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轴对称条件下基桩扭转振动的三维解析解及其动力特性研究

高放  
【摘要】:本文建立了三维轴对称条件下桩土扭转振动的动力学模型。忽略桩周土纵向应力梯度并假定土体满足平面应变模型,利用分离变量法及Laplace变换求解了桩身运动方程的变换域解。结合桩土系统的耦合条件及边界条件,得到了桩顶面任意位置处动力响应和动阻抗的变换域表达式。应用Laplace逆变换,得到了三维轴对称条件下基桩扭转振动的时域动力响应。通过模拟计算来对比一维理论及实测结果,并对三维动力响应的时域特征进行分析。此外,还详细地研究了基桩扭转振动时三维效应的来源及其影响因素,并对减小三维效应的影响提出了建议。最后,对基桩扭转振动的动力特性进行了分析研究,并依次探究了桩土参数对其动力特性的影响规律。结果表明:本文的解析结果比一维模型的解答更接近基桩扭转振动的实际情况;扭转振动响应实际是由n个振动模态叠加的结果,其一阶模态是基本的振动模态,二阶模态则是主要的干扰模态;三维效应主要与桩径、桩身弹性模量、激振时间、激振半径有关;传感器放在桩顶r=0.75R处或利用双速度平均法均可以得到三维效应最小的动力测试曲线;增大桩长、桩径和桩身弹性模量会增大桩土系统的动刚度及动阻尼;土层剪切模量(波速)的增加则会增大桩土系统的动刚度,减小其动阻尼;桩土系统的共振频率与桩身弹性模量正相关,与桩长、桩径负相关。


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