豎向簡(jiǎn)諧荷載下橋梁基樁動(dòng)力屈曲分析.pdf

1、對(duì)于跨越山谷或大江大河的公路鐵路大橋、城市高架橋以及海洋平臺(tái)等重大工程，高承臺(tái)樁基由于其承載力高、圬工小、便于施工等優(yōu)點(diǎn)，成為這些結(jié)構(gòu)的首選基礎(chǔ)形式。然而此類高承臺(tái)樁基，由于其樁頂自由長度較大，在靜力荷載(上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)本身自重等)及動(dòng)力荷載(車輛或動(dòng)力設(shè)備在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的沖擊力與制動(dòng)力，以及風(fēng)荷載、波浪荷載或地震作用等)同時(shí)作用下，可能產(chǎn)生較大的動(dòng)位移，甚至屈曲破壞，由此引起的工程事故常具有突發(fā)性且后果嚴(yán)重。如何分析動(dòng)荷載作用下樁

2、基的動(dòng)力特性，成為一個(gè)具有重要理論與工程實(shí)際意義的熱點(diǎn)課題。由于樁基動(dòng)力問題的復(fù)雜性，本文僅針對(duì)豎向簡(jiǎn)諧荷載作用下單樁穩(wěn)態(tài)振動(dòng)的頻域問題和不穩(wěn)定振動(dòng)的參數(shù)共振問題進(jìn)行探討。
　　為此，首先基于三維連續(xù)介質(zhì)模型，通過Laplace變換將樁-土的豎向振動(dòng)時(shí)域問題變換為穩(wěn)態(tài)振動(dòng)的頻域問題，求得均質(zhì)土中穩(wěn)態(tài)振動(dòng)時(shí)樁頂?shù)膭?dòng)力阻抗、位移及速度頻域函數(shù)，再通過傅里葉逆變換和卷積定理，得到時(shí)域響應(yīng)的半解析解。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合算例的對(duì)比分析表明，樁

3、身長徑比、埋置率及樁-土波速比對(duì)樁頂動(dòng)力響應(yīng)的影響較大，其他參數(shù)的影響則較小。
　　鑒于工程中樁周土的非均勻性及樁端約束的不確定性，基于三維連續(xù)介質(zhì)模型，綜合考慮樁端土的應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)和樁周土體的弱化效應(yīng)，導(dǎo)出高承臺(tái)基樁樁頂?shù)膭?dòng)力阻抗、位移及速度頻域函數(shù)，并經(jīng)傅里葉逆變換和卷積定理，得到對(duì)應(yīng)時(shí)域響應(yīng)的半解析解。進(jìn)而結(jié)合算例探討發(fā)現(xiàn)，樁端土應(yīng)力擴(kuò)散角取值大小對(duì)樁頂動(dòng)力響應(yīng)的影響隨樁周土施工擾動(dòng)程度的增大而越顯著。
　　其次，為探

4、討基樁的豎向振動(dòng)穩(wěn)定性，引入能量法和Hamilton原理，分別按m法、C法考慮樁側(cè)土的水平抗力，基于簡(jiǎn)化的樁身撓曲函數(shù)建立出豎向簡(jiǎn)諧荷載下樁身動(dòng)力穩(wěn)定性的Mathieu方程，采用三角級(jí)數(shù)求解獲得了基樁發(fā)生參數(shù)共振時(shí)不穩(wěn)定區(qū)域邊界的近似解。由此進(jìn)行的算例對(duì)比分析表明，隨樁-土體系中樁身長徑比的增加、埋置率的減小、自由長度的增加及樁周土強(qiáng)度的降低，樁身動(dòng)力不穩(wěn)定區(qū)域?qū)⒃龃?，而固定荷載P0的影響則較小，這一影響規(guī)律與工程實(shí)際吻合較好。