本文選題：楔形樁 + 豎向振動理論　； 參考：《中國地質(zhì)大學》2014年博士論文

【摘要】：由于楔形側(cè)面的存在,楔形樁在承受豎向荷載時,樁側(cè)土不僅可以提供側(cè)摩阻力,還會給楔形側(cè)面施加一個斜向擠壓的土壓力,從而充分發(fā)揮樁與土的相互作用,是一種具有良好應用前景的新型樁型。隨著楔形樁在工程上逐漸推廣使用,它與土體的動力相互作用機理也逐漸引起眾多學者的關(guān)注。但由于樁土動力相互作用問題本身的復雜特性,以及楔形樁楔形側(cè)面的特殊性會導致樁側(cè)土體性質(zhì)發(fā)生變化,使樁側(cè)土體形成一定范圍的擾動圈,楔形樁與土體動力相互作用問題顯得十分復雜。因此,開展楔形樁在豎向和扭轉(zhuǎn)動力荷載作用下樁土耦合振動問題的研究不僅是樁基工程自身發(fā)展的需要,同時也可以為樁基動態(tài)測試、樁基礎(chǔ)抗震和防震設(shè)計提供更加完善的理論支撐,具有重要的理論研究價值和工程應用意義。 本文從平面應變理論及(粘)彈性桿件豎向和扭轉(zhuǎn)振動理論出發(fā),采用解析研究方法較系統(tǒng)地建立了復雜條件下成層土中楔形樁與土體的耦合振動理論,基于所得理論解,深入地分析了樁土參數(shù)對楔形樁豎向和扭轉(zhuǎn)振動特性的影響機理。論文具體研究內(nèi)容和成果如下： (1)考慮楔形樁的均勻變截面特性和樁側(cè)土的層狀特性,基于土體豎向振動平面應變假定和Rayleigh-Love桿模型,建立了樁土體系豎向耦合振動的定解問題。采用積分變換技術(shù)和阻抗函數(shù)傳遞技術(shù),先后推導得到了豎向動力荷載作用下楔形樁樁頂頻域響應的解析解和相應的時域響應半解析解。由參數(shù)分析法的結(jié)果可知,在一定頻率范圍內(nèi),楔形樁其他設(shè)計參數(shù)不變時,楔形樁樁頂動剛度和動阻尼均會分別隨著楔角、樁長、樁端截面半徑和樁身彈性縱波波速的增大而增大。在一定低頻范圍內(nèi),當上層樁側(cè)土或下層樁側(cè)土由軟到硬變化時,楔形樁樁頂動剛度和動阻尼均會逐漸增大,且上層樁側(cè)土性質(zhì)變化對樁頂動剛度和動阻尼的影響更為敏感。當樁側(cè)土為上下兩層時,如果某一層樁側(cè)土逐漸變軟,土層界面會出現(xiàn)同向反射,如果某一層樁側(cè)土逐漸變硬,土層界面會出現(xiàn)反向反射,從而給樁基無損檢測信號的判斷帶來一定的干擾。 (2)綜合考慮楔形樁成樁效應引起的樁側(cè)土體施工硬化和施工軟化效應,提出豎向剪切復剛度傳遞模型來描述樁側(cè)擾動土體的徑向非均勻特性,建立了考慮成樁效應時樁土系統(tǒng)豎向耦合振動的定解問題。通過豎向剪切復剛度傳遞方法求得了樁側(cè)土作用在樁身的豎向剪切復剛度的解析式,進一步,結(jié)合積分變換技術(shù)和阻抗函數(shù)傳遞技術(shù),先后推導得到了考慮成樁擾動效應時楔形樁樁頂頻域響應解析解和相應的時域響應半解析解。由參數(shù)分析法的結(jié)果可知,在一定頻率范圍內(nèi),可以在一定徑向范圍內(nèi)加固樁側(cè)土來增強樁土系統(tǒng)抵抗豎向變形和豎向振動的能力。如果成樁效應引起樁側(cè)土體的施工軟化,則會導致樁土系統(tǒng)抵抗豎向變形和豎向振動的能力減弱。樁頂速度頻域響應曲線共振峰的幅值會隨看擾動十體硬化范圍和硬化程度的增大而逐漸減小,隨著擾動土體軟化范圍和軟化程度的增大而逐漸增大。