不同土质中基桩的横向振动特性分析及应用

摘要

随着我国建筑工程事业的蓬勃发展，桩基础已经成为一种重要的基础形式，现已被广泛应用于高层建筑、铁路桥梁、核电站、近海采油平台、海岸码头以及大型动力机器基础等工程中。对承受水平荷载或力矩作用的桩基静、动力学特性的研究已越来越受到各国学者广泛的重视。例如，海洋平台等近海工程的桩基经常受到波浪荷载、冰荷载和风荷载等强烈环境荷载的联合作用，因而承受着较大的水平荷载，可能发生较大的水平变位；另外，在高、重、大建筑物的抗震计算中，桩基水平振动的分析计算是整个抗震设计的核心。在这种情况下，仅仅从静力角度的分析已经不能满足工程设计的要求，基桩的横向动力特性已受到了越来越普遍的关注。 桩基水平振动动力特性的研究一直是岩土工程中的一个重要课题，也是动力基础设计的一项关键技术，桩一土动力相互作用在桩基础的设计与施工过程中占有相当重要的地位。但关于横向动力受荷桩的理论和性状至今仍处于研究阶段，本文主要针对桩基础在横向荷载作用下的动力特性进行了一些肤浅的研究，并分析了桩的长径比、桩土刚度比、激振频率等因素对桩基横向动力响应的影响。 论文首先从均匀土层中的基桩着手，通过建立基桩的有阻尼横向振动的微分方程，解出基桩在桩顶受水平简谐荷载作用下的位移解，并在分析中考虑了桩体的剪切变形；继而把此解推广到分层土中，对层状地基中基桩受水平谐和荷载作用下的工作性状进行了分析，并得到了成层粘弹性地基中考虑桩体剪切变形的基桩横向振动解，还分析了剪切变形对横向动力响应的影响； 此外，文中还对桩顶受到横向冲击荷载时基桩的瞬态横向动力响应进行了分析。分析中针对桩基础施工中使用机械清理桩头时经常遇到的撞击问题，把桩周土当作Winker地基，运用弹塑性碰撞理论，由拉氏正变换和逆变换解析地得到了桩顶受到横向冲击荷载时桩的瞬态横向动力响应，并结合相应的工程实例，对竖直桩的配筋及所能承受的横向撞击速度的临界值作了探讨，还提出了相应的施工改进措施。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.2桩基横向振动特性的研究方法及现状

1.3本文主要内容

第二章地基梁横向振动的基本理论

2.1振动方程

2.2地基梁的横向自由振动解

2.3剪切变形与转动惯量影响

2.4地基梁的横向受迫振动解

第三章匀质土中基桩的横向振动特性分析

3.1引言

3.2均匀土中忽略桩体剪切变形的基桩的横向振动特性分析

3.2.1基本假设及振动微分方程

3.2.2由分离变量法在时域内进行求解

3.2.3在复频域内求解

3.2.4影响参数分析

3.3均匀土中考虑桩体剪切变形的基桩的横向振动特性分析

3.3.1微分方程的建立

3.3.2求解

3.3.3影响参数分析

3.4本章小结

第四章层状土中基桩的横向振动特性分析

4.1引言

4.2层状土中忽略桩体剪切变形的基桩的横向振动特性分析

4.2.1基本假定及控制微分方程

4.2.2求解

4.2.3与有限元结果比较

4.2.4影响参数分析

4.3层状土中考虑桩体剪切变形的基桩的横向振动特性分析

4.3.1基本控制微分方程的建立

4.3.2求解

4.3.3影响参数分析

4.4本章小结

第五章均质土中冲击荷载作用下的基桩的横向振动特性分析

5.1引言

5.2振动特性分析

5.2.1基本控制微分方程

5.2.2求解

5.3工程应用

5.3.1工程概况

5.3.2激振力作用时间t0的确定

5.3.3桩身抵抗弯矩的计算

5.3.4结论与建议

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2进一步研究的建议

参考文献

致谢

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文