一种横向惯性效应双向非均质土中管桩纵向振动分析方法技术

本发明专利技术公开了一种横向惯性效应双向非均质土中管桩纵向振动分析方法，本方法采用考虑桩身横向惯性效应的管桩纵向振动模型对管桩纵向振动进行了分析，阻尼模型为桩土耦合振动体系提供的阻尼力与应变速率相关，双向非均质性能考虑桩周土体因自然沉积导致的纵向不均匀性以及径向施工扰动效应，将大直径管桩分层段地等效为线弹性均质等圆截面Rayleigh‑Love杆，通过考虑桩身的横向惯性效应能够近似模拟三维波动效应，该方法可为桩基动力检测提供理论指导和参考作用。

A Method for Analyzing Longitudinal Vibration of Pipe Piles in Bidirectional Heterogeneous Soil with Transverse Inertial Effect

【技术实现步骤摘要】
一种横向惯性效应双向非均质土中管桩纵向振动分析方法
本专利技术涉及土建领域，更具体地，涉及一种横向惯性效应双向非均质土中管桩纵向振动分析方法。
技术介绍
桩-土耦合振动特性研究是桩基抗震、防震设计及桩基动力检测等工程
的理论基础，一直以来亦是岩土工程和固体力学的热点问题。关于桩-土纵向耦合振动问题的研究均把桩周土体视为均质或纵向成层性，而在桩基施工过程中，由于挤土、松弛及自然沉积导致的纵向不均匀性的影响，在桩周不同范围内，土体的性质和参数都会发生不同程度的改变，即双向非均质效应。另外，在考虑桩身横向惯性效应研究桩体振动响应问题时大部分研究均假定土体材料阻尼为滞回阻尼，而对非谐和激振问题特别是瞬态激振条件下桩体时域振动响应问题，土阻尼力与振幅有关也与应变速率有关，采用滞回阻尼模型在概念上会引起矛盾，此时用黏性阻尼模型更为合适。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种横向惯性效应双向非均质土中管桩纵向振动分析方法，通过采用双向非均质土体模型和黏性阻尼模型，建立并求解了考虑桩身横向惯性效应的管桩纵向振动分析方法，得到了管桩的阻抗函数和桩顶在任意激振力p(t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种横向惯性效应双向非均质土中管桩纵向振动分析方法，其特征在于，包括以下步骤S1：求解域划分；将大直径管桩‑土体耦合振动系统沿纵向由地基土层界面及桩身缺陷截面分成m段，将桩长为H的管桩自桩身底部由下往上依次编号为1,2，…,i,…,m层段，各层段厚度分别为l1,l2，…,li,…,lm，各层段顶部埋深分别为h1,h2，…,hi,…,hm；将纵向第i层段的桩周土体沿径向方向划分为内部扰动区域和外部区域，桩周土体内部扰动区域径向厚度为bi，并将内部扰动区域沿径向划分n个圈层，第j‑1个圈层与第j圈层的界面处半径为rij，特别地，内部区域和外部区域界面处的半径为ri(n+1)；S2：引入如下假定...

