考虑横向惯性效应时黏弹性支承桩纵向振动特性研究EI北大核心CSCD

考虑土体三维波动效应及桩身横向惯性效应,建立了均质滞回阻尼土中黏弹性支承桩受稳态或瞬态纵向激振时的定解问题,并获得了严格桩土耦合条件下的解析解。首先,将桩底土层对桩及桩侧土层的作用简化为均布Vogit体,桩视为Rayleigh-Love杆,利用土体三维轴对称振动方程,土层边界条件,以及桩与桩侧土接触面上的纵向和径向位移连续条件,求解得到桩侧土作用在桩身的剪切复刚度。然后,结合桩底黏弹性支承条件,推导得到桩顶复阻抗函数的解析解。最后,采用参数分析方法,研究了横向惯性效应对单桩桩顶动力响应的影响规律及其与桩及土层参数的关系。结果表明:相对于不考虑横向惯性效应,计及横向惯性效应时单桩纵向振动特性的差异受桩及土共同的影响。     

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。     

饱和土中大直径嵌岩桩纵向振动特性研究

根据B iot饱和土理论和R ay le igh-Love杆理论,计及土层及桩的径向运动影响,导出了考虑横向惯性效应的端承桩与饱和土的纵向耦合振动频域的解析解和时域半解析解,对比了考虑与不考虑横向惯性效应时,大直径嵌岩桩纵向振动引起的土层复阻抗的异同以及桩顶导纳和时域反射的特征。研究表明:长径比越小,横向惯性效应越明显,而泊松比和激振频率对饱和土层阻抗及桩顶响应也有重要影响。通过工程实例对比表明,当桩的长径比较小时,用考虑横向惯性效应的计算方法可以得到更好的拟合效果。     

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。     

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。     

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。     

考虑桩土耦合作用时弹性支承桩纵向振动特性分析及应用

从三维轴对称角度对弹性支承桩与均质土耦合作用时的纵向振动特性进行了研究分析。假定桩为竖直弹性均匀截面桩,土为线性粘弹性体,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位移形式解,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荷载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振动特性进行了分析,得到了一些新的结论,最后将该理论解与桩顶实测导纳曲线进行了拟合比较,两者较为一致。     

任意层地基中粘弹性楔形桩纵向振动响应研究

考虑楔形桩的横向惯性效应,研究了任意层地基中粘弹性楔形桩的纵向振动问题。首先,根据楔形桩的变截面特性并考虑桩侧土的成层性,将桩土系统沿纵向划分为有限个单元。然后,采用平面应变模型模拟桩侧土,采用Rayleigh-Love杆模拟楔形桩,运用Laplace变换技术和阻抗函数传递方法,求解得到了任意层地基中桩顶速度频域响应的解析解及桩顶速度时域响应的半解析解。最后,采用参数分析方法,对楔形桩单元划分精度进行了讨论,并讨论了楔形桩设计参数及材料参数和桩侧土成层性对楔形桩纵向振动响应的影响。     

考虑横向惯性效应时饱和土中大直径桩的纵向振动研究

基于饱和多孔介质理论,对均质饱和土中大直径桩的纵向振动特性进行了研究。利用Novak薄层理论和饱和土多孔介质理论获得大直径桩侧土体复刚度;根据桩侧土与桩连续接触条件,考虑横向惯性效应,将大直径桩等效为Rayleigh-Love杆,建立起大直径桩和土的耦合动力方程,利用Laplace变换求解大直径桩与土耦合动力方程得出均质饱和土中桩顶阻抗函数和导纳函数的解析解;利用卷积定理和Fourier逆变换得出桩顶速度时域响应函数的半解析解;最后分析了桩和土的相关参数对桩顶频域和时域响应函数的影响,并在低频范围内分析了相关参数对桩顶复刚度的影响,为饱和土中桩基的动力检测提供了新的理论依据。     

桩与粘性阻尼土耦合扭转振动时域响应研究

假设桩周土层为均质粘弹性体,土材料阻尼为粘性阻尼,从轴对称角度出发,对任意激振扭矩作用下弹性支承桩与土耦合扭转振动时的桩顶时域响应进行了理论研究,求得桩顶扭转角阻抗函数解析解,给出半正弦脉冲激振扭矩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扭转振动特性进行了分析,讨论了桩土耦合扭转振动条件下长径比、波速比、桩底支承条件等因素对桩顶时域响应的影响,探讨了桩侧土粘性阻尼的特殊影响,得到若干新的结论.     

