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斜向激振力作用下有阻尼埋置框架的瞬态波动响应研究

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斜向激振力作用下有阻尼埋置框架的瞬态波动响应研究

作者：马亮亮兰州交通大学

学位级别：硕士

桩基础在土木工程领域已得到了广泛应用。在实际工程中,有许多部分埋入单桩基础的结构物,还有很多群桩结构物,最典型的如埋置框架。这两种结构物的桩基在瞬态荷载作用下的波动响应研究,目前还很不完善。研究该问题对结构物下桩基的质量... 详细信息

桩基础在土木工程领域已得到了广泛应用。在实际工程中,有许多部分埋入单桩基础的结构物,还有很多群桩结构物,最典型的如埋置框架。这两种结构物的桩基在瞬态荷载作用下的波动响应研究,目前还很不完善。研究该问题对结构物下桩基的质量检测具有指导意义。因此,本文着重开展部分埋入粘弹性单桩基础和有阻尼埋置框架的瞬态波动响应研究。本文首先研究了均质土体中激振力分别为水平作用和斜向作用时,桩顶自由的部分埋入粘弹性完整单桩基础的瞬态波动响应,并分析了斜向作用的角度、埋桩深度比、桩身材料阻尼及土体参数对接收点的瞬态波动响应的影响。研究表明埋桩深度比越大,桩底反射信号越弱,桩身材料轴向应变粘性阻尼使桩底反射波的宽度变宽。其次研究了两层土体(分别为上软下硬和上硬下软)、三层土体(分别为软夹层和硬夹层)中激振力斜向作用时,桩顶自由的部分埋入粘弹性完整单桩基础的瞬态波动响应,讨论了上覆土层厚度和软(硬)夹层厚度对接收点的瞬态波动响应的影响。研究表明土体越硬,该土层上界面处的反射信号越强,上覆硬土层和硬夹层厚度越厚,桩底反射信号越弱。然后研究了激振力斜向作用时,均质土体中桩顶自由的部分埋入粘弹性有缺陷单桩基础的瞬态波动响应,并与粘弹性完整桩作对比。并分析了缺陷程度、缺陷埋深对接收点的瞬态波动响应的影响。研究表明粘弹性扩颈桩与粘弹性缩颈桩在缺陷处的反射信号是反向的,粘弹性变模量桩的桩底反射信号有延迟现象。进一步研究了激振力斜向作用时,均质土体中有阻尼埋置框架的瞬态波动响应,并与无阻尼的埋置框架作对比。并分析了激振力作用方向、埋桩深度比、材料阻尼及土体参数对接收点的瞬态波动响应的影响。研究表明有阻尼埋置框架的速度波、剪力波和弯矩波波幅小于无阻尼埋置框架的;桩身材料阻尼对有阻尼埋置框架接收点速度波的影响与粘弹性单桩基础不同。研究了激振力斜向作用时,均质土体中有阻尼有缺陷埋置框架的瞬态波动响应,并与有阻尼无缺陷埋置框架作对比,并讨论了缺陷程度、缺陷埋深对接收点的瞬态波动响应的影响。研究表明有阻尼有缺陷埋置框架中有缺陷基桩的桩底反射信号弱于有阻尼无缺陷埋置框架的,其中有阻尼变模量埋置框架中有缺陷基桩的桩底反射信号有延迟现象。文章最后总结了全文所做的工作和主要成果,并提出了进一步研究的建议。

关键词：回传射线矩阵法部分埋入粘弹性单桩基础有阻尼埋置框架缺陷瞬态波动响应

成层土中部分埋入承台—单桩系统初期瞬态响应研究

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成层土中部分埋入承台—单桩系统初期瞬态响应研究

作者：姚栋兰州交通大学

学位级别：硕士

桩基础由于其承载力高、沉降量小、抗地震性能高以及适用于特殊地基土等优点而被广泛应用于实际工程中。对于常见的全埋入以及部分埋入桩基的质量检测已经有了较为成熟的理论方法和技术,且已经被大量应用于实践中。而对于带承台的部分... 详细信息

