础横向和轴向自由振动时的自振特性,探讨了4种工况,工况1～3同时考虑土体弹簧和土体阻尼作用,工况4仅考虑土体阻尼作用,分析了土体阻尼对部分埋入单桩基础自振频率和振型、衰减系数的影响规律。结果表明:土体阻尼对低阶自振频率和振型的影响较大,在结构的低频振动分析中不可忽略。     

基于回传射线矩阵法成层土中部分埋入黏弹性桩的波动响应研究

基于回传射线矩阵法获得桩顶作用半个正弦波脉冲时成层土中部分埋入黏弹性桩桩顶处速度导纳,利用Fourier逆变换与卷积定理获得瞬态半正弦激振力作用下桩顶处时域速度响应。比较均匀地基部分埋入桩受桩身材料阻尼与桩侧土体阻尼作用的桩顶速度响应,分析软(硬)夹层厚度、夹层土土性参数、桩底土土性参数变化对桩顶速度导纳及反射波影响。结果表明,桩身材料阻尼对桩顶速度导纳及反射信号均有衰减作用,且会使桩底反射波发生弥散现象;桩侧、桩底土体刚度变化会使速度导纳低频段曲线产生偏移量;桩侧、桩底土体阻尼变化对桩顶速度导纳及反射波较二者刚度变化影响更大。     

低应变动测曲线反演桩-土相互作用参数的试验研究

选用黄河砂、黄土作为桩侧土进行桩-土相互作用的室内试验研究,利用WaveRunner 44Xi示波器接收桩顶加速度数字信号,用回传射线矩阵法反演不同密实状态下桩侧土的阻尼系数和刚度系数。试验结果表明:土越密实,桩侧阻尼系数和刚度系数都会增大,密实度相对较小时,阻尼系数增大较快,密实度相对较大时,两者增大量相当。     

经典边界条件黏弹性Pasternak地基上Bernoulli-Euler梁横向自振特性分析

自振特性在结构的动力分析中具有重要的意义。将回传射线矩阵法(MRRM)推广到地基梁自振特性的研究中,通过节点力平衡和位移协调方程及对偶局部坐标系下单元相位关系,建立两端简支、两端自由、两端固支、简支-自由、简支-固支及固支-自由这六种边界条件下黏弹性Pasternak地基上的Bernoulli-Euler梁的回传射线矩阵,进而得到其频率方程。根据单一局部坐标系下的边界条件,推导出模态函数解析表达式,进一步根据正交归一化条件求解模态函数表达式中的未知参数。通过具体算例验证了回传射线矩阵法求解的正确性,并对不同边界条件下的自振频率、衰减系数及模态函数进行了分析。为黏弹性地基梁的振动特性研究提供理论基础。     

黏弹性Pasternak地基上两端简支的Timoshenko梁横向自由振动特性解析解

地基梁的振动特性在工程领域及科学界备受关注。将黏弹性Pasternak地基与Timoshenko梁进行组合,对地基梁横向自由振动特性进行研究。首先,基于回传射线矩阵法,推导出复系数一元四次的频率方程,并对其进行求解得到Pasternak地基上两端简支的Timoshenko梁的自振频率及衰减系数的解析解;然后,根据单一局部坐标系下的边界条件推导了模态函数解析表达式,进一步根据正交归一化条件对未知参数进行求解。最后,通过具体算例验证了基于回传射线矩阵法所得的黏弹性Pasternak地基上Timoshenko梁横向自由振动特性解析解的正确性。     

三参数Pasternak黏弹性地基中锥形桩的横向自由振动特性研究EI北大核心CSCD

研究了初始轴向压力作用下三参数Pasternak黏弹性地基中圆截面锥形桩的横向自由振动特性。将桩体简化为竖向线弹性Timoshenko锥形梁-柱,考虑桩-土界面摩擦力及桩周土地基参数沿桩身纵向变化,建立锥形桩-土体系动力学模型的控制方程;通过分离变量、无量纲化与微分求积法的数值模拟,将该方程的求解转化为变系数的一般线性代数方程组的一次特征值问题,进而采用QR法求解获得各阶特征值及其特征向量。探讨了相应边界条件下桩身锥角、桩顶轴向荷载、桩长径比、桩侧摩阻力与桩周土地基参数及其沿桩身线性变化情况等对桩横向自由振动基频及其衰减系数的影响。结果表明:锥形桩的固有频率及其衰减系数随锥角的增加而降低,且锥角越大,临界阻尼越小,锥角与地基阻尼有明显的耦合效应;桩侧摩阻力与桩周土地基参数沿桩身纵向的不均匀分布对其基频的影响不可忽略。     

