Timoshenko模型桩水平振动的动力刚度

基于桩-土相互作用的连续介质模型,利用桩的水平振动土阻抗结果,将桩等效为Timoshenko梁,研究线性黏弹性土层中Timoshenko模型端承桩水平振动的动力特性,给出频率域内桩头动力刚度的半解析解,得到动力刚度随频率的变化曲线.在此基础上研究物性和几何参数对刚度的影响,并与Euler-Bernoulli模型桩的结果进行比较.研究结果表明,端承桩水平振动的动态刚度受桩长细比、土软硬程度、水平激振频率等的影响,这些结果可以为工程设计提供参考.     

水平力作用下饱和半空间表面位移的解析解

依据外力作用下饱和土介质动力响应的基本解,提出在表面水排水时,受水平盘面载荷作用的饱和半空间表面位移的解析解,以此构造以积分形式表示的饱和土与结构动力相互作用影响函数,解决了用边界元法分析饱和土与桩基础动力相互作用的关键问题。     

饱和粘弹性土层中空心圆柱桩的轴对称竖向振动

考虑桩的径向变形以及饱和土层对桩的径向力作用, 分别将空心圆柱桩和饱和土层视为单相弹性介质和饱和粘弹性介质. 基于弹性动力理论及不可压饱和多孔介质理论, 研究了饱和粘弹性土层中端承弹性空心圆柱桩竖向振动的动力特性. 利用Helmholtz 分解和变量分离法, 在频率域得到了空心圆柱桩竖向稳态振动的轴对称解析解以及桩头复刚度的解析表达式,给出了空心圆柱桩桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应曲线, 数值考察了饱和土和桩的材料、几何等参数对桩头动刚度因子和等效阻尼的影响. 研究结果表明, 虽然空心圆柱桩精确轴对称解析解的桩头静刚度与经典Euler 杆模型桩的桩头静刚度几乎相等, 但其桩头动刚度因子和等效阻尼存在较大区别, 并且空心圆柱桩的内外径比(即桩壁厚比) 会对桩头动刚度因子和等效阻尼特性产生显著的影响. 因此, 经典Euler 杆模型桩的适用范围具有一定局限性, 应采用轴对称模型进行更加精确的分析.     

斜坡基桩水平动力响应解析解

随着江河岸边斜坡地段的桩基础日益增多,斜坡基桩桩-土水平耦合振动问题也 日益受到重视.本文基于现有平地基桩水平动力响应理论,考虑斜坡效应,提出适用于斜坡基 桩水平动力响应解析解 .首先借助微分变换、亥姆霍兹分解和分离变量法等手段解耦土体三 维波动方程,并引入桩-土边界连续条件,求解了平地基桩的桩周土体水平动抗力;在此基础 上,引入折减因子考虑斜坡对临空面一侧土体抗力的弱化效应,并忽略一定深度范围内的浅 层土体提供的水平动抗力,推导出斜坡段基桩的桩周土体水平动抗力解析解.此外,利用Euler 梁模型推导斜坡段基桩自由段、入土段的水平振动控制方程,获得了基于传递矩阵法的基桩水 平动力响应解析解,包括基桩动力阻抗以及桩身内力和变形解析表达式;然后通过与已有平地 动力阻抗解析解,斜坡段基桩静力内力变形数值解进行对比,验证了本文解析解的合理性.     

Timoshenko简支梁的振动模态特性精确解

应用模态摄动法求解Timoshenko梁的振动模态特性，应用这一方法可将Timoshenko染无阻尼自由振动方程的求解过程加以简化，转化成一非线性代数方程组的求解，对两端简支的Timoshenko梁，得到了精确理论解，在此基础上，对比了两端简支的Timoshenko梁、Euler梁及纯剪切梁的模态特性及其影响因素，讨论了Timo-shenko简支梁自振频率随着长细比及模态数的变化情况。     

考虑时间效应的预制桩单桩极限承载力解析解

从饱和软土中沉入预制桩单桩引起的三维超静孔隙水压力的消散和桩周土的固结出发。结合桩土接触面的破坏形式，获得了考虑时间效应的单桩极限承载力的解析解，实现了对任意时刻单桩极限承载力的预测。分析了土体参数的变化对单桩极限承载力的影响，结果表明：桩的最终极限承载力增量随摩擦角的增大而增大；固结系数决定着桩的极限承载力在初期的发挥，但并不影响桩的最终极限承载力。计算结果与工程实际测量吻合较好。     

