李坤[1]2004年在《基桩非线性动力学行为的数值模拟研究》文中进行了进一步梳理桩基础作为一种古老、传统的基础型式，在工程建设中占据了重要地位。我国平均每年用桩量至少有百万根以上，费用约占工程总造价的25％。由于其承载力高、沉降量小，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。在近海工程与海港工程中大量采用的桩基结构物在恶劣海况的强烈动荷载作用下会进入非线性状态并危及结构物的安全。因此，有必要对在动荷载作用下桩的非线性特性给予高度的重视，并深入开展这方面的研究。 本论文运用非线性动力学原理，对在轴向力作用下单桩的非线性模型进行分析，从而找出对在轴向力作用下单桩力学行为起主导作用的因素。理论分析与数值模拟的有机结合即可说明理论的合理性，也可证实数值模拟的可靠性。 本文的研究工作及特色如下： (1) 总结了现阶段国内外桩基非线性行为研究的现状。介绍了非线性动力学的基本知识。探讨了求解在轴向力周期往复激振力及瞬态激振力作用下单桩非线性问题的数学方法。 (2) 通过时程曲线、相平面图、蓬加莱映射、功率谱、分岔图来判断混沌现象，归纳了一类非线性振动系统方程的一些出现混沌现象的规律。寻求适合解决基桩动力非线性问题的有效方法，给出一些有益的结论。 (3) 导出完整基桩受瞬态激振力作用下纵向非线性振动模型，并采用有限差分法计算桩的瞬态纵向振动。桩身各点纵向振动时程由空间曲面网线图表示。数值计算响应与工程桩的反射波动测法进行了分析和比较。 (4) 用伽辽金方法转化非线性偏微分方程为常微分方程组，再运用变步长龙格-库塔法原理编制出Matlab程序求解常微分方程组，得到绘制时程曲线图、相平面图、功率谱、Poincare映射图等需要的数据文件。 (5) 结合在轴向周期往复激振力作用下单桩非线性动力学行为实例，用武汉理工大学硕士学位论文Matlab软件进行数据绘图分析，得到了时程曲线、相平面图、功率谱、Poincare截面图等共50余幅图。考察了在轴向力作用下决定单桩非线性动力学行为的各种参数的影响。关健词:激振力，非线性，伽辽金法，龙格一库塔法，有限差分法，P。incare截 面，分岔，混沌
彭华中[2]2005年在《基桩完整性非线性振动诊断研究》文中指出桩基础是建筑物的一种重要的基础结构形式,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。在近海工程与海港工程中大量采用的桩基结构物在恶劣海况的强烈动载作用下会进入非线性状态并危及结构物的安全,故准确的桩基完整性检测无疑是十分重要的。桩的纵向振动理论是各种动态试桩方法的理论基础,开展这一理论的研究对于进一步弄清动力试桩的机理,正确分析和解释动力试桩曲线是非常重要的。目前,在此领域的研究中,大部分是把桩土系统线性化。当诊断对象的非线性较为突出时,基于线性振动理论的缺陷分析和诊断与预测方法不仅可能导致定量上的误差,更重要的是,将忽略与缺陷密切相关的、丰富的系统非线性动力学行为,进而不利于对桩的准确诊断,甚至误诊、漏诊。 本论文运用线性及非线性动力学原理,对在轴向力作用下单桩的线性及非线性模型进行分析,从而找出对在轴向力作用下单桩力学行为起主导作用的因素。理论分析与数值模拟的有机结合即可说明理论的合理性,也可证实数值模拟的可靠性。 本文的研究工作及特色如下: (1) 总结现阶段国内外桩基完整性小应变检测研究的现状与存在的问题。重点介绍了桩基纵向振动的频率分析法和时域分析法。 (2) 基于桩基波动理论,从桩—土系统共同作用的波动方程入手,结合初始条件、边界条件导出了完整桩的瞬态速度响应模型,并由此导出了频率域中桩基振动响应特征,为分析频率域响应曲线提供了依据。 (3) 考虑桩为变截面的缺陷桩,建立缺陷桩的桩土模型,通过Laplace变换并结合阻抗函数的传递性,求得了均质土中桩在任意激振力作用下桩顶阻抗的解析表达式,进而求得了半正弦脉冲作用下的速度响应的半解析式,最后求出了任意段变截面桩速度响应的半解析解;在此基础上,用Matlab编制相应的程序,研究了桩周土阻尼系数、缺陷程度、桩身刚度对振动特性的影响规律,为实际工程测试提供了依据。 (4) 重点论述了非线性动力学的分析方法、混沌的数值识别方法、求解非线性动力学方程的GalerkiIl方法和龙格-库塔方法。
胡胜刚[3]2005年在《基于P-Y曲线模型的桩基非线性性状分析研究》文中进行了进一步梳理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。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。对于水平静荷载及循环荷载,P-Y曲线法是一种能较好地反映桩基非线性变形特性的方法。此外,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。仅仅从静力角度的分析已不能满足工程设计的要求,桩基的横向动力特性已受到了越来越普遍的关注。在动态问题中,不仅需要知道水平位移及应力的变化规律,而且还要研究静态问题中所没有的频率相关性、共振现象和其它复杂的非线性特性。在近海工程与海港工程中大量采用的桩基结构物在恶劣海况的强烈动荷载作用下会进入非线性状态并危及结构物的安全。因此,有必要对在动荷载作用下桩的非线性特性给予高度的重视,并深入开展这方面的研究。 本论文运用非线性动力学原理,对在横向力作用下单桩的非线性力学模型进行分析,从而找出对在横向力作用下单桩力学行为起主导作用的因素。理论分析与数值模拟的有机结合即可说明理论的合理性,也可证实数值模拟的可靠性。 本文的研究工作及特色如下: (1) 研究了桩—土相互作用性状,重点论述了P-Y曲线作为桩周土模型的计算方法。正确模拟桩周土的性态并有效的考虑其对桩的反应的影响,分析和选取适当的桩周土模型,如连续介质解析理论方法、文克尔地基梁模型法、有限元和边界元理论方法、P-Y曲线方法等。 (2) 探讨了水平承载单桩与群桩的分析计算方法,计算和分析经由上部结构向桩基础传递的或由土压力施加于桩基础的水平荷载作用下桩基础的变位及承载力等。 (3) 探讨了如何利用P-Y曲线求解水平承载桩变位、转角、弯矩和桩身剪力等,分析P-Y曲线法和弹性地基反力法的区别,研究P-Y曲线法在水平承载桩计算中的特点,同时寻求选取P-Y曲线计算参数的正确方法。
《中国公路学报》编辑部[4]2014年在《中国桥梁工程学术研究综述·2014》文中指出为了促进中国桥梁工程学科的发展,系统梳理了各国桥梁工程领域(包括高性能材料、桥梁作用及分析、桥梁设计理论、钢桥及组合结构桥梁、桥梁防灾减灾、桥梁基础工程、桥梁监测、评估及加固等)的学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先在总结了中国桥梁工程建设成就的同时对未来桥梁工程的发展趋势进行了展望;然后分别对上述桥梁工程领域各方面的内容进行了细化和疏理:高性能材料方面重点分析了超高性能混凝土(UHPC)和CFRP材料,桥梁作用方面分析了车辆荷载和温度,钢桥及组合结构桥梁方面分析了钢桥抗疲劳设计与维护技术和钢-混凝土组合桥梁,桥梁防灾减灾方面分析了抗震、抗风、抗火、抗爆和船撞及多场、多灾害耦合;最后对无缝桥、桥面铺装、斜拉桥施工过程力学特性及施工控制、计算机技术对桥梁工程的冲击进行了剖析,以期对桥梁工程学科的学术研究提供新的视角和基础资料。
