应力波在粘弹性桩中的衰减特性分析.pdf

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1、第ll期广东土木与建筑Nl2o08年l1月CUANGD0NGARCHITECTURECⅣILENGINEERINGNOV2O08应力波在粘弹性桩中的衰减特性分析陈胜1,2陈久照2李廷2(1、广东工业大学建设学院广州510006；2、广东省建筑科学研究院广州510500)摘要：推导桩一土作用下粘弹性桩的振动方程和if_弦激振条件下桩身振动解析解。建立ANSYS有限元模型对不同宽度脉冲产生的应力波在粘弹性桩中的传播特性进行分析。关键词：粘弹性桩；纵向振动；应力波衰减对纵向运动的效应：1引言(2)桩土

2、体系振动为小变形，桩土之间完全接触，即桩土接触面的位移和力是连续的低应变反射波法是动态检测法中常用的一种检2．2波动阻尼方程的建立测方法．其原理是对基桩进行完整性检测时。用手锤桩土模型如图1所示．桩侧土均质．土对桩的作在桩顶瞬时激振．同时用传感器接收信号．然后通过用用一个线性弹簧和线性阻尼器并联的方式共同作分析所采集的瞬态响应曲线特征来确定有无缺陷、用，其分布弹簧刚度系数为k，阻尼系数为77。；基桩缺陷性质和位置．并通过缺陷反射波和入射波振幅的受力状况如图2，图中u(。t)代表桩身坐标为的大小确

3、定缺陷程度前人对低应变反射波法做了的横截面在t时刻的振动位移函数．以下对距桩顶大量的研究工作．但这些研究的理论基础没有全面处的一长度为的单元体进行受力分析考虑桩身材料的粘性、桩侧土的作用和桩端非弹性由于考虑桩体材料的粘性作用．故采用Voigt本支承等条件．因此本文建立考虑桩体材料粘性作用构模型，则：和桩端土体阻尼作用的桩一土数学模型．推导桩身的=E·+77(alot)【1)瞬态响应解析解：并利用ANSYS模型分析应力波在由牛顿第二定律可得：粘弹性桩中的传播特性fs[+(a／a)]一Js一d(au

4、／at)，o、ldF=rl(Ou／Ot)dx+k·1,·dx一2激振条件下的桩身振动响应式中：dm表示微元体的质量，dm=pSdx：S为桩身截面面积；77为桩身混凝土材料的粘滞系数；E为桩体2．1基本假设材料的弹性模量为了使应力波在桩中的传播满足一维阻尼波动’将式(2)代人式(1)求解并简化得桩体波动方程：理论．假设如下条件成立：一8-cu一：0(3)(1)桩体纵向振动时横截面保持为平面：(2)桩的长细比、瞬态激振脉冲有效高频分量的式中：为应力波在桩身中的传播速度，=、／；波长与桩的横向尺寸之比

5、均大于5．不考虑横向位移A为粘弹性体的阻尼系数，=77／E；为桩侧土阻尼系数，B=q~／(ES)；C为桩侧土刚度系数，C=k／(Es)。设u(x，t)=(x)T(t)，用分离变量法可求得式t^(3)的解为：II∑X()()=∑e‘EB3eosO)t+B4sin6O~t]·[B1·t“．fcos2x+B2sin2](4)s(+dx)d式中：=专(A+)图1桩土模型图2桩土受力情况=、／2+_1622008年11月第l1期陈胜等：应力波在粘弹性桩中的衰减特性分析N0V2008No．112．3激振条件

6、下的解析解尼系数，桩端土的阻尼作用和刚度，桩周土的阻尼作假设作用于桩顶的冲击荷载P(t)为一冲量，，用和刚度．桩长和激振脉冲等综合作用而引起。桩的初始条件和边界条件可分别表示如下：fI脚=03应力波反射曲线的分析{【Oul0一—()(5)由式(9)、可知，激振脉冲是桩身应力波衰减的Ou+1~=0一个重要影响因素现建立ANSYS有限元模型来分毒rl~翌Ou2c6析不同宽度脉冲作用下应力波的衰减特性。桩土参L—!Z鱼：—!Z堕+—生L，，，：—+++．I一08t。EOtax。EsOtES⋯数取值见表

7、1．桩土模型采用SOLID45实体单元，指式中：()为狄拉克函数。由式(6)可得：B=0，，定桩为刚形体．土体为柔性体．接触面上的刚体目标由式(5)可得：Bs=4I为TARGE170单元．接触面为CONTA173单元．库伦[sin(22)+2A]·M··。摩擦系数为0．2至此．可得到桩的瞬态响应位移和速度函数的表1桩身参数的取值数学表达式为：U(x，t)=∑X()(t)n=1=一莩[sin蕊(2)+2]·朋··缈n“(、)．cos(“(7)注)土的粘聚力为19，内摩擦角32。，膨胀角3O。。=分

8、析图3和，表2可知，脉冲2j一鱼(2．一[sin(2A)+2]·M··激发的桩顶入射喜2．0[COCOS((．0)一sin(cOt)](8)应力波的幅值墨”由上述两式可以得出桩顶的瞬态响应位移和速为：Aos>Al15>耋0j度函数的数学表达式分别为：A，即宽度越窄频率越高的脉冲㈨Ie,[sin(2)+4212．丽n()(9)激发的应力波能图3不同宽度脉冲作用时的量越大而且同应力波衰减曲线Ie面c_。一宽度脉冲产生应力波的衰减也是逐级递减的．如[COcos(gO￡)一asin(缈t)]0．5ms的