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《单桩竖向动力阻抗计算模型研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第25卷第1期计算力学学报Vol.25,No.12008年2月ChineseJournalofComputationalMechanicsFebruary2008文章编号:100724708(2008)0120123206单桩竖向动力阻抗计算模型研究31,2314孔德森,栾茂田,凌贤长,仇清(1.哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150009;2.山东科技大学土木建筑学院,山东青岛266510;3.大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024;4.滕州市建筑安装工程集团公司,山东滕州277500)摘要:运用土动力学和结构动力学原理,同时考
2、虑桩周土的弱化效应和桩2土界面的相对滑移效应,利用数理方程方法分别求解单桩与桩周近场土域及远场土域的振动方程,建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的简化计算方法,提出了一种改进的非线性动力Winkler模型,确定了模型中各物理元件的参数,进而通过对比分析验证了计算模型的合理性,从而为桩2土2上部结构耦合系统的非线性分析奠定了基础。关键词:桩基;竖向动力阻抗;相对滑移;竖向振动中图分类号:TU435文献标识码:A计算方法,同时提出了一种改进的非线性动力1引言Winkler模型,确定了模型中各物理元件的参数,桩基础在各种建筑工程中得到了普遍应用。通过
3、对比分析验证了计算模型的合理性,为桩2土2在动荷载作用下桩基的工作状况和承载能力取决上部结构耦合系统的非线性分析奠定了基础。于桩周土的工作性态,因此在结构动力响应分析中[1]2基本假定必须考虑桩2土相互作用的影响。运用子结构方法对桩2土2结构相互作用体系进行动力分析时,遇竖向动力荷载作用下的桩2土相互作用系统计到的关键问题之一是合理地确定桩基的动力阻抗。算模型如图1所示,为简化分析,引入下列假定:除了土层分布和土质特性等因素的影响外,桩(1)在桩长范围内,土介质由桩周弱化土域和基的动力阻抗一般非线性地依赖于激振频率。动外围土域两部分组成。弱化土域
4、和外围土域均为力阻抗通常含有实部和虚部两部分,其实部表示桩均质各向同性的粘线弹性介质,但弱化土域的剪切的动刚度,虚部表示由于桩的振动在桩周土中向无模量比外围土域的剪切模量小。限远场辐射振动能量时产生的几何阻尼。在振动(2)桩身为线弹性体,具有圆形截面。当截面过程中,桩周土将会发生部分的弱化而使其刚度降为其他形状时可根据面积等效的原则折算为圆形。低,同时,在竖向荷载作用下桩2土界面将不一定完(3)竖向振动时,桩和土仅发生竖向位移而忽全处于理想粘结状态,可能会发生相对滑移,因此,略水平位移。在桩基动力阻抗函数计算中应合理考虑这些因素(4)在外加简谐荷
5、载作用下系统的振动达到的影响。然而,现有的桩基动力阻抗计算模型和分了稳态振动。析方法很少能同时考虑桩周土的弱化效应和桩2土界面的相对滑移效应。3桩周土的动力反应本文运用土动力学和结构动力学原理,考虑当土层处于竖向振动状态时,引入平面应变假桩2土界面的相对滑移效应和桩周土的弱化效应,[2]建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的简化设后,根据波动理论,不计体力时,在圆柱坐标系中外域和内域土的竖向运动方程分别为收稿日期:2006201210;修改稿收到日期:20062092121基金项目:中国博士后科学基金(20060390806,对于外域:20060
6、400241);山东科技大学科学发展基金(05g002)资助项目.52w5522w(λ3+2G3)+G31+ρ5作者简介:孔德森3(19772),男,博士,博士后52r5r5r2w=2z5t(E2mail:dskong@sohu.com);栾茂田(19622),男,博士,教授,博士生导师1(1)124计算力学学报第25卷方程(4)可分解为两个普通的微分方程,即22dZhω2+Z=0dzvs(5)22dR1dRqω2+-R=0drrdrvs式中h和q为待定常数,满足下列关系:2222{η+i[Dv(η-2)+2Ds]}h-1q=1+iDs求解方程(
7、5),得rrR(r)=AK0qa0+BI0qa0r0r0(6)hωzhωzZ(z)=Csin+Dcosvsvs式中a0为无量纲激振频率,r0为桩的半径。图1桩2土竖向动力相互作用计算模型将解答式(6)代入式(3),得Fig.1Thecomputationalmodelofverticaldynamicpile2soilinteractionsystemrrW(r,z)=A1K0qa0+B1I0qa0×r0r0对于内域:hωzhωz22C1sin+D1cos(7)335wr3155vsvs(λr+2Gr)2+Gr+2wr=0(2)5zr5r5r同理
8、,对弱化土内域的运动方程(2)进行分离式中变量求解可得33λ=λ(1+iDv),G=G(1+iDs)rrWr(r,z)=A2K0sa0+