【技术特征摘要】
1.一种横向惯性效应双向非均质土中管桩纵向振动分析方法，其特征在于，包括以下步骤S1：求解域划分；将大直径管桩-土体耦合振动系统沿纵向由地基土层界面及桩身缺陷截面分成m段，将桩长为H的管桩自桩身底部由下往上依次编号为1,2，…,i,…,m层段，各层段厚度分别为l1,l2，…,li,…,lm，各层段顶部埋深分别为h1,h2，…,hi,…,hm；将纵向第i层段的桩周土体沿径向方向划分为内部扰动区域和外部区域，桩周土体内部扰动区域径向厚度为bi，并将内部扰动区域沿径向划分n个圈层，第j-1个圈层与第j圈层的界面处半径为rij，特别地，内部区域和外部区域界面处的半径为ri(n+1)；S2：引入如下假定，建立平面应变条件下双向非均质黏性阻尼土中管桩受纵向激励的振动模型：(1)大直径管桩第i段桩身等效为线弹性均质圆形等截面Rayleigh-Love杆件，桩体底部为黏弹性支承，桩身相邻层段之间满足力平衡和位移连续条件；(2)第i层段桩周土体内部扰动区域沿径向所划分的n个圈层和桩芯土体都为均质、各向同性黏弹性体，外部区域为径向半无限均匀黏弹性介质；(3)管桩-土体耦合振动系统满足线弹性和小变形条件；(4)在各层段中，桩周土、桩芯土与管桩内外桩壁土界面上产生的剪应力分别通过各自桩土界面剪切复刚度传递给桩身，桩-土之间完全接触；S3：建立平面应变条件下双向非均质土中桩周土的第i层段第j圈层土体运动方程桩周土运动方程、桩芯土的第i层段运动方程和桩身的第i层段纵向振动基本方程；根据步骤S2中的假定，建立桩-土系统边界条件；S4：使用拉普拉斯变换，求解步骤S3中建立的各运动方程，得到桩周土体的剪切刚度和任意激振力p(t)作用下的桩顶速度时域响应，以对双向非均质土中管桩的纵向振动进行分析。2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S3中，平面应变条件下双向非均质土中桩周土的第i层段第j圈层土体运动方程桩周土运动方程为桩芯土的第i层段运动方程为桩身的第i层段纵向振动基本方程为以上各式中，各符号含义如下：i＝1～n为圈层的编号顺序，与管桩紧邻的圈层编号为1，n为圈层总数；j＝1～m是层段的编号顺序，最下端的层段编号为1，m是层段总数；r,θ,z为柱坐标系的坐标，其中柱坐标系z轴的零点位于管桩上表面圆心，z轴正方向铅直向下，r轴方向为水平方向，零点位于管桩上表面圆心；ri1是第i层段管桩外径，ri0是第i层段管桩内径；t为时间；为第i层段内部区域桩周第j圈层土体的土体位移，为第i层段桩芯土的土体位移，是第i层段桩身纵向位移；分别为第i层段内部区域桩周第j圈层土体的剪切模量、密度和黏性阻尼系数，分别为第i层段桩芯土土体的剪切模量、密度和黏性阻尼系数，ρip，Eip，Aip,mip分别是第i层段的桩身密度、弹性模量、横截面积和管桩的单位长度质量；分别是第i层段的桩芯土和第i层段的桩周土对第i层段的桩身产生的切应力，p(t)为桩顶作用任意激振力。3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S3中，桩-土系统边界条件为管桩桩顶边界条件管桩桩底边界条件桩芯土中心位移有限性条件桩芯土与桩位移及力连续条件桩周土无穷远处位移为零条件桩周土与桩位移及力连续条件桩周土各层之间的连续性条件以上各式中，各符号含义为i＝1～n为圈层的编号顺序，与管桩紧邻的圈层编号为1，n为圈层总数；j＝1～m是层段的编号顺序，最下端的层段编号为1，m是层段总数；r,θ,z为柱坐标系的坐标，其中柱坐标系z轴的零点位于管桩上表面圆心，z轴正方向铅直向下，r轴方向为水平方向，零点位于管桩上表面圆心；ri1是第i层段管桩外径，ri0是第i层段管桩内径；H为管桩长度；t为时间；为第i层段内部区域桩周第j圈层土体的土体位移，为第i层段桩芯土的土体位移，是第i层段桩身纵向位移；分别为第i层段内部区域桩周第j圈层土体的剪切模量、密度和黏性阻尼系数，分别为第i层段桩芯土土体的剪切模量、密度和黏性阻尼系数，ρip，Eip，Aip,mip分别是第i层段的桩身密度、弹性模量、横截面积和管桩的单位长度质量；分别是第i层段的桩芯土和第i层段的桩周土对第i层段的桩身产生的切应力，p(t)为桩顶作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔春义，梁志孟，王本龙，辛宇，孟坤，刘海龙，赵九野，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21