成层土中粘弹性桩纵向振动分析及工程应用

为了合理解释成层土中桩的完整性测试,建立了桩端为弹性阻尼支承、桩顶在任意荷载作用下粘弹性桩与多层土共同作用的数学模型,并利用拉普拉斯变换和矩阵理论求得了该模型的振动半解析解;然后利用卷积定理和傅立叶逆变换求得瞬态半个正弦波作用下桩顶响应的振动半解析解;最后采用数值模拟分析了桩侧土阻尼因子和桩身阻尼因子对桩顶速度响应的影响主要表现在对峰值点的衰减上,而桩侧土刚度因子主要对桩顶速度响应曲线的整体形状产生影响。

粘弹性点支承粘弹性桩的动力稳定性分析

为了探讨粘弹性点支承对粘弹性桩动力稳定性的影响,利用梁振动理论给出了轴向周期性动压作用下粘弹性点支承的粘弹性桩振动微分方程,根据动力稳定性理论给出了粘弹性点支承粘弹性桩的临界频率方程和不稳定区域。计算结果表明:对Kelvin模型粘弹性桩来说,随着粘弹性支承的粘性阻尼系数和弹性系数以及粘弹性桩的粘性系数的增大,粘弹性桩的动力不稳定区有明显的缩小,反之亦然;粘性系数、粘性阻尼系数和弹性系数对桩的动力稳定性有显著影响。

粘弹性桩纵向振动问题的积分变换解

建立了有限长粘弹性桩在桩侧和桩端土作用下 ,受纵向激励条件下的定解问题 ,并利用拉氏变换 (Laplace)求得在任意激振力作用下桩顶的位移和速度的传递函数 ,然后进行拉氏逆变换求得半正弦激振力作用下桩顶速度响应解析解 ,并就桩材阻尼对桩土系统的振动特性的影响作了进一步的研究。

粘弹性桩打桩过程中的应力波分析

主要讨论了粘弹性桩打进过程中的应力波传播问题。探讨了刚性重锤与桩撞击产生的冲击荷载及粘弹性桩在刚性锤撞击下的振动方程,给出了桩纵向振动的解析解,并分析了桩的粘滞系数及桩端土刚度对桩端质点振动速度响应的影响特点。

三维非均质土中粘弹性桩-土纵向耦合振动响应

在考虑土体三维非均质性情况下,对变截面粘弹性桩的动力特性进行研究。首先,结合边界条件,利用复刚度传递平面应变土体模型求得纵向不同性质桩侧土层的复刚度,进而对各段变截面桩身从下往上逐段推导得到单桩桩顶受纵向激振力作用下的桩基振动的频域响应解析解;然后,利用卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶的时域响应半解析解;最后,研究分析桩土参数对桩顶动力响应的影响,得到了桩顶频域和时域响应的规律性,为桩基础的抗震设计和桩的完整性检测工作提供新的理论依据。

多排任意排列的弹性桩屏障对平面P波或SV波多重散射

提出可计算任意排列、任意圆截面多排弹性桩屏障对平面P波或SV波的多重散射理论方法,可弥补单重散射假定只在散射体截面尺寸相对入射波长可忽略情况下成立的不足,并考虑桩与桩间互相干涉现象。散射过程定义任意一弹性桩对入射P波或SV波的散射为第一重,第二重散射可将第一重散射波作为次生波源,继而对所有散射体皆遵循此过程;每一重散射均在桩土边界满足应力及位移连续条件,从而获得前一重与后一重散射的波函数迭代关系;总散射波场可由所有散射体各重散射叠加获得。数值计算考查相同截面多排桩屏障的散射重数、桩距、排距、桩土模量比等参数对屏障隔离效果影响。该方法可作为实际工程隔振设计理论参考依据。

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。

非线性粘弹性桩耦合运动中的混沌分析

研究轴向周期载荷作用下非线性粘弹性桩纵横向耦合运动中的混沌运动。桩体材料满足Leaderman非线性粘弹性本构关系和近似的非线性几何关系,考虑桩体发生纵横向运动的耦合,得到的方程为耦合的非线性偏微分-积分方程;利用Galerkin方法将方程简化并进行数值计算,揭示非线性粘弹性桩的混沌运动和分岔等动力学行为。

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。

粘弹性桩的混沌运动分析

研究了在轴向载荷和周期性横向载荷共同作用下非线性粘弹性嵌岩桩的混沌运动情况。假定桩和土体分别满足Leaderman非线性粘弹性和线性粘弹性本构关系,得到的运动方程为非线性偏微分-积分方程;利用Galerkin方法将方程简化为非线性常微分-积分方程,同时利用非线性动力系统中的数值方法,进行了数值计算,得到了不同载荷参数、几何参数、材料参数时粘弹性桩发生周期运动、多周期运动及混沌运动的时程曲线、相图、功率谱、Poincare截面图,同时得到了挠度-载荷、挠度-几何参数、挠度-材料参数等分叉图,考察了各种参数的影响。数值结果表明非线性粘弹性桩在一定的条件下可以通过倍周期分叉的方式进入混沌运动状态,且桩的载荷参数、几何参数、材料参数对其运动状态有较大的影响。

成层广义Voigt地基中粘弹性桩纵向振动分析与应用

研究了考虑桩身材料阻尼、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 ,求得了瞬态半正弦脉冲荷载作用下 ,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 .