层状土中单桩水平振动的动力阻抗

采用动力文克尔地基梁模型,首先求出层状土中有限长桩的通解,在此基础上导出了桩单元复刚度矩阵,提出了计算层状土中单桩动力阻抗的方法。本文成果可以用来研究层状土中群桩的动力阻抗、桩－土运动相互作用等问题。     

考虑桩身剪切变形的管桩水平动力阻抗

基于Timoshenko梁模型,考虑管桩桩身剪切变形的情况,建立了单个管桩的水平振动方程.为了考虑管桩与土体的动力相互作用,将桩周土和桩芯土对管桩的作用等效为Winkler弹簧-阻尼器,利用数学物理手段,并考虑管桩与土体的连续性条件,得到了弹性系数和阻尼系数.考虑管桩桩端边界条件和水平动力阻抗的定义,得到了考虑桩身剪切变形的管桩的水平动力阻抗.通过对比分析和数值讨论可知,采用Timoshenko梁模型得到的管桩水平动力阻抗的绝对值比Euler梁模型小;相对实心桩管桩更应考虑桩身的剪切变形.     

Timoshenko薄壁梁双向弯曲与扭转耦合的振动方程及求解

基于薄壁杆件理论,研究了Timoshenko薄壁梁双向弯曲与扭转耦合的振动问题。根据Timoshenko梁的受力特性,考虑了剪切效应影响,给出了薄壁梁质点的位移系数和空间位移场。根据能量泛函变分原理导出了Timoshenko薄壁梁的振动微分方程。运用降阶法和频率扫描法求得微分方程的解析解。算例计算表明,此解析解与有限元法的结果吻合较好。     

基于Timoshenko梁模型的完整桩瞬态横向振动模拟计算

文章把桩身当作Timoshenko梁,桩周土当作Winkler地基,推导出该桩土系统横向振动下的运动微分方程;采用有限差分法求出数值解,计算出桩顶横向振动速度理论曲线;将计算所得到的理论曲线和Bernoulli-Euler梁的桩顶横向振动速度理论曲线同时与试验桩实测曲线对比,结果表明,在研究低应变横向动力测桩时,采用T...     

地基中结构物动力响应的一维解析方法

提出了一种用于浅埋式地下结构物抗震设计的简化方法。采用任意侧向位移下地震土压力理论 ,推得在土 -结构相对位移较小的情况下 ,结构物所受的土作用力与它们的相对位移近似成线性关系 ,并提出了确定解析解中需要的地基结构动力相互作用系数的方法。在将土体和结构物均简化为只发生水平位移的粘弹性剪切梁及地震输入为竖直向上传播的剪切波等假设条件下提出了一种分析水平地基中结构物在地震荷载作用下的响应的一维解析方法 ,并用该方法对地震时结构物的位移和土压力及其变化过程进行了计算分析     

大直径扩底桩竖向端承力解析解与试验分析

为了解决目前大直径扩底桩竖向端承力计算方法所存在的不足,将球孔扩张理论应用于扩底桩端承力的计算,建立了扩底桩的球孔扩张理论计算模型.考虑扩底桩桩端外边缘处力矩平衡以及几何对称性,建立极限球孔扩张压力、桩端中心以下主动土压力及扩底桩端承力之间的联系,推导出大直径扩底桩端承力的解析解,求得黏性土和无黏性土中扩底桩端承力的表达式.利用原型扩底桩试验对该公式进行验证,分析得出影响扩底桩端承力的主要因素包括土的粘聚力、内摩擦角、杨氏模量、泊松比、扩底桩的扩底半径和入土深度.试验结果表明:该解答精度满足工程要求;经验方法对扩底桩端承力进行折减只是经验的总结,物理意义不明确.     

随机动态载荷下轴类零件的层次分析法

根据影响轴类零件的随机动态载荷的主要因素,设定多层次指标体系,将层次分析法(AHP)用于随机动态载荷的分析评定中.该方法将轴类零件所受的复杂的随机动态载荷问题分解成若干层次,在各层次上对随机动态载荷进行定量分析.根据分析结果,建立随机动态载荷的分级标准,为合理载荷模型的确定提供依据.     

初始孔压非均布的饱和土一维热固结解析解

基于热弹性力学和饱和土固结理论,通过热固结方程的建立和求解,研究了初始孔压非均布时的饱和土一维热固结问题.利用有限Fourier变换及其逆变换,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并依此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的传统固结解进行比较.结果表明,超静孔压随时间延长最终消散为零,但在热固结过程中可能会产生负孔压;地基沉降受温度升高的影响小于传统固结解;平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,其变化规律与传统的固结理论有较大差别.     

