成层土中基桩动态特性研究

论文摘要

基桩缺陷必然会在不同程度上给其承载力带来负面影响,严重者甚至使其丧失承载力,对上部建筑结构的安全产生威胁。因此对于桩基础这一隐蔽工程,准确诊断其缺陷位置以及缺陷程度能有效防止各种工程事故的发生,其理论分析更是桩的动力学分析的热点问题,这在工程界具有重大意义,本文就基桩完整性检测这一问题做了如下工作:首先,总结了单层土边界条件下,完整桩桩顶振动的位移、速度和加速度的动力响应。根据完整桩振动的速度响应编制出Matlab程序,分析出桩径、桩长、桩身的弹性波速、桩端土的刚度等参数变化时,对完整桩速度响应曲线的影响,此规律可以实测桩身完整性提供参考依据。考虑到成层性是地基土的主要特征之一,本文研究基桩动力特性从波动阻尼方程入手,推导了成层土中基桩纵向振动的定解问题,通过傅里叶逆变换求得半正弦脉冲激振力作用下桩顶的速度时域响应的半解析解;编制出Matlab程序,讨论了长径比l/d、土层剪切模量和脉冲宽度的变化对桩的振动特性的影响;针对完整摩擦桩、端承桩,绘制出各质点纵向振动速度时程空间曲面,并探讨其反射波的衰减规律。考虑到各类缺陷桩是实际工程中基桩检测的核心焦点,本文推导了均质土中,任意段变截面桩桩顶的动态响应;编制出Matlab程序,讨论了桩身的缺陷程度、缺陷埋深以及缺陷段长度等对基桩反射波曲线和导纳曲线的影响;绘制出成层土中的缺陷基桩的振动响应曲线,得出结论:根据振动响应曲线对缺陷基桩完整性进行判断时,势必会受到桩周土成层性的干扰。最后,针对桩侧和桩端受土阻力作用的纵向振动模型,推导出了基桩缺陷处的位置、相对刚度以及损伤后的固有频率之间函数关系式;通过对其模型进行数值模拟,得到完整基桩和损伤基桩的前三阶固有频率;利用上述推导出的函数关系式得到识别效果图,验证了该方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 基桩损伤检测技术的概况以及发展现状
• 1.2.1 基桩损伤检测技术在国外的应用和发展
• 1.2.2 基桩损伤检测技术在国内的应用和发展
• 1.2.3 桩身完整性检测的几种常用方法
• 1.2.4 基桩动测的量化分析方法
• 1.3 本文研究的主要内容及创新点
• 第二章 基桩损伤检测的基础理论
• 2.1 概述
• 2.2 动态信号分析理论
• 2.2.1 傅里叶变换
• 2.2.2 短时傅里叶变换
• 2.3 本文方法的动力学基础
• 2.3.1 应力波的传播规律
• 2.3.2 导纳的概念
• 第三章 单层土中桩的纵向振动特性
• 3.1 概述
• 3.2 考虑桩侧土阻尼的一维波动方程
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 考虑阻尼的一维波动方程的建立
• 3.3 基桩瞬态响应模型
• 3.3.1 完整摩擦桩瞬态响应模型
• 3.3.2 完整端承桩的瞬态振动响应模型
• 3.4 完整桩瞬态振动响应模型的应用
• 3.4.1 桩土参数对响应曲线的影响分析
• 3.5 小结
• 第四章 多层土中桩的纵向振动特性
• 4.1 概述
• 4.2 定解问题的建立
• 4.3 定解问题的求解
• 4.4 成层土中完整桩瞬态振动响应模型的应用
• 4.5 桩土体系的频域、时域响应分析
• 4.5.1 长径比对桩顶导纳曲线和速度响应曲线的影响
• 4.5.2 桩侧土层模量变化对桩顶导纳曲线和速度响应曲线的影响
• 4.5.3 上层土厚度变化对桩顶导纳曲线和速度响应曲线的影响
• 4.5.4 软硬夹层土对桩顶导纳曲线和速度响应曲线的影响
• 4.5.5 激振脉冲对速度响应曲线的影响
• 4.6 完整桩桩身质点纵向振动速度时程空间曲面
• 4.7 小结
• 第五章 任意段变截面桩的振动特性
• 5.1 概述
• 5.2 定解问题的建立
• 5.3 定解问题的求解
• 5.4 变截面桩在均质土中的时频域响应分析
• 5.4.1 缩颈桩的时频域分析
• 5.4.2 扩颈桩的时频域分析
• 5.4.3 三段缩颈桩中不同缩颈程度的时频域分析
• 5.4.4 三段缩颈桩不同缩颈段长度的时频域分析
• 5.5 变截面桩在成层土中的时频域响应分析
• 5.6 小结
• 第六章 成层土中基桩损伤检测的曲线交点法
• 6.1 引言
• 6.2 结构损伤识别模型的建立
• 6.3 桩侧和桩底受土阻力作用的纵向振动模型分析
• 6.3.1 简单边界条件下纵向振动杆的模型分析
• 6.3.2 复杂边界条件下纵向振动杆的模型分析
• 6.3.3 考虑桩周土阻力时完整基桩的频率计算
• 6.3.4 桩侧和桩底受土阻力作用时基桩的损伤识别方法
• 6.4 单层土中曲线交点法的数值模拟
• 6.4.1 模拟损伤模型简介
• 6.4.2 完好基桩模态频率
• 6.4.3 缺陷基桩模态频率
• 6.4.4 识别效果
• 6.5 多层土中曲线交点法的数值模拟
• 6.6 小结
• 结论与展望
• 一结论
• 二展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士期间发表论文和参加的项目工作）
• 攻读学位期间发表的论文
• 攻读学位期间参加的项目