均质土中部分埋入承台-单桩系统瞬态波动响应研究

摘要

桩基础被广泛应用于各种具有高承载力要求的工程构筑物，对于桩基的质量检测，目前已有较为成熟的研究成果，并在工程实践中得到广泛应用。对桥梁、码头和海洋平台以及已有结构物下的桩基的研究还比较少，当已有结构物的桩基受到桩基或使用时间较长，要对其安全性、完整性进行检测时往往有较大困难，而这类桩基可以简化为部分埋入承台-单桩系统，对其施加斜向激振力来研究。本文利用回传射线矩阵法对均质土中部分埋入承台—完整单桩系统、变截面单桩系统、变模量单桩系统在斜向激振作用力下的时域响应进行了研究。
　　首先研究均质土中部分埋入承台—完整单桩系统的瞬态波动响应，桩与土相互作用采用Winkler地基模型，用一个弹簧和一个与速度有关的阻尼器以平行方式耦合来模拟桩土之间的相互作用，考虑土体阻尼和桩身材料阻尼，桩材阻尼为粘性阻尼，与桩身的应变速度成正比，建立纵波波动方程。挠曲波在桩土系统中传播，桩与土相互作用采用Winkle-r模型。选择Timoshenko梁理论为挠曲波在桩土系统（或杆件）中的传播模型，建立挠曲波波动方程。对均质土中部分埋入承台-完整单桩系统在斜向冲击力作用下的初期瞬态响应进行了研究，利用回传射线矩阵法，研究激振力方向（水平作用、斜向作用）对接收点的瞬态波动响应的影响，进一步分析激振力作用的角度、桩身材料阻尼大小、桩的外露长度对接收点瞬态响应的影响。研究表明斜向作用力与水平方向的夹角越大，轴向速度波波幅越大，横向波、剪力波、弯矩波波幅越小；桩的外露长度对反射波影响较小。
　　其次，研究均质土体中部分埋入承台-变截面单桩系统在斜向冲击力作用下的瞬态波动响应，利用回传射线矩阵法，对部分埋入承台—变截面单桩系统在斜向冲击力作用下的轴向速度波、横向速度波、剪力波、弯矩波进行了计算分析，将部分埋入承台—完整单桩系统和变模量单桩系统的时域响应曲线进行了对比；进一步分析了缺陷长度、缺陷程度、缺陷埋深、脉冲宽度等因素对接收点瞬态波动响应的影响。研究表明均质土中部分埋入承台-缺陷单桩系统的波动响应与完整单桩系统有较大区别；均质土中部分埋入承台-扩颈单桩系统和缩颈单桩系统在缺陷单元节点处的反射波波的方向相反；缺陷程度越大，缺陷单元节点的反射波波幅越大；缺陷埋深越大，缺陷单元节点的反射波到达接收点的时间越迟。
　　再次，用减小杨氏模量的方法来模拟桩身离析，对部分埋入承台—变模量单桩系统在冲击力作用下的初期瞬态响应进行了研究，将均质土中部分埋入承台-完整单桩系统和变模量单桩系统的时域响应曲线进行了对比；进一步分析了缺陷长度、缺陷程度、缺陷埋深、缺陷长度、脉冲宽度等因素对接收点瞬态波动响应的影响。研究表明经过缺陷单元的均质土中部分埋入承台-变模量单桩系统的轴向速度波的到达时间有所延迟；缺陷埋深不同，对土层分界面以上波的传播和桩底的反射波没有影响。
　　最后对全文进行了总结，对进一步的研究提出了一些建议。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 均质土中部分埋入承台—完整单桩系统的瞬态响应

2.1桩土系统的基本方程

2.2 回传射线矩阵法基本原理

2.3 激振力斜向作用时轴向速度波到达时间分析

2.4 均质土中部分埋入承台-完整单桩系统受水平和斜向作用时的瞬态响应

2.5 激振力斜向作用的角度对接收点瞬态响应的影响

2.6影响因素分析

2.7 本章小结

3均质土中部分埋入承台-变截面单桩系统的瞬态响应

3.1 回传射线矩阵法基本原理

3.2均质土中部分埋入承台-变截面单桩系统轴向速度波到达时间分析

3.3 均质土中部分埋入承台-完整单桩与缺陷单桩系统瞬态响应分析

3.4 均质土中部分埋入承台-扩径单桩与缩颈单桩系统瞬态响应分析

3.5 影响因素分析

3.6 本章小结

4. 均质土中部分埋入承台—变模量单桩系统的瞬态响应

4.1 回传射线矩阵法基本原理

4.2均质土中部分埋入承台-变模量单桩系统轴向速度波到达时间分析

4.3 均质土中部分埋入承台-完整单桩系统和变模量单桩系统瞬态响应分析

4.4 影响因素分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2进一步研究的建议

致谢

攻读硕士期间的研究成果

参考文献