基于矩阵位移法的桩锚结构分析方法

采用将桩锚结构视为荷载作用-侧向弹簧支承的连续梁模型,支护桩为直立的弹性地基梁,主动土体转换为土压力,锚杆简化成为可逐步施加的弹簧支承,而被动土体则用侧向支承的土体弹簧替代.土体弹簧的刚度K是通过半无限大弹性空间内部水平荷载作用下的Mindlin 解来确定,这种方法降低了因深度加深而带来弹簧刚度的增长率,更加符合实际情况.针对这种弹性地基梁模型,提出了以矩阵分析为手段的计算方法,该法优点在于将桩锚视为桩-锚-土三者协同作用的支护结构,同时在计算过程中充分考虑了基坑分步开挖的施工过程对支护桩、锚杆以及被动土体的变形影响.通过实例分析表明:矩阵位移法为桩锚结构设计提供了一种合理、有效的计算方法.     

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。     

均质土中部分埋入变模量桩的波动响应研究

基于回传射线矩阵法,求得单位脉冲作用下均质土中部分埋入任意段变模量桩的桩顶速度导纳,利用Fourier逆变换和卷积定理得到瞬态半正弦激振力作用下的桩顶时域速度响应。比较部分埋入变模量桩与部分埋入完整桩的桩顶速度导纳和反射波,分析缺陷长度和埋深、缺陷程度和脉冲持续时间对部分埋入变模量桩桩顶速度导纳和反射波的影响。结果表明:部分埋入变模量桩的反射波有延迟现象,缺陷长度和程度影响速度导纳曲线中波峰波谷对应的频率值,缺陷埋深对其没有影响。     

桩顶柔性约束下非均质饱和土中管桩扭转振动研究

基于Biot波动方程及Novak薄层法理论,采用非线性弹簧模型近似代替上部结构对管桩的柔性约束,并考虑土体剪切模量沿深度的非均质变化,在求得桩周土和桩芯土扭转动力阻抗的基础上,将管桩扭转振动方程离散成差分格式,最终获得了桩顶柔性约束下非均质饱和土中端承管桩扭转振动的频域响应。研究表明:随着柔性约束参数n、M_u的增大,桩顶实刚度在两个参数高、低区段内数值不变,中间随n、M_u逐渐增大,而T_0的影响则与之相反;动阻尼随n、M_u、T_0的变化呈现出近似的正态曲线分布模式;增大土层非均质系数a,将使桩顶实刚度逐渐增大,动阻尼迅速减小,且最终保持不变。     

基础刚度对高层建筑抗震性能影响研究

该文建立了可以同时考虑基础刚度与地下室周边土体约束影响的结构分析模型,给出了确定单桩竖向刚度的原则与计算周边土体弹簧刚度的方法。通过对21层、32层和43层剪力墙结构在7条地震波作用下的时程分析,考察基础刚度和地下室周边土体弹簧刚度对结构抗震性能的影响。计算结果表明,考虑基础刚度后,结构自振周期加长,层间位移角增大,楼层水平剪力与倾覆力矩略有减小,地下室外墙土体反力显著增大,桩顶反力变化幅度减小。对于矩形平面的建筑,考虑基础刚度对短边方向的影响远大于对长边方向的影响。随着建筑高度与高宽比增加,考虑基础刚度引起的各种结构效应随之增大。由于高层建筑的高宽比大,侧向刚度起控制作用,基础刚度对结构抗震性能的影响值得高度关注。     