胡春林, 谌文, 李坤[5]2004年在《轴向载荷作用下基桩非线性动力学行为探讨》文中进行了进一步梳理综合利用数学、力学和桩基工程中的理论和方法来解决基桩非线性动力学分析中的主要问题 根据动力学原理建立在轴向载荷作用下基桩非线性动力学模型 ,综合应用多种数值方法进行理论分析、数值模拟和待定参数的研究 ,寻求适合基桩非线性动力学行为分析的有效方法 ,给出一些有益的结论
马建军[6]2012年在《土—细长结构物相互作用的非线性动力学研究》文中研究说明在土木工程领域，土-结构相互作用问题是结构动力响应分析及相关设计的重要组成部分。在地震动激励下，以大跨度桥梁和重大岩土工程为例，其下部结构物的动力响应均对结构体系的抗震性能有重要影响。由工程实际可知，结构物的下部基础通常为细长结构物，且按基本特征可分为横向细长结构物(弹性地基梁)和纵向细长结构物(桩)。从传统的观点看，已有研究普遍认为弹性地基对其支承结构物有较强的约束作用，并将显着抑制土-结构相互作用的动力响应。因此，对于土-细长结构物相互作用的已有研究则多关注其线性特性，并弱化了土-结构相互作用特性对于结构物动力响应的影响效应。显然，将非线性动力学理论运用到土-细长结构物相互作用动力响应建模及分析的研究仍十分少见。为精确揭示土-细长结构物相互作用的动力响应，需要将土-结构相互作用效应在结构动力响应中的贡献引入到系统的建模分析中。通过系统研究可知，若考虑土-结构相互作用引起的二次弯矩效应，则土-细长结构物相互作用精细化模型的非线性动力学方程中将含有多种非线性项：平方非线性、立方非线性和参数激励项。因此，从非线性动力学角度看，此时土-细长结构物相互作用的动力响应中可能存在非常丰富的非线性动力学现象。为全面揭示土-细长结构物相互作用的非线性动力学特性，本论文考虑土-结构相互作用影响效应及细长结构物的几何非线性，建立了弹性地基梁和桩的精细化动力学模型。进而，结合非线性动力学理论，运用多尺度方法对土-细长结构物的非线性动力响应进行系统研究。同时，基于理论计算结果，分析了弹性地基参数、地基模型、边界约束等对土-细长结构物相互作用非线性动力响应的影响。最终，为促进研究成果的应用，与理论试验设计和统计分析相结合，针对土-细长结构物相互作用的非线性动力响应提出了动力参数筛选及设计方法。本论文的主要内容及创新点为以下几个方面：1.鉴于土-结构相互作用问题的重要性，本文首次将土-结构相互作用引起的二次弯矩效应引入到非线性动力学研究中。基于本文研究可知，土-结构相互作用引起的非线性特性可归为一类新的非线性现象。新非线性特性的发现拓展了非线性动力学的理论研究，有重要的理论意义。2.为研究弹性地基模型对其支承结构物动力响应特性的影响，本文在推导出叁参数(Kerr模型)地基反力的显式近似表达式的基础上，给出了四种常见模型(Winkler、Vlasov、Pasternak、Kerr)地基反力的统一表达式。进而，提出了弹性地基模型对结构物动力响应影响效应的对比评价方法。3.将土-结构相互作用产生的二次弯矩效应引入到土-细长结构物的动力学建模中，分别利用Newton法和Hamilton原理建立了弹性地基梁的非线性动力学模型。进而，研究了土-结构相互作用效应对于弹性地基梁非线性动力响应特性的影响。并且，通过弹性地基梁非线性内共振响应研究发现，二次弯矩效应导致了连续系统保守特性的破坏。4.基于本文所建模型，对弹性地基梁的自由振动进行了分析，发现其面内运动固有频率谱中存在截止频率。进而，对比研究了系统在截止频率前后的模态构型及线性和非线性动力响应特性。显然，本文提出的精细化模型可更全面地揭示不同场地支承时细长结构物的动力学特性。5.