复杂条件下桩-土-水耦合体系水平振动理论研究

发布时间：2021-06-26 11:23

　　高桩基础被广泛应用于港口码头、海上风机、近海平台、深水桥梁等结构物中。在风荷载、波浪荷载、地震荷载等动力荷载和上部结构的自重作用下,高桩基础需要承受巨大的水平动荷载和竖向荷载,导致其受力和变形特性十分复杂。另一方面,由于桩基施工引起的土体扰动和长期荷载作用导致的土体软化,桩周土体通常在径向呈现不均匀性。此外,在港口与海洋工程中,高桩基础上部桩身位于水中,但水体对桩基础动力特性的影响尚不清楚。因此,考虑荷载作用的复杂性、土体的非均质性以及桩-水体耦合作用,对饱和土中高桩基础水平动力特性进行系统和全面的研究,具有重要的科学意义和工程应用价值。本文首先基于饱和多孔介质理论对考虑竖向荷载作用时饱和土中高桩基础水平动力特性进行系统的研究。在此基础上,进一步考虑桩基础-水体动力相互作用,建立水中高桩基础水平振动理论模型,探讨了桩-水体动力相互作用对水中桩基动力特性的影响。主要工作和成果如下:（1）基于Biot饱和多孔介质理论,建立考虑竖向荷载时饱和土中高桩基础水平振动分析模型,引入位移势函数,利用微分算子分解方法和分离变量法,推导了考虑竖向荷载时饱和土中高桩基础水平振动解析解,给出桩顶动力阻抗解析... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图２．１桩土水平动力相互作用模型简图??２．２．２桩土系统振动控制方程及边界条件??

）??ｄ）??２．４数值结果与分析??２．４．１合理性验证??为验证本文解的正确性，将本文解与已有文献得出的解进行对比。令Ｚ，?〇０，?ａ—?０，??Ｍ－＞０，Ａ—０，户—０，则本文解退化为不考虑竖向荷载时粘弹性土中完全埋入式桩??水平振动解，将其与Ｎｏｖａｋ?＆?Ｎｏｇａｍｉ?（?１９７７?）给出的粘弹性土中桩水平振动解进行对??比。计算参数为：Ｚ２＝２０ｍ，ｒ〇＝０．５ｍ，心＝２５?０卩＆，五ｐ／Ｇ＝１０００，?＜?＝?０．０５，?ｖ＝０．３，ｐ?＝?１８００??ｋｇ／ｍ３。图２．２分别给出了根据本文退化解和Ｎｏｖａｋ?＆?Ｎｏｇａｍｉ解计算得到的桩水平阻抗。??其中，阻抗的实部代表真实的动刚度，虚部为反映整个系统能量消散的阻尼。横坐标为??无量纲频率＝仍４／６，其中由图可知，本文解与Ｎｏｖａｋ＆Ｎｏｇａｍｉ解计算??结果完全吻合。从而验证了本文解的正确性。??００２５．??０．０５?????本文解??０．０２０?＼?＾?＾?＾?＾?０．０４．?■?Ｎｏｖａｋ?＆?Ｎｏｇａｍｉ?（１９７７）??＾０．０１５?？?＾０．０３??３?§??１〇細？—本文解?｜Ｖ〇２．??■?Ｎｏｖａｋ?＆?Ｎｏｇａｍｉ?（１９７７）??０．００５?？?０．０１?■??０．０００＇?１?１?１?１??〇?〇〇＊?１?＇?１?１???〇？〇?〇－２?０．４?０．６?０．８?１．０?０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??〇｛｝?ａ（）??⑷阻抗实部?（ｂ）阻抗虚部??图２Ｊ本文退化解与Ｎｏｖａｋ?＆?Ｎｏｇａｍｉ解对比??２６??

浙江大学博士学位论文?第２￥考虑竖向荷栽时饱和上中萵桩基础水平振动理论研究??刘圆圆（２０１３）基于Ｎｏｖａｋ平面应变模型得到了忽略孔隙流体压缩性时饱和土中部??分埋入桩基水平振动解。令将本文解与刘圆圆解进行对出。计算参数为：厶／１２＝０．１，??ｐｓ－２７００?ｋｇ／ｍ３，?／？ｆ?＝１０００?ｋｇ／ｍ３，?／ｒ?＝?０．４?，?Ａ：ｄ＝ｌ〇＂６?ｒｎ／ｓ，?ｏｒ?＝?１?，?Ａ／＝４．６ｘ?１０９?Ｐａ，?￡ｐ／Ｇ＝２５００，??＜?＝?〇，其余参数取值同上。图２．３分别给出了根据本文解和刘圆圆解计算得到的桩顶水??平阻抗。可以看出，在高频段两者大致吻合，但在低频段，根据刘圆圆解计算得到的桩??顶阻抗实部较本章解小，虚部较本章解大。??０．００７１?１?０．０１１）１????本义解??°００６?〇＿．．．．．；！＿醜（２０丨３）?＾??０００５，，?＾??ｉ〇〇〇４／?ｉ０００６??Ｉ?０?００３?１０?００４?．??——本文解?、?一??０?００２?＇??綱则解（２０１３）??０（）０２?．？？广??０．００１?■?—??〇〇〇〇?Ｉ?１?１?＞?＇??（）００〇Ｌ＾－?＇?１?１?＇???０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１０?０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??ａ〇?ａｎ??（ａ）阻抗实部?（ｂ）阻抗虚部??图２．３本文退化解与刘圆圆解对比??２．４．２桩顶动力阻抗分析??对考虑竖向荷载作用时饱和土中高桩基础桩顶阻抗进行分析，主要分析土体渗遽性、??桩土模量比、自由段桩长和竖向荷载对桩顶阻抗的

【参考文献】：
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博士论文
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硕士论文
[1]饱和土中桩基的水平动力特性研究[D]. 刘圆圆.中南大学 2013
[2]考虑土体三维波动效应时桩的纵向振动特性与应用研究[D]. 阙仁波.浙江大学 2004



本文编号：3251252