應(yīng)力波在粘彈性樁中的衰減特性分析.pdf

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1、第ll期廣東土木與建筑Nl2o08年l1月CUANGD0NGARCHITECTURECⅣILENGINEERINGNOV2O08應(yīng)力波在粘彈性樁中的衰減特性分析陳勝1,2陳久照2李廷2(1、廣東工業(yè)大學建設(shè)學院廣州510006；2、廣東省建筑科學研究院廣州510500)摘要：推導(dǎo)樁一土作用下粘彈性樁的振動方程和if_弦激振條件下樁身振動解析解。建立ANSYS有限元模型對不同寬度脈沖產(chǎn)生的應(yīng)力波在粘彈性樁中的傳播特性進行分析。關(guān)鍵詞：粘彈性樁；縱向振動；應(yīng)力波衰減對縱向運動的效應(yīng)：1引言(2)樁土

2、體系振動為小變形，樁土之間完全接觸，即樁土接觸面的位移和力是連續(xù)的低應(yīng)變反射波法是動態(tài)檢測法中常用的一種檢2．2波動阻尼方程的建立測方法．其原理是對基樁進行完整性檢測時。用手錘樁土模型如圖1所示．樁側(cè)土均質(zhì)．土對樁的作在樁頂瞬時激振．同時用傳感器接收信號．然后通過用用一個線性彈簧和線性阻尼器并聯(lián)的方式共同作分析所采集的瞬態(tài)響應(yīng)曲線特征來確定有無缺陷、用，其分布彈簧剛度系數(shù)為k，阻尼系數(shù)為77。；基樁缺陷性質(zhì)和位置．并通過缺陷反射波和入射波振幅的受力狀況如圖2，圖中u(。t)代表樁身坐標為的大小確

3、定缺陷程度前人對低應(yīng)變反射波法做了的橫截面在t時刻的振動位移函數(shù)．以下對距樁頂大量的研究工作．但這些研究的理論基礎(chǔ)沒有全面處的一長度為的單元體進行受力分析考慮樁身材料的粘性、樁側(cè)土的作用和樁端非彈性由于考慮樁體材料的粘性作用．故采用Voigt本支承等條件．因此本文建立考慮樁體材料粘性作用構(gòu)模型，則：和樁端土體阻尼作用的樁一土數(shù)學模型．推導(dǎo)樁身的=E·+77(alot)【1)瞬態(tài)響應(yīng)解析解：并利用ANSYS模型分析應(yīng)力波在由牛頓第二定律可得：粘彈性樁中的傳播特性fs[+(a／a)]一Js一d(au

4、／at)，o、ldF=rl(Ou／Ot)dx+k·1,·dx一2激振條件下的樁身振動響應(yīng)式中：dm表示微元體的質(zhì)量，dm=pSdx：S為樁身截面面積；77為樁身混凝土材料的粘滯系數(shù)；E為樁體2．1基本假設(shè)材料的彈性模量為了使應(yīng)力波在樁中的傳播滿足一維阻尼波動’將式(2)代人式(1)求解并簡化得樁體波動方程：理論．假設(shè)如下條件成立：一8-cu一：0(3)(1)樁體縱向振動時橫截面保持為平面：(2)樁的長細比、瞬態(tài)激振脈沖有效高頻分量的式中：為應(yīng)力波在樁身中的傳播速度，=、／；波長與樁的橫向尺寸之比

5、均大于5．不考慮橫向位移A為粘彈性體的阻尼系數(shù)，=77／E；為樁側(cè)土阻尼系數(shù)，B=q~／(ES)；C為樁側(cè)土剛度系數(shù)，C=k／(Es)。設(shè)u(x，t)=(x)T(t)，用分離變量法可求得式t^(3)的解為：II∑X()()=∑e‘EB3eosO)t+B4sin6O~t]·[B1·t“．fcos2x+B2sin2](4)s(+dx)d式中：=專(A+)圖1樁土模型圖2樁土受力情況=、／2+_1622008年11月第l1期陳勝等：應(yīng)力波在粘彈性樁中的衰減特性分析N0V2008No．112．3激振條件

6、下的解析解尼系數(shù)，樁端土的阻尼作用和剛度，樁周土的阻尼作假設(shè)作用于樁頂?shù)臎_擊荷載P(t)為一沖量，，用和剛度．樁長和激振脈沖等綜合作用而引起。樁的初始條件和邊界條件可分別表示如下：fI腳=03應(yīng)力波反射曲線的分析{【Oul0一—()(5)由式(9)、可知，激振脈沖是樁身應(yīng)力波衰減的Ou+1~=0一個重要影響因素現(xiàn)建立ANSYS有限元模型來分毒rl~翌Ou2c6析不同寬度脈沖作用下應(yīng)力波的衰減特性。樁土參L—!Z魚：—!Z墮+—生L，，，：—+++．I一08t。EOtax。EsOtES?數(shù)取值見表

7、1．樁土模型采用SOLID45實體單元，指式中：()為狄拉克函數(shù)。由式(6)可得：B=0，，定樁為剛形體．土體為柔性體．接觸面上的剛體目標由式(5)可得：Bs=4I為TARGE170單元．接觸面為CONTA173單元．庫倫[sin(22)+2A]·M··。摩擦系數(shù)為0．2至此．可得到樁的瞬態(tài)響應(yīng)位移和速度函數(shù)的表1樁身參數(shù)的取值數(shù)學表達式為：U(x，t)=∑X()(t)n=1=一莩[sin蕊(2)+2]·朋··緲n“(、)．cos(“(7)注)土的粘聚力為19，內(nèi)摩擦角32。，膨脹角3O。。=分

8、析圖3和，表2可知，脈沖2j一魚(2．一[sin(2A)+2]·M··激發(fā)的樁頂入射喜2．0[COCOS((．0)一sin(cOt)](8)應(yīng)力波的幅值墨”由上述兩式可以得出樁頂?shù)乃矐B(tài)響應(yīng)位移和速為：Aos>Al15>耋0j度函數(shù)的數(shù)學表達式分別為：A，即寬度越窄頻率越高的脈沖㈨Ie,[sin(2)+4212．麗n()(9)激發(fā)的應(yīng)力波能圖3不同寬度脈沖作用時的量越大而且同應(yīng)力波衰減曲線Ie面c_。一寬度脈沖產(chǎn)生應(yīng)力波的衰減也是逐級遞減的．如[COcos(gO￡)一asin(緲t)]0．5ms的