将二次弯矩效应影响引入到纵向细长结构物的动力响应研究中，运用Hamilton原理建立了水平/轴向受荷桩的非线性动力学分析模型。进而，与非线性动力学理论相结合，研究了桩的多阶屈曲现象及屈曲频率问题。为拓展研究并结合工程实践需求，在群桩基础的非线性动力响应研究中考虑群桩效应影响，并对比研究了群桩效应对系统动力响应中土-结构相互作用效应的影响。6.基于理论试验设计和统计分析方法，提出了土-细长结构物相互作用的动力参数设计。利用该动力参数设计方法，可有效地筛选出对目标响应影响显着的关键参数，并可量化和直观展现参数的影响效应，进而为结构的动力设计和优化提供理论指导。
陶磊[7]2017年在《工程结构考虑地基—结构动力相互作用影响的地震响应分析》文中提出一般的建筑物体量较小,建基面位于平坦的地面。结构的地震反应分析,常采用刚性基底假定,按一致地震动输入处理,即忽略了地基—结构的动力相互作用。建造于高山峡谷中的高坝,建基面位于开挖露出基岩的谷底和部分边坡之上,呈U形或V形。若研究高坝在极端地震下的灾变行为,需重点考察坝与建基面,坝段之间的横缝的张合与滑移过程。如果不计地基—坝体的动力相互作用,模拟结果会严重失真。近几年我国火电与核电建设中的出现了高度200m级的大型冷却塔,底部直径达到了 150m以上,冷却塔的自振特性表现为前数十阶乃至上百阶振型均为局部振型,相应自振频率分布十分密集,明显不同于常规的建筑结构。据该特点容易联想到冷却塔结构将会对地基—结构的动力相互作用以及地震动的行波效应十分敏感。对高坝和高耸冷却塔抗震研究而言,动力相互作用问题愈显突出,是一个不可回避的关键科学问题。针对上述两类结构,以实际工程项目为研究背景,建立了设置粘弹性人工边界的地基—结构动力相互作用的叁维分析模型,分别推导了自由场输入情况下,S波和P波竖向入射、SH波水平入射、LOVE.面波水平入射叁种情况下,近域地基的前、后、左、右和底面五个人工边界面上不同位置的等效结点动力荷载的表达式。采用通用程序ANSYS,对碾压混凝土坝和冷却塔算例结构,计入地基—结构动力相互作用影响,开展相应的地震反应分析,进行了多种工况下的计算对比分析研究,主要研究内容及成果如下:1.以印度尼西亚某实际碾压混凝土重力坝作为算例结构,开展最大可信地震(MCE)情况下混凝土重力坝全坝段叁维有限元非线性灾变分析,分别按无质量地基模型—致地震动输入方法和粘弹性边界地震动输入方法,同时考虑几何非线性和接触非线性,进行地震反应时程分析。在地震过程中各缝面均产生张开—闭合—接触—滑移现象。从坝顶关键点永久位移、坝基开裂范围、横缝张开度和滑移量,以及震后静力抗滑稳定安全系数可以判断,大坝具有一定安全裕度,考虑无限地基辐射阻尼效应的粘弹性人工边界模型结果的动力响应较无质量地基模型结果小。2.得到了地基—库水—重力坝模型以正常蓄水位下的正常运行静力工况为初始条件,整个体系的MCE地震作用下全过程的灾变形态,并对地震作用下单坝段抗滑、抗倾覆等抗震安全性进行了评价。3.利用弹性波动理论,首次推导了水平向SH波、LOVE面波入射时的地震动输入公式,并编制APDL命令在通用程序ANSYS中得以实现。通过按正弦规律变化的SH波、LOVE面波的算例,与解析解对比验证了新建输入方法的正确性。4.研究了地基刚度变化对冷却塔动力特性的影响规律。通过算例冷却塔建立了包含均匀弹性地基的地基—冷却塔模型和考虑承台、基桩协同工作的桩基—承台—冷却塔有限元模型,分别取不同地基剪切波速以及刚性地基模型进行参数敏感性分析。研究表明:冷却塔的自振频率分布十分密集,基本振型均为塔筒局部振型,整体振型出现较晚,随着地基刚度的增加,各阶自振频率有所增加,但增幅有限。桩基—承台—冷却塔有限元模型,能够考虑到地基的有限刚度影响,其动力特性与地基—冷却塔模型规律基本一致。