地基波动影响下非线性粘弹性桩的混沌运动分析

研究了在地基波动影响下非线性粘弹性桩中的混沌运动.假定桩体材料满足Leaderman非线性粘弹性本构关系,得到在轴向载荷作用下满足Winkler条件的地基土波动方程、桩与地基土耦合振动方程;利用Galerkin方法将非线性积分微分方程简化,并进行了数值计算,揭示了非线性粘弹性桩包括混沌运动在内的动力学行为.

应力波在粘弹性桩中的传播特性

推导了桩侧土作用下的粘弹性桩的振动方程;研究了位移波和应力波在不同类型的基桩中的传播特性,通过对应力波传播特性的研究,不仅有利于提高基桩检测的理性认识,而且为实测响应的解释和参数的估计提供了较为严格的理论依据。

不同土体中单排弹性桩对水平向剪切波的隔离

采用Green函数法和"契合"思想研究不同土体中界面上单排弹性桩对SH波的隔离问题。首先构造适于本问题的位移Green函数,然后利用"契合"思想并结合界面上的应力和位移连续条件,将问题转化为一组第一类Fredholm积分方程,得到了弹性桩后位移和透射系数的解析表达式,并进行数值求解。最后作为算例,给出了等间距单排8个弹性圆柱桩对SH波的隔离效果图,分析了剪切弹性模量、桩间距等对桩后隔离效果的影响规律。通过分析曲线得出:隔振的最佳区域并不是弹性桩中心线后的近距离范围内,而是位于弹性桩后的一定距离上;当桩间距s/R<1时,桩后区域取得最佳隔振效果。

非线性粘弹性桩的横向混沌运动

研究了轴向周期载荷作用下非线性粘弹性嵌岩桩的横向混沌运动.假定桩和土体分别满足Leaderman非线性粘弹性和线性粘弹性本构关系,得到的运动方程为非线性偏微分 积分方程;利用Galerkin方法将方程简化为非线性常微分方程,并进行了数值计算;考察了几个参数的影响.数值结果表明非线性粘弹性桩可以通过准周期分叉方式进入混沌运动状态.

嵌岩弹性桩的稳定分析

根据最小势能原理导出了嵌岩弹性桩稳定分析的瑞利———里兹法和有限元法的计算公式 .通过实例进行了检验和对比 .

双层饱和弹性土中埋置弹性桩的扭转振动

为研究双层饱和地基中埋置弹性圆桩的扭转振动响应.考虑低频荷载下弹性桩符合一维弹性模型,而饱和土体符合Biot三维饱和弹性介质理论.基于虚拟桩模型,桩-土体系被离散为一连续的饱和半空间双层地基及一虚拟桩模型.土体的控制方程在Hankel变换域内进行求解.虚拟桩的动力方程结合桩土间应力及位移协调条件,得到关于虚拟桩内力的第二类Fredholm积分方程,离散积分方程求解得到虚拟桩内力的数值解.通过进一步计算可得到原弹性桩的内力及位移.数值计算部分考虑了土体各参数对于问题的影响.

横观各向同性饱和土中埋置弹性桩的扭转振动

通过解析方法研究了横观各向同性饱和土体中弹性桩的扭转振动响应问题.土体和弹性桩体系被分解为横观各向同性饱和土及被视作土体加强体的虚拟桩部分,土体符合Biot三维饱和弹性介质理论,弹性桩被视为一维弹性长杆.运用Hankel变换求解了横观各向同性饱和土体的动力控制方程,结合桩土间复合边界条件,得到关于桩身内力沿桩长分布的第二类Fredholm积分方程.利用数值的方法对方程进行求解,得出应力沿桩身的分布,并可进一步得到桩的位移沿深度的分布.数值计算表明,土体的横观各向同性参数及荷载频率对弹性桩的振动影响显著.

饱和土中单排弹性桩对平面S波的屏蔽

基于饱和土弹性波动方程,考虑土体和水耦合作用的影响,分析了全空间均质饱和土中弹性排桩对入射平面S波的散射。将入射波和散射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的无穷级数的形式,利用一组圆柱坐标系统和加法转换定理,通过施加桩土界面处的连续条件,求解出待定散射系数,进而得到饱和土体中任意点的位移和应力。根据算例考察了饱和土的渗透系数、桩数量和桩间距等对排桩屏蔽效果的影响,并和单相弹性土体中排桩的屏蔽效果作了对比,得出了一些有意义的结论。

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方程 ;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 。