粘弹性桩中应力波传播的解析解

本文首先推导了粘弹性桩的振动议程,然后求出了桩端为弹性支承时,桩顶受稳态正弦激振条件下,基桩纵向振动问题的解析解,再利用叠加原理求得了瞬态半正弦激振条件下的解析解,并编程对影响桩身响应的主要因素进行了分析。     

考虑桩土耦合作用时桩基扭转振动特性研究

假设桩周土层为均质线性粘弹性体,土材料阻尼为粘性阻尼,桩为竖直弹性均匀圆形截面桩,从三维轴对称角度,对考虑桩土耦合作用时桩基扭转振动桩顶频域振动特性进行了理论研究。利用拉普拉斯变换,首先通过对土层进行求解得到其振动扭转角位移形式解,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,研究得到了考虑桩土耦合作用时桩顶扭转频域响应函数的解析解。基于所得解对桩土系统的扭转振动特性进行了对比和分析,并重点探讨了桩侧土粘性阻尼对桩顶响应的特殊影响,校验了基于平面应变假定桩基扭转振动理论解的精确性。     

考虑土体径向位移时桩土耦合纵向振动特性及其应用

从三维轴对称土体模型出发,同时考虑土体竖向和径向位移,对完整端承桩在垂直谐和激振力作用下与土的耦合纵向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,从而将土体动力平衡方程解耦,求解得到了土体的振动模态形式,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,得到了桩的频域响应解析解、桩顶复刚度和速度导纳。利用所得解对土体动力反应特性和桩的纵向振动特性进行了无量纲参数分析,得到了许多新的结论。     

考虑桩土非完全粘结及桩底土波动效应的浮承桩纵向振动特性研究

为合理考虑浮承桩纵向振动问题中桩端土作用及桩-土界面相对位移条件,同时引入动力Winkler模型和虚土桩模型,建立了一种适用性更广的浮承桩纵向振动特性研究方法。引入分离变量法对三维土体位移控制方程进行求解,结合土体表面及基岩处边界条件得到三维土体位移基本解;通过将动力Winkler模型相关参数考虑为桩-土界面边界条件在频域内解析求解了桩纵向振动特性,并将所得频域解析解拓展到时域,采用离散傅里叶逆变换方法（IFT）求解了桩顶速度时域响应;开展参数化分析探讨了桩-土界面非完全粘结条件及虚土桩参数对浮承桩动力响应的影响,计算结果表明：桩-土界面完全耦合假定会过高估计桩侧土对桩的约束作用,无法合理评估桩基的抗振性能,并会对桩基抗振防振设计及桩底反射信号识别产生不利影响;另外,针对浮承桩纵向振动问题,采用虚土桩模型描述其桩底土作用具有合理性和必要性。     

双向非均质土中填砂竹节管桩纵向振动理论与试验研究

填砂竹节管桩是一种新型复合桩基,通过竹节管桩、桩周填砂层和地基土共同承担上部荷载。基于考虑竖向波动效应的轴对称黏弹性土体模型研究其桩顶动力响应。利用虚土桩模拟桩底土体的支承作用,并对桩周介质进行径向和纵向分层,而后利用连续条件推得桩和桩周介质界面接触应力,根据拉氏变换和阻抗传递函数计算复合桩基桩顶阻抗解析解和速度时域响应半解析解,并讨论填砂层和竹节参数的影响;将理论曲线与现场试验实测曲线进行对比,结果表明,理论曲线和实测曲线吻合较好,所建模型能够反映实际工况下填砂竹节管桩的动力响应。研究成果对于填砂竹节管桩纵向振动的理论研究及工程应用具有一定的参考价值。     

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。     

低承台管桩纵向自由振动特性分析

基于广义Voigt模型和附加质量模型,研究了低承台管桩的纵向自由振动特性。首先,根据承台和管桩周围土体的性质,建立了承台、管桩、桩侧土以及土塞纵向自由振动的控制方程;然后,结合承台-管桩-土系统的耦合条件,采用Laplace变换技术及阻抗函数传递法,求解得到了承台纵向自由振动位移的频域解析解及时域半解析解。最后,分析了附加质量模型中Voigt模型参数的敏感性区间,并将该解退化与已有解进行对比,验证了该解的合理性;讨论了桩身参数、土塞、桩侧土及承台周围土体对低承台管桩纵向自由振动特性的影响规律。结果表明:桩身参数、土塞、桩侧土及承台周围土体对低承台管桩纵向自由振动特性有明显影响,为低承台管桩基础的防震减震设计提供了一定的理论依据。     

多层土中桩的振动半解析解

采用积分变换法,在考虑桩端的弹性阻尼支承、桩顶作用任意荷载的条件下,推导了桩与多层土共同作用模型的振动半解析解。进而给出瞬态半个正弦波荷载作用下桩顶响应的振动半解析解的表达式。最后采用计算机模拟分析了桩侧多层土参数对桩顶响应的影响,得出了若干对低应变动测有益的结论。     

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。     

分数导数描述的层状饱和土中考虑扰动效应的直桩垂直阻抗

为了计算考虑施工扰动效应的单桩垂直阻抗,基于饱和多孔介质理论及分数导数理论对地基的复刚度传递多圈层平面应变模型进行改进,计算了径向非均质的桩周饱和土对桩身的垂直动刚度。其次基于Rayleigh-Love杆模型建立了考虑桩段横向振动效应的轴向振动微分方程,并利用传递矩阵法求解得到了层状饱和土中考虑土体扰动效应的桩顶垂直阻抗的半解析解。对考虑桩周土扰动效应下桩顶垂直阻抗的影响因素进行了参数化分析,研究表明:①桩顶垂直阻抗的共振峰值会随着分数导数阶数的增大而减小,并且该效应会随着外荷载激振频率的增大而越发明显;②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桩顶垂直阻抗的影响;③与地基表层覆盖软土相比,表层覆盖硬土能在外激振荷载较低时提高桩顶的动刚度系数,在高频时降低系统的共振效应。