5.研究了同时考虑行波效应和地基—结构动力相互作用两种因素对冷却塔结构地震反应的影响规律。在无质量地基模型一致地震动输入情况下,塔筒上沿子午向和环向平面各点位移、加速度变化很小,呈整体平动特点,地基刚度变化对塔筒动力响应影响很小。辐射阻尼效应可显着降低结构体系的动力响应,采用粘弹性边界模型,塔筒的绝对加速度最大值降低40%左右。在SH波、LOVE面波输入情况下,以基本振型为主的局部振型被激发出来。考虑辐射阻尼效应后,冷却塔基底各点输入的加速度峰值较无质量地基模型减少20%～50%,但环向分布特点基本一致,沿输入的水平方向略大于与其正交的水平向,考虑行波效应后,各基底输入点存在明显相位差。不同地基土剪切波速的水平入射SH波,若输入SH波波速较慢,各代表点响应较低,辐射阻尼效应很显着;若输入SH波波速较快,则各代表点响应较大,接近于无质量地基模型情形,辐射阻尼效应比行波效应对于结构的影响更为明显。随着地基土剪切波速的增加,基底支承点处的绝对加速度逐渐接近自由场地震动输入,上部结构对地震波的散射效应逐渐减弱。6.在无质量地基模型一致地震动输入情况下,随着地基刚度的增加,X支柱的轴力变化不大,而绕环向弯矩增加很显着。采用粘弹性边界模型分析,计入辐射阻尼效应,显着增加了塔筒环向内力而降低了子午向内力,X支柱的内力幅值也降低20%～50%。考虑SH波、LOVE面波行波效应后,塔筒的最大主应力有所增加。SH波输入情况下,考虑地基—结构动力相互作用,激发了冷却塔局部振型,随着SH波速波速的增加,X支柱内力增幅明显,可见无限地基辐射阻尼效应的影响很重要,在动力分析时不可忽略。
曹胜敏[8]2008年在《高桩码头桩竖向荷载下静动力学行为研究》文中进行了进一步梳理近几年来,随着国家经济建设的高速发展,桩基础在高层建筑、桥梁、港口码头等工程中广泛应用,并逐渐向多桩型、大直径、超长桩方向发展,桩基设计理论也取得了非常迅猛的发展。复合地基理论、疏桩理论、桩基与上层建筑协调工作理论、打桩动力学、桩基无损检测理论等相继问世。然而,由于土的变异性以及桩-土相互作用的复杂性,关于桩基的理论研究仍有许多待完善的方面。港口高桩码头所处的沿海地区,一般上部均覆盖几米到十几米厚的第四纪覆盖层,均质性差,还时常伴有杂填土及淤泥、淤泥质土等软弱土,复杂的工程地质性质造成桩基承受的力学行为非常复杂;由于码头结构本身的特点,桩基础在海底泥面以上的桩自由段较长,在竖向静动力荷载共同作用下,其承载性状更加复杂,桩基更容易产生失稳破坏。因此,开展码头高桩桩-土耦合以及竖向力学、稳定行为的研究,对进一步认识桩-土之间相互作用关系,获得基桩的静动力行为规律,有着重要的理论和实践意义。在总结概括目前国内外桩基理论及桩基静力、动力行为研究现状的基础上,本文进行了5个方面的研究工作:(1)依托某大型港口工程高桩码头进行了水上静载试验、高应变动力试验和应变测量,通过分析试验数据,给出了桩侧、桩端荷载的传递规律和桩身最大锤击力、最大传递能量以及最大压应力沿桩身的分布规律;通过对静载试验和高应变动力试验数据对比分析表明,动力试验所选取的参数以及建立的桩土力学模型,可以反映沉桩时桩-土相互作用的性状。(2)考虑了桩-土之间的接触效应,采用有限元数值计算方法研究了桩-土体系的荷载传递性状和桩、土材料的物理特性、桩的几何参数对基桩竖向承载性状的影响规律,给出了桩长、桩径、桩体弹性模量、桩土模量比、桩体泊松比对基桩的荷载-沉降曲线的影响;分析了桩长、桩径、桩体弹性模量、桩端土层压缩模量与桩身轴力曲线的相互关系,得出了桩土荷载的传递规律。认为对于桩基设计,应优化选择合适的桩径和长径比,并应适当增大桩体弹性模量,长桩设计承载力应按变形控制为主,桩体泊松比对桩的荷载-沉降曲线影响很小。