桩基础由于其承载力高、沉降量小、抗地震性能高以及适用于特殊地基土等优点而被广泛应用于实际工程中。对于常见的全埋入以及部分埋入桩基的质量检测已经有了较为成熟的理论方法和技术,且已经被大量应用于实践中。而对于带承台的部分埋入桩基的检测,目前尚没有有效的理论方法和技术。本文基于回传射线矩阵法,设定外露桩侧某位置为冲击力作用点,并考虑轴向和径向桩材阻尼的影响以及地基土体的成层性质,对成层土中部分埋入承台单桩系统、成层土中部分埋入承台缺陷单桩系统在斜向冲击力作用下的初期瞬态响应进行了深入地研究,具体内容包括:首先研究了成层土中部分埋入承台完整单桩系统受到桩侧斜向激振力作用下的初期瞬态响应。在考虑桩材阻尼和桩周(底)土体刚度、阻尼的前提下,根据弹性波理论分别建立纵波和挠曲波在成层土中部分埋入承台完整单桩系统中传播的基本方程,对其进行求解最终得到桩侧斜向下半正弦脉冲作用下成层土中部分埋入承台完整单桩系统的瞬态波动解。通过不同条件下所得瞬态响应波形图对比分析两层土中软、硬土层分布不同、上覆软(硬)土层厚度变化以及三层土中软(硬)夹层土厚度变化对初期瞬态响应的影响。研究表明硬土层表面位置处的反射波信号明显强于软土层表面位置处的,硬土层越厚则土体对信号强度的衰减作用越明显。其次研究了成层土中部分埋入承台扩、缩颈单桩系统受到桩侧斜向激振力作用下的初期瞬态响应。通过将所得的时域响应曲线与成层土中部分埋入承台完整单桩系统的时域响应曲线进行比较,进一步分析部分埋入承台扩、缩颈单桩系统在上软(硬)下硬(软)两层土体以及软(硬)夹层三层土体中的时域响应曲线,讨论软、硬土层分布不同、缺陷位置以及缺陷程度对瞬态波动响应的影响。研究表明波在部分埋入承台扩、缩颈单桩系统缺陷位置处会发生散射且二者在缺陷上下边界处的反射波方向相反。然后研究了成层土中部分埋入承台离析单桩系统受到桩侧斜向激振力作用下的初期瞬态响应。将所得的时域响应曲线与成层土中部分埋入承台完整单桩系统的时域响应曲线进行比较,进一步分析软、硬土层分布不同、缺陷位置等条件对接收点处轴向速度波的影响。研究表明波在部分埋入承台离析单桩系统缺陷位置处会发生散射,且凡是经过缺陷段后回到接收点的反射波均会出现到达时间延迟的现象。文章最后总结了全文的创造性工作和主要贡献,并提出进一步研究的建议。

关键词：回传射线矩阵法成层土部分埋入承台-单桩系统缺陷瞬态波动响应

弹簧地基上大直径单桩海上风机的一阶自振频率

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计算力学学报 2024年第2期41卷 383-389页

作者：余云燕许蓉孔嘉乐兰州交通大学土木工程学院兰州730070

自振频率是海上风机前期动力设计的主要难点之一,计算精度要求极高,而桩-土相互作用对自振频率影响显著。目前,针对桩-土相互作用普遍采用弹簧地基简化模型,为对比分析不同弹簧地基简化模型的准确性和精度,本文采用回传射线矩阵法,建立... 详细信息

自振频率是海上风机前期动力设计的主要难点之一,计算精度要求极高,而桩-土相互作用对自振频率影响显著。目前,针对桩-土相互作用普遍采用弹簧地基简化模型,为对比分析不同弹簧地基简化模型的准确性和精度,本文采用回传射线矩阵法,建立固定端、单弹簧、双弹簧和三弹簧这4种地基简化模型,基于Bernoulli-Euler梁理论和Timoshenko梁理论,求解风机系统的自振频率,并与风机基频实测值作对比,进一步分析三弹簧简化地基模型中地基旋转刚度、地基耦合刚度和地基水平刚度对风机系统基频的影响。研究结果表明,桩-土相互作用不可忽略,三弹簧地基简化模型计算风机系统基频精度最高;地基刚度对风机系统基频的敏感性次序为,地基耦合刚度>地基旋转刚度>地基水平刚度;当地基旋转(水平)刚度较小时,地基耦合刚度与地基旋转(水平)刚度的耦合效应对风机系统的基频影响较大;地基耦合刚度与地基旋转刚度的耦合效应对风机系统基频的影响程度大于地基耦合刚度与地基水平刚度的耦合效应。

关键词：海上风机弹簧地基自振频率回传射线矩阵法单桩基础

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成层地基中变模量埋置框架的波动响应研究

固体力学学报 2007年第2期28卷 164-171页

作者：余云燕兰州交通大学土木工程学院兰州730070

基于埋置框架的回传射线矩阵法,研究土体刚度对埋置框架速度波的影响,探讨接收点对成层地基中的有缺陷埋置框架轴向速度波的影响规律,比较有缺陷埋置框架与有缺陷单桩基础的轴向速度波.结果表明:土体刚度对成层地基中的埋置框架横向速... 详细信息

基于埋置框架的回传射线矩阵法,研究土体刚度对埋置框架速度波的影响,探讨接收点对成层地基中的有缺陷埋置框架轴向速度波的影响规律,比较有缺陷埋置框架与有缺陷单桩基础的轴向速度波.结果表明:土体刚度对成层地基中的埋置框架横向速度波影响较大,有缺陷埋置框架与有缺陷单桩基础的轴向速度波有较好的一致性.

