正六边形布置的周期性排桩屏障模型试验及其减振影响因素分析

摘要

人工振源产生的振动波在土体中沿各个方向传播，会对邻近的建筑、管线以及精密仪器造成影响甚至危害人体健康，因此，采取有效的减振措施来减少人工振动的危害和治理振动污染显得尤为重要。本文从振动的传播路径出发，结合周期性结构衰减域特性对周期性排桩减振系统进行模型试验和数值模拟。分析了正六边形布置的周期性排桩屏障对振动的减振效果和衰减域频率范围，验证了周期性排桩-土动力相互作用数值分析模型的有效性，进而研究周期性排桩屏障减振的影响因素。主要研究内容包括:
　　(1)介绍周期性屏障减振的基本原理，介绍布拉格散射机理和局域共振型机理，阐述周期性排桩-土体动力相互作用研究方法，确定本文采用试验方法和数值计算相结合的方法研究周期性排桩的减振作用。
　　(2)进行周期性排桩屏障模型试验，模型试验在轨道减振与控制实验室地下二层进行。试验采用正六边形布置的周期性钢管桩和粉质黏土，分别进行有排桩和无排桩试验，以土体表面加速度为测量对象，测量土体表面测点三个方向振动加速度，分析周期性排桩的减振效果及其衰减域。
　　(3)基于模型试验的参数，利用ABAQUS软件建立周期性钢管排桩-地基土三维有限元-无限元数值分析模型，对正六边形布置的周期性排桩屏障的减振效果进行分析。并将数值模拟的计算结果与模型试验结果进行对比，验证了本文所采用的周期性排桩-地基土数值分析模型的合理性和有效性。
　　(4)研究正六边形布置的周期性排桩屏障减振的衰减规律及其影响因素，利用ABAQUS软件建立工程中实际尺寸的周期性排桩-地基土三维有限元-无限元模型，计算移动荷载作用下地基土表面的振动响应，并进一步分析了桩长、桩径、桩间距对周期性排桩减振效果的影响。

目录

声明

致谢

摘要

1．1研究背景

1．2周期性结构振动控制基本理论综述

1．2．1周期性结构简介

1．2．2周期性结构的振动衰减域机理

1．3周期性排桩-土动力相互作用的研究方法综述

1．4周期性排桩减振的研究现状综述

1．4．1周期性排桩减振的国外研究现状

1．4．2周期性排桩减振的国内研究现状

1．5本文研究内容及研究特色

1．5．1本文研究内容

1．5．2本文研究特色

2正六边形布置的周期性排桩减振模型试验研究

2．1模型试验设计方案

2．1．1试验概况

2．1．2试验主要仪器

2．1．3试验内容及步骤

2．2背景振动测试

2．2．1试验目的和内容

2．2．2试验结果及分析

2．3边界材料比选试验

2．3．1试验目的和内容

2．3．2试验结果及分析

2．4土的物理力学参数测定

2．4．1密度和含水率测量

2．4．2土的泊松比测定

2．4．3土体弹性模量测定

2．5周期性排桩减振模型试验结果分析

2．5．1振动指标的选取

2．5．2竖直方向的振动分析

2．5．3水平方向的振动分析

2．5．4试验结果总结

2．6本章小结

3周期性排桩-土体动力响应的数值模拟及试验验证

3．1结构动力响应数值计算方法

3．1．1结构动态响应运动方程的建立和求解

3．1．2 ABAQUS中求解方法的选择

3．2无限元边界

3．2．1无限元边界基本理论

3．2．2无限元边界在ABAQUS里的实现方法

3．3阻尼及积分步长

3．3．1阻尼

3．3．2积分步长

3．4约束和接触

3．5数值模型的建立

3．5．1正六边形布置的周期性排桩-土体三维模型

3．5．2阻尼和积分步长的确定

3．5．3约束和接触的设置

3．5．4输出的设置

3．6数值模型结果与模型试验结果的对比分析

3．6．1竖直方向的振动分析

3．6．2水平方向的振动分析

3．6．3数值计算结果与模型实验结果的对比分析

3．7本章小结

4 移动荷载作用下周期性排桩的减振影响因素分析

4．1．1计算参数的选取及模型的建立

4．1．2模型尺寸、单元及边界

4．1．3阻尼及积分步长的确定

4．1．4约束和接触的设置

4．2桩长对周期性排桩减振效果的影响

4．2．1竖直方向振动分析

4．2．2水平方向振动分析

4．3桩径对周期性排桩减振效果的影响

4．3．1竖直方向振动分析

4．3．2水平方向振动分析

4．4桩间距对周期性排桩减振效果的影响

4．4．1竖直方向振动分析

4．4．2水平方向振动分析

4．5减振影响因素的对比

4．6本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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