纵模导波在部分埋地管道中的传播特性

研究了纵向模态超声导波在部分埋置于土壤中的管结构中的传播特性,基于弹性动力学理论,分别计算和分析了自由管和埋地管的群速度和衰减特性,并建立了不同埋地长度的有限元模拟,分析了不同埋地长度对导波传播速度和衰减的影响。通过试验验证,结果显示,埋地管道中L(0,2)模态的群速度不受埋地长度的影响,而它的幅值衰减与埋地长度成正比关系,理论分析和有限元模拟结果相吻合。

部分埋入式箱形型钢再生混凝土梁受弯性能分析

根据工程实践,提出了部分埋入式箱形型钢再生混凝土梁(Partially Embedded Box Section Reinforced Recycled aggregate Concrete Beam,PEBRRCB),利用ABAQUS软件建立部分埋入式箱形型钢再生混凝土梁的有限元受弯性能模型,研究其正截面受弯性能,并考虑再生粗骨料取代率、箱形型钢埋置深度、再生混凝土强度和箱形型钢强度对梁受弯性能的影响规律,建立了部分埋入式箱形型钢再生混凝土梁的正截面受弯承载力计算方法。研究结果表明:取代率和混凝土强度的变化对梁的抗弯承载力和刚度的影响较小,但对延性有一定影响;型钢埋置深度和型钢强度的变化对梁的抗弯承载力、刚度和延性都有较明显影响;提出的计算公式可以准确计算部分埋入式箱形型钢再生混凝土梁的正截面受弯承载力。

考虑轴力的部分埋入群桩基础水平振动特性

在近海工程中,关于基础支撑体系的动力特性研究对于保证上部结构的稳定和安全发挥着极其重要的作用。基于欧拉-伯努利(Euler-Bernoulli)梁模型提出水平荷载和竖向荷载共同作用下,部分埋入单桩的水平振动模型,分析影响单桩阻抗和有效桩长的主要因素,指出现有理论存在的不足,并给予修正;从埋入比、波的入射角和轴力3个方面分析部分埋入桩的桩-桩相互作用现象;然后,基于叠加原理建立部分埋入群桩的简化计算方法,计算结果与完全埋入群桩理论精确解进行对比。通过参数讨论,发现轴力(N)、桩间距(s/d)和埋入比(L1/L2)对于部分埋入群桩水平振动特性有着显著的影响,工程设计应该予以重视。最后,利用本模型研究一海上风电场群桩基础的水平振动特性和群桩基础阻抗变化对于整体结构自振特性的影响,为工程设计提出建议。

部分埋入群桩的竖向振动特性

采用动力Winkler动力梁模型,由传递矩阵法推导了部分埋入单桩竖向振动的计算公式;充分考虑了被动桩与土体的共同作用,基于桩–桩相互作用因子的叠加法,建立了部分埋入群桩的动力模型。通过参数(埋入比L1/L2、桩间距s/d和激振频率f)探讨,得到了匀质半空间和层状地基中常见部分埋入群桩的动力特性变化规律:①埋入比的增大会显著的降低单桩和群桩的阻抗;②部分埋入桩的存在会降低桩–桩相互作用,从而进一步消弱群桩的空间协同工作的能力;③部分埋入桩对于群桩基础的低频动力响应影响不大,但随着频率的提高而日益显著。然后,本文的退化解与现场实测结果和试验数据进行了比较。最后,本方法被用于分析某海上风力发电机组群桩基础的幅频曲线,并指出了其动力响应与完全埋入群桩的差异,为工程设计提供参考。

海上风机部分埋入群桩水平–摇摆振动与结构共振分析

对于海上风机部分埋入群桩基础,风机结构的高度将导致基础承受较大的倾覆力矩,因而在风机振动分析中需要考虑到基础的摇摆特性。为避免发生共振,风机结构第一阶自振频率应避开风轮转动频率(1P频率)和叶片通过频率(3P或2P频率)。目前关于风机结构动力特性的研究常常以底部刚性固定为假定,忽略了地基基础的影响,因而可能带来误差。结合既有研究成果,推导简化解析方法研究了部分埋入群桩基础的水平–摇摆耦合振动特性以及基础阻抗对风机结构共振特性的影响。首先,推导了采用动力Winkler地基模型的部分埋入群桩基础水平–摇摆动力阻抗,与精确解进行对比,验证了方法的正确性;其次,考虑基础阻抗的作用,推导了风机结构水平–摇摆振动方程;最后,通过简化方法和频域有限元方法对不同地基条件下某风机结构的共振特性及基础阻抗进行了计算和对比,研究了基础阻抗对结构共振特性的影响,并验证了简化方法的正确性。

考虑土体非线性的部分埋入群桩竖向振动分析

在桩基振动问题中,桩侧土往往表现出显著的非线性特性,土体动模量和阻尼的大小与桩身位移相关.目前的分析方法一般只采取恒定的土性参数,忽略了非线性的影响.基于部分埋入群桩竖向振动的研究成果,以桩身位移与土性参数之间的相互关系为依据,运用迭代方法考虑了土体非线性对部分埋入群桩振动的影响,分析了迭代收敛的条件,并通过算例分析了非线性的影响程度,观察了它与荷载大小的关系.最后,将该方法应用于分析某海上风力发电机组群桩基础的振动特性,得到其阻抗值及位移响应曲线.