关键词：回传射线矩阵法埋置框架瞬态波动检测弹性波

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有缺陷埋置框架的波动响应及影响因素研究

振动工程学报 2007年第2期20卷 194-199页

作者：余云燕兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

采用回传射线矩阵法对埋置框架的缺陷检测进行了研究。局部缺陷用减小横截面面积来模拟。比较了有缺陷埋置框架与无缺陷埋置框架的速度波,分析了接收点、脉冲荷载作用点、缺陷位置和程度等对速度波的影响。结果表明:斜向脉冲荷载作用下... 详细信息

采用回传射线矩阵法对埋置框架的缺陷检测进行了研究。局部缺陷用减小横截面面积来模拟。比较了有缺陷埋置框架与无缺陷埋置框架的速度波,分析了接收点、脉冲荷载作用点、缺陷位置和程度等对速度波的影响。结果表明:斜向脉冲荷载作用下的轴向速度波可判定缺陷存在,确定缺陷位置和缺陷段长度,最佳接收点和最佳荷载作用点位于要判定缺陷的基桩上。

关键词：回传射线矩阵法埋置框架瞬态波动检测

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三维埋置框架结构的自振特性与动力响应研究

三维埋置框架结构的自振特性与动力响应研究

作者：陈进浩兰州交通大学

学位级别：硕士

回传射线矩阵法自Pao于1998年提出以来,已被广泛应用于框架结构的动力分析问题中。目前,对二维非埋置结构的研究已经进行的很多,而对结构与基础介质加以综合考虑时,可能会发现更为突出的问题。鉴于此,本文分别研究了通过回传射线矩阵法... 详细信息

回传射线矩阵法自Pao于1998年提出以来,已被广泛应用于框架结构的动力分析问题中。目前,对二维非埋置结构的研究已经进行的很多,而对结构与基础介质加以综合考虑时,可能会发现更为突出的问题。鉴于此,本文分别研究了通过回传射线矩阵法求解三维埋置框架的自振特性及动力响应的问题。本文以Winkler地基模型为基础,基于Timoshenko梁理论研究了在桩土相互作用时回传射线矩阵法的基本原理。建立了纵波、扭转波、横波在桩土系统中传播时的波动方程。以节点处的力平衡及位移协调条件为基础建立了节点处的散射关系,引入传播矩阵及置换矩阵,得到了三维埋置框架结构的回传射线矩阵。基于回传射线矩阵法的基本公式,通过在极坐标下采用黄金搜索法进行迭代求解求得了在考虑土体弹簧及土体阻尼时基于Timoshenko梁理论的全埋置及部分埋置单桩基础、部分埋置框架结构的自振频率及振型,并与通过有限元软件SAP2000求得的无阻尼结构的自振特性进行对比,结果表明,土体阻尼减小结构自振频率,土体弹簧增大结构自振频率。对部分埋置结构,土体阻尼会减小埋置部分的变形。土体对结构自振特性的影响随阶数的增大而减小。利用三维埋置结构的回传射线矩阵法开展了在方波脉冲荷载作用下部分埋置桩基及框架结构在均质土中的的瞬态响应研究。以此为基础,讨论了弹性波在部分埋置桩基结构中的传播规律;探讨了材料阻尼、土体弹簧系数、土体阻尼系数、埋置深度、脉冲作用方向对结构中的轴向速度波、扭转速度波的影响。进一步研究了在多层土中[两层土（分别为上软下硬和上硬下软）、三层土（分别为软夹层和硬夹层）]因土体情况不同而对接收点处瞬态响应的影响。研究表明,在等厚度的情况下,土层的分布次序对接收点处的瞬态响应没有影响。在总的埋置深度不变的情况下,硬土层越厚,接收点处接收到的信号就越弱。

关键词：回传射线矩阵法三维埋置结构土体阻尼自振特性瞬态响应

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埋置框架质量检测的探讨

力学学报 2006年第3期38卷 339-346页

作者：余云燕鲍亦兴陈云敏兰州交通大学土木工程学院兰州730070 浙江大学建筑工程学院岩土所杭州310027

提出了埋置框架的回传射线矩阵法,研究了方波脉冲轴向作用、水平作用和斜向作用下有缺陷埋置框架和无缺陷埋置框架的速度波．结果表明:横向速度波不能识别埋置框架的基桩缺陷,轴向速度波可以识别,而且基桩缺陷信号很强烈;脉冲水平作用... 详细信息

提出了埋置框架的回传射线矩阵法,研究了方波脉冲轴向作用、水平作用和斜向作用下有缺陷埋置框架和无缺陷埋置框架的速度波．结果表明:横向速度波不能识别埋置框架的基桩缺陷,轴向速度波可以识别,而且基桩缺陷信号很强烈;脉冲水平作用不能识别基桩缺陷,轴向或斜向作用可以识别．