非轴对称荷载作用下有限长圆柱厚壳的解析解

本文针对有限长圆柱厚壳承受非轴对称荷载的问题,在假设径向剪切应变沿厚度方向二次分布,径向正应变沿厚度方向一次分布的前提下,建立了包含未知量的位移表达式;采用Heaviside函数和Dirac函数表述荷载的作用形式,基于最小势能原理导出了包含七个未知函数的平衡微分方程组;在设定双三角位移函数的基础上,应用Galerkin法,求得了圆柱厚壳应力与位移的解析解.通过具体算例,将所得到解析解的计算结果与ANSYS数值解进行了对比分析,验证了解析解的可靠性.     

水平地层地震动力反应分析

根据Iai多重剪切机构塑性模型及边界面塑性模型的特点,建立了一个砂土多机构边界面塑性模型.该模型将土复杂的变形机理分解为体积机理和一系列简单的剪切机理.用边界面弹塑性模型模拟多重剪切机构塑性模型中虚拟单剪机构,避免了Iai多重剪切机构塑性模型在利用修正Masing准则模拟虚拟单剪应力应变关系时,确定比例参数的复杂性.根据大量试验资料,建立了液化面参数与归一累积剪切功的关系,能够用较少的参数很好地建立有效应力路径.由于多重机理的特性,模型能够模拟复杂荷载作用下主应力轴偏转的影响.用多机构边界面塑性模型对饱和砂土水平场地进行有效应力分析,对水平场地的地震反应特性进行了分析,由于多机构边界面塑性模型能同时考虑振动孔隙水压力的发展引起的有效应力降低导致饱和砂土抗剪强度和模量的降低.分析表明,结果是合理的.模型简单实用,将方便在工程实践中的应用.     

循环荷载作用下土质边坡动力响应分析

为研究土质边坡对循环荷载作用的动态响应规律,通过有限元对不同工况下土质边坡的振动响应进行模拟。结果表明,当循环荷载位置及加载频率一定时,边坡各测点竖向加速度、位移和速度响应峰值随循环荷载振幅增大而增大,且加速度和速度大致呈线性关系;各测点响应峰值随边坡高程变化而变化,测点离振源越近,动力响应越剧烈,响应增幅越大;当循环荷载位置及振幅一定时,边坡在1.5~2.5 Hz频段出现强响应,产生对其不利的共振现象;当循环荷载振幅及频率一定时,边坡的响应峰值随着荷载位置距坡肩距离(L)减小而增加,当L超过10 m后边坡振动响应变化幅度趋于不变。研究结果对认识循环荷载对土质边坡的影响及合理评价边坡工程环境振动具有重要的工程应用价值。     

考虑真空加载过程的钉形搅拌复合地基固结解析解

考虑真空负压力随时间变化，推导出真空预压下钉形水泥土搅拌桩复合地基的固结控制方程和求解条件。将固结方程和求解条件进行函数变换，基于双层地基一维固结理论求解出桩间土和复合地基加固区中的平均超静孔隙水压力，然后获得了钉形搅拌桩复合地基的整体平均固结度。通过与数值模拟结果的比较，验证了固结解析解的合理性。利用提出的固结解析解，分析了桩置换率、扩大头尺寸、桩间土刚度及真空加载参数等因素对复合地基固结的影响。研究结果表明：真空下钉形搅拌桩复合地基的固结速率随桩置换率、扩大头高度和其下桩间土压缩模量的增加而增大，固结前期固结速率随扩大头半径的增加而增大，固结后期则影响很小。真空加载过程对复合地基的固结过程几乎没有影响。     

随机介质固热耦合模型平面轴对称问题的解析解

考虑岩石颗粒的物理力学性质的随机非均匀性,从理论上建立了随机介质固热耦合数学模型,这些方程,奠定了岩石热破裂研究的基础.针对随机介质固热耦合数学模型,考虑平面轴对称问题,利用摄动理论和数学积分方法,在韦泊和指数两随机分布下,提出了岩石物理力学参数作为随机变量在解析分析中的处理方法,采用一种随机概率分布用连续函数表示的方法,得到了平面热应力轴对称问题的解析解.通过算例,讨论了热应力随分布参数m和时间t的变化规律.结果表明:非均匀性对岩石的热应力有一定的影响,热应力随着分布参数m的减小而增加.