局部冲刷对部分埋入单桩水平承载性状的影响

为分析局部冲刷对部分埋入桩水平承载性状的影响,利用有限元软件ABAQUS模拟水平荷载作用下部分埋入单桩的受力。根据实际工况建立了部分埋入水平受荷桩的三维有限元计算模型,并将计算结果与现场试验结果进行对比,验证了所建模型的正确性。然后,通过算例分析了冲刷角度、深度、桩直径、桩顶约束条件和桩自由段长度对部分埋入桩水平承载性状的影响。分析结果表明:局部冲刷深度比冲刷角度对部分埋入桩的水平承载性状影响更大,局部冲刷对直径较大的桩体承载能力影响也更大,自由段长度的增大减小了桩体水平承载力,因此,在研究冲刷对桩基水平承载性状的影响时,应结合桩顶约束条件综合考虑。

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。

非饱和土中部分埋入桩的竖向振动

基于三相多孔介质波动方程,考虑孔隙中水和空气两种不相混溶流体间的耦合效应,通过算子分解和分离变量法,在求得轴对称条件下非饱和自由场波动域解答的基础上,结合上下区域的连续性条件以及桩端Winkler弹性支承假定,通过求解桩的振动微分方程,对部分埋入弹性支承桩在竖向稳态谐振作用下的频域响应进行了理论推导,获得了桩顶阻抗函数的封闭解.通过对比饱和条件下完全埋入桩的桩顶复阻抗曲线,发现该退化解与已有的边界元法和虚拟桩法的结果基本吻合,验证了解答的正确性.参数分析结果表明:桩顶复刚度随自由段桩长的增加而大幅降低,孔隙水的参与作用仅在接近完全饱和时才得以发挥,而饱和度和土底反力系数的影响较为有限.

基于FDV模型的土体中部分埋入端承摩擦桩的水平动力阻抗

利用Winkler弹簧-阻尼器来描述桩土之间的动力相互作用,得到了分数导数黏弹性(FDV)模型描述的土体的刚度系数和阻尼系数.利用传递矩阵法并考虑埋入部分和外露部分桩基的连续性条件,求解了基于FDV模型的土体中部分埋入端承摩擦桩的水平振动,得到了桩顶的水平动力阻抗.研究了分数导数的阶数、外露部分桩长和土体本构模型参数对桩水平振动的影响.研究表明:分数导数的阶数和本构模型参数对部分埋入桩的水平动刚度有一定的影响,而对其等效阻尼的影响很小;外露部分桩长对水平动力阻抗的影响较大.

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。

基于连续介质力学模型的部分埋入单桩的纵向振动研究

采用连续介质力学模型,考虑桩-土之间的连续条件和边界条件,得到了土体的纵向振动位移,建立了埋入和外露部分桩基的纵向振动微分方程.考虑埋入和外露部分桩基的连续条件和边界条件,求解了部分埋入单桩的纵向振动,并以数值算例的形式讨论了桩基埋入深度和桩土模量比对桩顶复刚度的影响.通过参数分析和讨论,表明部分埋入桩纵向简谐振动存在共振现象,桩基的埋入深度和桩土模量比对桩顶复刚度有较大影响,且桩基外露部分越长,桩顶复刚度随频率变化曲线波动越厉害.

均质土体中部分埋入单桩基础的模态正交性研究

将部分埋置于均质土体中的单桩基础划分为两个单元,分别建立各单元的纵向及横向振动运动方程,并求解各方程在频域中的解。结合各单元在局部对偶坐标系下的内力及位移的对偶变换关系及各节点的力平衡及位移协调方程,严格推导部分埋入单桩基础在局部对偶坐标系和单一局部坐标系下的模态正交性条件。以回传射线矩阵法为基础,进一步求解出部分埋入单桩基础的自振频率、衰减系数及模态,并通过数值算例验证部分埋入单桩基础的模态正交性条件公式推导的正确性。结果表明:若忽略数值计算结果的误差,部分埋入均质土体中的单桩基础的纵向及横向振动的模态均满足模态正交性条件。

