發(fā)布時間：2021-10-31 21:57

　　基于Biot波動方程及Novak薄層法理論,采用非線性彈簧模型近似代替上部結(jié)構(gòu)對管樁的柔性約束,并考慮土體剪切模量沿深度的非均質(zhì)變化,在求得樁周土和樁芯土扭轉(zhuǎn)動力阻抗的基礎(chǔ)上,將管樁扭轉(zhuǎn)振動方程離散成差分格式,最終獲得了樁頂柔性約束下非均質(zhì)飽和土中端承管樁扭轉(zhuǎn)振動的頻域響應(yīng)。研究表明:隨著柔性約束參數(shù)n、M_u的增大,樁頂實剛度在兩個參數(shù)高、低區(qū)段內(nèi)數(shù)值不變,中間隨n、M_u逐漸增大,而T₀的影響則與之相反;動阻尼隨n、M_u、T₀的變化呈現(xiàn)出近似的正態(tài)曲線分布模式;增大土層非均質(zhì)系數(shù)a,將使樁頂實剛度逐漸增大,動阻尼迅速減小,且最終保持不變。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

樁頂柔性約束下管樁扭轉(zhuǎn)振動計算模型

為驗證上述理論推導(dǎo)的正確性,分別與張智卿等[24]的實心樁結(jié)果和Zheng等的管樁結(jié)果進行對比。參數(shù)取值為:a=0,Ki=10-10N·m/rad,Mu=10-10N·m,n=10-10,h=0.1 m。其中,對比實心樁時,參數(shù)同文獻[24],具體取H=20 m,r1=1 m,r2=10-4m,η=0.45,ρs=2 600 kg/m3,ρf=1 000 kg/m3,kd=10-1m/s,G0=G∞=5.033 6 MPa, ρ p =2500kg/m 3 ,G p = 12.1GΡa, a 0 =ωΗ ρ/G , k ′ Τ =k Τ Η/G p J p ) ;對比管樁時,土體為黏彈性介質(zhì),參數(shù)同文獻[12],具體為:剪切模量為3 MPa,黏性系數(shù)為5 000 N·s/m,即G0=G∞=3×106+5 000 iω。其他參數(shù)為:H=10 m,r1=0.5 m,r2=0.38 m,ρs=2 650 kg/m3,ρf=1 000 kg/m3,η=0.2,kd=10-7 m/s,ρp=2 500 kg/m3,Gp=10 GPa。由圖2和3可知,兩類情況下,本文得到的樁頂阻抗與對比文獻的結(jié)果均具有良好的一致性。圖3 與粘彈性土中管樁結(jié)果對比

圖2 與飽和土中實心樁結(jié)果對比以下建立了鋼管樁-土相互作用的有限元模型(如圖4)。其中,管樁及土體均采用三維八結(jié)點縮減積分單元(C3D8R),并在土體單元四周設(shè)置無限元吸收邊界;模型范圍取60倍樁徑;樁與土接觸面采用tie約束,土體及樁端均采用固定約束。分析步采用動態(tài)隱式分析步。在樁頂圓心處設(shè)置參考點,并與樁頂進行運動耦合約束,通過參考點施加簡諧扭矩。借助參考點先在樁頂添加線性彈簧,然后通過修改彈簧轉(zhuǎn)角和扭矩關(guān)系,將線性彈簧改為非線性彈簧。取n=1,Ki=105kN·m/rad,Mu=103kN·m,其他參數(shù)同下述4.2節(jié)算例。獲得角位移時程曲線后,通過數(shù)據(jù)擬合得到相位差?,并根據(jù)下式可求得樁頂動力阻抗[25]。圖5為數(shù)值模擬結(jié)果與理論解的對比。總的說來,兩者結(jié)果較為吻合,再次驗證了本文理論推導(dǎo)的正確性。

【參考文獻】：
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