通过桩侧、桩端阻力发挥性状分析,表明桩侧阻力与桩端阻力的发挥是异步的,二者不仅相互影响,而且其发挥性状还与土层性质、入土深度等多种因素有关。(3)根据WINKLER模型建立了码头高桩的静力屈曲计算模型,并通过ANSYS有限元计算,分析了基床系数、基桩埋入比、桩身倾斜等因素对基桩屈曲行为的影响,给出了码头高桩静力失稳的临界荷载的变化规律。结果表明,影响基桩屈曲临界荷载的主要因素有桩侧土反力、桩身截面形状及截面尺寸、基桩的倾斜程度以及4种地基土抗力模型和成层土中第一层土的基床系数;桩侧摩阻力的影响相对较小,一般情况下可以忽略不计,而桩身自重的影响应视工程实际情况予以考虑。(4)根据Smith桩-土耦合动力力学模型,建立了基桩动力计算模型,对锤击荷载作用下的基桩动力响应行为进行了研究,给出了锤击荷载下不同桩径、不同桩入土深度条件时,桩顶、桩端的位移和速度时程曲线的变化规律,分析了桩端位移和桩端速度最大时桩身位移、速度和轴力的的变化趋势;通过不同锤击荷载下不同桩径、不同桩入土深度、不同桩长对基桩动力响应行为的分析,得出了锤击荷载、桩径、桩泥面以上的自由段长度是影响基桩横向位移的主要因素,而桩的入土深度对桩的横向振动的影响不大。(5)利用单桩承载力动测法中实测曲线拟合法,研究了沉桩时桩锤系统能量传递过程,通过对132根混凝土预制桩传递到桩身的能量统计分析表明桩锤系统的效率与理论分析数据基本吻合,沉桩时桩身产生的最大锤击压应力一般发生在桩的中部附近,试验结果与计算分析是一致的;结合现场试验测试,探讨了实测曲线拟合法中桩-土模型的改进问题。
高波[9]2007年在《简谐荷载作用下桩基非线性动力响应分析研究》文中提出目前正是我国土木工程建设的高潮时期，我国每年用于工程的桩基数量与日俱增，桩基础的设计和施工水平直接关系到建筑物的设计水平和工程质量问题，因此加强对桩基设计和施工理论的研究显得尤为重要。在动荷载作用下的桩基的非线性振动特性及桩基和桩周土相互作用等问题，是桩基工程的研究热点之一。桩基非线性动力学系统非常复杂，实验难度大，长期以来，人们主要靠定性分析、简化的数值分析和经验方法来解决这类问题。由于分析计算的精度很低，不得不通过大量的现场或施工摸索来逐步修正，以获得正确的设计方案和施工方法，实际花费的代价非常之大，至今有许多问题未得到解决。桩基非线性动力响应等问题的研究，无论是在理论上还是工程设计应用上，都具有很重大的意义。本文在总结前人研究成果的基础上，综合运用数学、土动力学、结构动力学和振动力学等理论和方法，来研究桩基非线性振动的一些问题。主要的研究工作如下：(1)在查阅、总结大量相关文献资料的基础上，论述了基桩线性及非线性振动问题研究的工程背景及研究意义，对简谐荷载作用下基桩轴向非线性振动的国内外研究现状和发展趋势有较全面和系统的综述。(2)介绍了Winkle地基梁的基本知识及其在桩基动力分析中的应用，是单桩在轴向周期激励作用下产生的非线性动力响应研究的基础。(3)基于改进的Winkler地基梁模型，在线弹性条件下，考虑地基土的成层非均质性、将桩周土分为近场土和远场土，先建立轴向简谐荷载作用下单桩动力响应的力学模型，用数理方程方法求解桩与土的振动方程，得到桩基轴向动力响应的表达式，结合某实例的计算，进行了参数影响分析。(4)建立了非线性粘弹性基桩轴向振动的控制方程，对方程进行无量纲化，在假设桩基和土材料的非线性弹性和线性粘弹性性质都比较弱的情况下，用多时间尺度法得到了一端固定、另一端自由的桩基非线性轴向受迫振动系统主共振时的稳态幅频响应曲线和失稳边界曲线，分析了系统主共振时稳态响应的稳定性。给出了数值算例，绘制了粘性非线性系统前两阶固有频率附近的幅频响应曲线，讨论了非线性系数、粘性系数和激励振幅等参数对幅频响应曲线的影响。