非饱和地基中部分埋入桩的水平振动问题

本文研究非饱和土中部分埋入桩的水平振动问题,为模拟桥梁桩基的高承台桩的实际服役状态,考虑水平简谐荷载和竖向静载的组合作用,采用Timoshenko梁模型和三维连续介质建立了非饱和土⁃部分埋入桩的耦合振动理论模型,利用微分变换法和传递矩阵法求得了桩身水平动力响应解析解,将退化解与已有成果作比较,验证了本文解的合理性。基于建立的理论模型,探讨了竖向荷载、埋入比和饱和度对部分埋入桩水平动力特性的影响。研究结果表明:刚度因子随着竖向荷载的增大而迅速减小,但是阻尼因子略微减小;刚度因子和阻尼因子均随着埋入比的增加而减小;桩身水平位移、转角、弯矩和剪力幅值均随着埋入比的增大而增大,幅值位置逐渐向上移动;饱和度较低的对刚度因子的影响很小,但饱和度大于0.9时刚度因子随饱和度的增加而迅速增大,阻尼因子基本保持不变。

部分埋氧结构VDMOS器件的二维势模型

提出具有部分埋氧结构的功率VDMOS器件的二维势模型。借助场解析方法,首先划分该结构器件的工作区域,由边界连续条件,求解各区的泊松方程,建立部分埋氧结构VDMOS器件二维势分布的解析模型。分析结果表明,在漏端电压分别为100V和200V下,电势解析解与数值解误差分别小于3%和4.7%。VDMOS器件引入埋氧层能显著提高耐压,且部分埋氧层的长度对VDMOS器件的耐压影响大于埋氧层的宽度对耐压影响。

考虑部分埋入群桩基础阻抗的海上风机结构共振特性

海上风机结构一阶自振频率与风轮转动频率或叶片通过频率重合时,会产生共振现象,严重时会造成风机损坏。现有风机结构的共振研究多假设底部刚性固定,以定性分析为主,没有对基础的埋置深度和土层参数进行量化分析。以部分埋入群桩基础的海上风机结构为研究对象,基于风机结构水平–摇摆耦合简化方法,分析了群桩基础不同埋入比和土层弹性模量对风机结构共振特性的影响,建立了群桩埋入比与结构共振频率的关系。进一步开展了4组不同群桩埋深比的海上风机共振频率室内模型试验,验证理论分析结果的规律性是否合理。

分布荷载作用下部分埋入群桩的水平振动研究

首先将成层地基中的部分埋入桩看作成Winkler地基上的梁,采用传递矩阵法来考虑土体的分层情况,推导出水平分布荷载作用下部分埋入单桩振动公式;然后在被动桩和周围土体相互作用的基础上建立了部分埋入桩的桩-桩相互作用模型,通过讨论参数埋入比L1/L2、桩间距s/d和θ角对桩-桩相互作用因子的影响,得到了部分埋入群桩的动力特性模型,并计算解得群桩的桩身变形以及内力;结果验证了这些因素对于部分埋入群桩中桩-桩相互作用因子有很大影响,并且在浅层土中时能量大部分被土体释放,说明表层土对桩的约束起主要作用,为工程设计提供了依据。

部分埋入弹性地基的变截面桩自由振动(英文)

阐述了部分埋入弹性地基的变截面桩的自振频率和振型的数值计算方法，并推导了桩顶作用轴向荷载的变截面桩的控制自由振动的微分方程，最后把此微分方程应用于 Ｒｕｎｇｅ － Ｋｕｔｔａ 法和 Ｒｅｇｕｌａ － Ｆａｌｓｉ 法，采用特征值搜索法算出桩的自振频率和振型。

挠性板部分埋入制作刚挠结合板

介绍了一种刚挠结合板制作新技术,只在需要弯折的部位埋入挠性板,通过挠性板使各刚性板之间实现互连。详细分析了设计与材料对刚挠结合板的影响,研究了预压合保护膜、挠性板埋入层压等关键工艺,给出了工艺难点的具体解决办法。结果表明,该技术提高了挠性板材的使用率,简化了挠性板及刚挠结合板加工工艺,使刚挠结合板成品率提高至少8%。

部分埋入群桩的水平非线性动力分析

在桩基振动问题中,桩侧土体的刚度和阻尼比具有显著的非线性,但目前的分析方法一般只采取恒定的土性参数进行线性研究。基于分布荷载作用下部分埋入群桩水平振动特性的研究成果,以桩身内力-位移与土性参数之间的相互关系为依据,提出一种新的单桩及群桩在横向荷载作用下的非线性计算方法并将其程序化。该程序不仅可以模拟土的非线性行为,还可以模拟桩身在横向荷载作用下的非线性结构响应。通过与前人的实验及理论求解结果进行对比,验证了该程序方法的正确性。同时在非线性条件下精确地分析了埋入比、桩间距和激振频率对单桩、群桩阻抗及桩-桩相互作用因子的影响。