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。     

竖向谐振荷载下摩擦桩的横向振动性能研究

根据弹性稳定理论研究了摩擦桩在竖向谐振荷载下的横向振动问题，在基桩小变形下导出了基桩产生参数共振频率和振幅近似计算式，讨论了桩侧土抗力、外激振频率、桩的截面几何特征、桩土阻尼等因素对基桩动力能的彤响。研究表明，基桩的动力不稳定定区域有多个，桩侧摩擦力、桩长和桩直径、桩土阻尼对桩的横向振动性能影响较大。并给出了摩擦桩的相关计算参数，提出了在实际工程中如何减小或避免基桩共振的相关措施。     

嵌岩特性对嵌岩桩桩顶纵向振动阻抗的影响研究

基于平面应变模型和Rayleigh-Love杆模型,建立了成层地基中嵌岩桩纵向振动的计算模型和控制方程,结合边界条件和初始条件,采用Laplace变换技术和阻抗函数递推技术求得了任意荷载作用下嵌岩桩桩顶纵向振动复阻抗的频域解析解,并在桩基础动力设计关注的低频范围内详细讨论了嵌岩特性对嵌岩桩桩顶纵向振动阻抗的影响。结果表明：对于同一上覆土层,动刚度随着嵌岩深度的增大而减小,而动阻尼则逐渐增大;对于嵌岩桩段半径等于桩半径的嵌岩桩,动刚度和动阻尼均随着桩身截面半径的增大而增大,对于嵌岩桩段半径小于桩半径的嵌岩桩,随着嵌岩桩段半径的减小,动刚度逐渐减小,动阻尼逐渐增大;随着岩层特性变好,动刚度逐渐增大,动阻尼逐渐减小。     

非完全粘结下饱和土中桩扭转振动的解析解

采用解析方法研究了桩土界面非完全粘结条件下饱和土中端承桩的扭转振动问题。利用Kelvin模型模拟饱和土层和端承桩接触面的相对滑移,与以往桩土界面连续性模型进行了对比。根据Biot波动原理,采用Novak薄层法推导了饱和土层对扭转振动桩的动力阻抗。将端承桩等效为Euler-Bernoulli杆模型,给出了桩顶动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应。通过算例分析了相对滑移和连续性两种模型条件下桩顶刚度因子和等效阻尼的差异。结果表明:当外荷载激励频率较大时,完全粘结条件下桩顶动刚度和动阻尼的振幅小于滑移条件下桩顶动刚度和动阻尼的振幅。因此,采用非完全粘结条件模拟桩土接触面更为合理。     

位置条件对爆破震动信号分析中小波包时频特征的影响

爆心至测点的位置条件是影响爆破震动时频分布的主要因素之一。在考虑到段药量变化的情况下,位置条件由比例距离和高差系数来进行量化。运用小波包分析方法对监测获得的爆破震动信号进行时频特征分析,探讨时频分布与比例距离及高差系数之间的关系。试验研究发现,位置条件对震动波形小波包细节信号时频特征的影响主要体现在峰值质点振速、优势频率大小及波形衰减阻尼比的变化上。其中峰值质点振速随比例距离的增加呈指数衰减,其与高差系数的相关规律性不强;优势频率随比例距离增加也呈衰减趋势,高差系数对其有较大影响,但规律不明显;衰减阻尼比在不同的主振频带内与比例距离及高差系数有不同的关系,较低频率部分其阻尼比随着比例距离的增加而增大,较高频率部分则基本保持不变。     

桩基非线性轴向受迫振动稳态幅频响应分析

用多时间尺度法得到了一端固定、另一端自由的桩基非线性轴向受迫振动系统主共振时的稳态幅频响应曲线。研究表明:桩基非线性轴向受迫振动的幅频响应曲线不仅与派生线性振动系统的固有频率、土刚度和阻尼系数有关,而且也与振幅、相位和非线性特征量有关。幅频响应曲线中会出现一种典型的振幅跳跃的非线性现象,当激励频率接近线性系统固有频率时,系统产生共振从而响应幅值增大,而且同一激励频率可能会对应于振幅的多个不同值,运动状态具有不稳定性。随着非线性系数的增大,响应曲线峰值侧向弯曲;粘性阻尼会抑制响应振幅的增大;激励振幅增大会导致响应振幅增大。