陈中学[10]2006年在《基桩非线性振动的多时间尺度分析研究》文中研究表明随着国民经济的快速发展，我国特大桥梁、港口、高层建筑越来越多，规模越来越大，基桩也越来越复杂，对抗震设计的要求也越来越高，相应地对基桩非线性振动的研究更为紧迫。与空气介质中的梁不同，基桩存在于土介质中，土介质对于基桩的作用是不能忽视的。由于土体抗力、摩阻力的存在，限制了基桩的振动，提高了基桩的承载力，土体的软硬程度对基桩的承载力有较大影响。摄动法是研究弱非线性系统的有效方法，多时间尺度法是奇异摄动法的一种。本文在分析总结现有的桩-土动力学、基桩振动及其分析方法的基础上，用复模态分析方法和多时间尺度法分析了基桩的轴向和横向非线性振动问题，主要研究工作及结论如下： (1)论述了基桩线性及非线性振动问题研究的工程背景及研究意义，总结和分析了国内外桩-土动力学、基桩振动及其分析方法的研究现状。以达芬系统的自由振动方程为例，重点介绍了多时间尺度法的概念、解题方法及步骤。 (2)假定基桩及桩周土的材料满足非线性弹性和线性粘弹性本构关系，导出了分析基桩轴向振动的非线性偏微分方程。忽略非线性因素，用复模态分析方法得到了线性粘弹性基桩轴向自由振动的振动模态和固有频率的精确解，并进行了算例分析得到：n阶固有频率与阻尼比、桩周土的轴向刚度系数、基桩材料弹性模量有关。桩周土的轴向刚度系数对基桩n阶固有频率的影响较大；考虑非线性因素，在基桩和土的非线性都比较弱的情况下，用多时间尺度法得到了一端固定、另一端自由的基桩非线性轴向自由振动的n-阶固有频率和相应于n-阶模态的位移的近似表达式，并给出了算例，考察了参数的影响。运用数学软件Mathematica编程序进行公式推导，大大简化了手工计算量。运用数学软件Matlab编程绘图得到时程曲线、振幅与频率的关系曲线、不同时刻频率比与振幅的关系曲线等。 (3)先假定基桩及桩周土的材料满足非线性弹性和线性粘弹性本构关系，导出了分析基桩横向振动的偏微分方程。忽略非线性因素，再用复模态分析方法，得到粘弹性线性基桩横向自由振动的振动模态及固有频率的精确解。根据n阶固有频率的表达式导出了基桩在土介质作用下的临界承载力公式。基桩在土介质作用下的临界承载力分为两部分，即在无土介质情况下的桩的承载力(与材
参考文献：
[1]. 基桩非线性动力学行为的数值模拟研究[D]. 李坤. 武汉理工大学. 2004
[2]. 基桩完整性非线性振动诊断研究[D]. 彭华中. 武汉理工大学. 2005
[3]. 基于P-Y曲线模型的桩基非线性性状分析研究[D]. 胡胜刚. 武汉理工大学. 2005
[4]. 中国桥梁工程学术研究综述·2014[J]. 《中国公路学报》编辑部. 中国公路学报. 2014
[5]. 轴向载荷作用下基桩非线性动力学行为探讨[J]. 胡春林, 谌文, 李坤. 宜春学院学报. 2004
[6]. 土—细长结构物相互作用的非线性动力学研究[D]. 马建军. 湖南大学. 2012
[7]. 工程结构考虑地基—结构动力相互作用影响的地震响应分析[D]. 陶磊. 西安理工大学. 2017
[8]. 高桩码头桩竖向荷载下静动力学行为研究[D]. 曹胜敏. 西南交通大学. 2008
[9]. 简谐荷载作用下桩基非线性动力响应分析研究[D]. 高波. 武汉理工大学. 2007
[10]. 基桩非线性振动的多时间尺度分析研究[D]. 陈中学. 武汉理工大学. 2006
标签：建筑科学与工程论文; 非线性动力学论文; 桩基工程论文; 非线性论文; 桩基检测论文; 线性系统论文; 振动试验论文; 非线性效应论文; 荷载组合论文; 数值模拟论文; 振动频率论文; 科学论文; 桩基论文;