樁頂速度時域響應曲線一次樁尖反射信號幅值會隨著內(nèi)部區(qū)域硬化土體硬化范圍和硬化程度的增大而逐漸減小,隨著內(nèi)部區(qū)域軟化土體的軟化范圍和軟化程度的增大而逐漸增大。 (3)基于微分思想將楔形樁沿豎向離散為一系列的微元段,對樁側(cè)土采用平面應變模型,對楔形樁采用彈性桿件扭轉(zhuǎn)振動模型,建立了楔形樁與樁側(cè)土耦合扭轉(zhuǎn)振動的定解問題。采用阻抗函數(shù)傳遞方法,通過嚴格求解得到了扭轉(zhuǎn)激振作用下頻域內(nèi)楔形樁樁頂扭轉(zhuǎn)復剛度和樁頂角速度響應的解析解和相應的時域內(nèi)樁頂角速度響應的半解析解。由參數(shù)分析法的結(jié)果可知,在一定低頻范圍內(nèi),隨著楔角、樁長、樁端截面半徑和樁身剪切波速的增大,楔形樁樁頂扭轉(zhuǎn)動剛度和動阻尼均逐漸增大。當樁側(cè)土具有軟弱夾層或堅硬夾層時,樁頂角速度頻域響應曲線會出現(xiàn)大峰夾小峰的振蕩現(xiàn)象,且軟弱土夾層性質(zhì)越差時,共振峰幅值會越大,堅硬土夾層性質(zhì)越好時,共振峰幅值會越小。當樁側(cè)土存在軟弱夾層時,樁頂角速度時域響應曲線相應位置處會出現(xiàn)類似于縮頸的反射信號,當樁側(cè)土存在堅硬夾層時,樁頂角速度時域響應曲線相應位置處會出現(xiàn)類似于擴頸的反射信號。 (4)采用環(huán)向剪切復剛度傳遞模型來描述樁側(cè)擾動土體的徑向非均勻特性,建立.了考慮成樁效應時楔形樁扭轉(zhuǎn)振動的定解問題。采用環(huán)向剪切復剛度傳遞方法和阻抗函數(shù)遞推方法,通過嚴格推導得到了頻域內(nèi)楔形樁樁頂角速度響應的解析解和時域內(nèi)樁頂角速度響應的半解析解。由參數(shù)分析法的結(jié)果可知,在一定低頻范圍內(nèi),楔形樁樁頂扭轉(zhuǎn)動剛度和動阻尼均會隨著擾動土體硬化范圍和硬化程度的增大而有一定程度的增大。隨著擾動土體軟化范圍和軟化程度的增大,楔形樁樁頂扭轉(zhuǎn)動剛度和動阻尼均有一定程度的減小。(?)形樁樁頂角速度頻域響應曲線共振峰的幅值隨著擾動土體硬化范圍和硬化程度的增大而逐漸減小,隨著擾動土體軟化范圍和軟化程度的增大而逐漸增大。楔形樁樁頂角速度時域響應曲線一次樁尖反射信號的幅值隨著擾動土體硬化范圍和硬化程度的增大而逐漸減小,隨著擾動土體軟化范圍和軟化程度的增大而逐漸增大。 (5)當楔形樁樁身存在變截面或變模量樁段時,樁頂(角)速度頻域響應曲線和樁頂(角)速度時域響應曲線均會與正常楔形樁存在較大的差異,在楔形樁成樁質(zhì)量分析盯需仔細考慮變截面或變模量樁段的影響。 (6)綜合來說,利用樁土系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動理論得到的樁頂角速度頻域響應曲線和時域響應曲線變化規(guī)律與利用樁土系統(tǒng)豎向振動理論得到的樁頂速度頻域響應曲線和時域響應曲線變化規(guī)律一致,只是變化的幅度會相對較小。因此,利用樁土系統(tǒng)豎向振動理論作為樁基無損檢測的理論依據(jù)更為可靠。
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【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU473.1

【參考文獻】

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本文編號：1752243