关键词：回传射线矩阵法埋置框架瞬态波动检测弹性波

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周期层状结构中弹性波的传播特性分析

周期层状结构中弹性波的传播特性分析

作者：李强强兰州大学

学位级别：硕士

周期层状结构是由多相薄层材料组成的胞元沿层厚方向周期排列形成的一维声子晶体。由于结构组成的周期性特点,周期层状结构具有弹性波的通禁带特性,即通带频率范围内的弹性波可以无衰减地传播,而禁带频率范围内的弹性波却迅速衰减。周... 详细信息

周期层状结构是由多相薄层材料组成的胞元沿层厚方向周期排列形成的一维声子晶体。由于结构组成的周期性特点,周期层状结构具有弹性波的通禁带特性,即通带频率范围内的弹性波可以无衰减地传播,而禁带频率范围内的弹性波却迅速衰减。周期层状结构的这种通禁带特性可用于调控弹性波,即滤掉禁带频率范围内的弹性波而令通带频率范围内的弹性波自由通过。因此,周期层状结构中弹性波的传播特性已成为信号传输、防振减噪、精密仪器加工等领域的研究热点。本文以各层之间完美连接,且沿层内和层厚方向均为无限大的理想周期层状结构为对象,研究了面内P-SV波在周期层状各向同性介质中的传播、三维耦合模态弹性波在周期层状各向异性介质中的传播和三维弹性波在周期层状压电介质中的传播等三个方面的问题。首先,基于各向同性弹性介质的二维弹性理论、各向异性弹性介质的三维弹性理论、压电介质的三维压电弹性理论,推导了这些介质层的状态方程。借助每层介质状态方程的波动解和Floquet-Bloch原理,将回传射线矩阵法(Method of Reverberation-Ray Matrix,简称MRRM)引入到周期层状各向同性、各向异性和压电等介质(统称为周期层状介质)的弹性波传播分析中,推导了分析周期层状介质中弹性波弥散特性的MRRM统一列式。其次,基于推导的MRRM列式,编制了求解三种周期层状介质中弹性波传播弥散曲线的FORTRAN程序,结合算例验证了所编程序的正确性以及回传射线矩阵法在低、高频段上的数值计算稳定性和精确性。最后,利用所编程序计算了各种周期层状介质中弹性波传播的所有种类的弥散曲线,并总结了这些弥散曲线的一般特点。研究发现:(1)在所有的弥散曲线中,只有与频率相关的曲线呈现出带隙特性。当弹性波沿层厚方向传播时,频率相关的弥散曲线中首先出现通带,同一类模态的通带和禁带交替排列,不同类模态的弥散曲线互有交叉;当弹性波沿与层厚方向成一定夹角方向传播时,首先出现禁带,且会出现既无纯实波数也无纯虚波数对应的弥散曲线的频率范围(复数型波数对应的禁带)。在高频区段,面内波数的取值对弥散曲线的影响很小,因为此时频率是主导因素。(2)在与相速度和波长相关的弥散曲线中,相速度和波长都表现出多值性和渐进行为。与相速度相关的弥散曲线在零频率处会出现非零截止相速度。(3)当材料的各向异性程度很高时,与波数相关的弥散曲线虽然还有周期性,但不再有关于零波数的对称性。有些弥散曲线会超出qh=2nπ和/或qh=(2n+1)π对应的边界频率。

关键词：周期层状介质弹性波回传射线矩阵法 Floquet-Bloch原理弥散曲线通带禁带

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复合材料层合加肋板中的瞬态波传播

固体力学学报 2011年第S1期32卷 229-234页

作者：刘春川李凤明黄文虎哈尔滨工业大学航天学院 137信箱哈尔滨150001

研究复合材料加肋层合板结构受冲击载荷作用下的瞬态波传播.加肋层合板模型被处理成层合板的弯曲运动与层合梁的扭转与弯曲运动的耦合连续模型.通过Laplace变换,并采用回传射线矩阵法(MRRM),基于一阶剪切变形层合板理论,确定复合材料加... 详细信息

研究复合材料加肋层合板结构受冲击载荷作用下的瞬态波传播.加肋层合板模型被处理成层合板的弯曲运动与层合梁的扭转与弯曲运动的耦合连续模型.通过Laplace变换,并采用回传射线矩阵法(MRRM),基于一阶剪切变形层合板理论,确定复合材料加肋层合板结构中传播的各条射线群.采用FFT变换,计算各种冲击载荷作用下加肋层合板结构的短时瞬态响应,并分析讨论脉冲类型对加肋层合板结构短时瞬态响应的影响.

关键词：复合材料层合加肋板冲击载荷瞬态波短时瞬态响应回传射线矩阵法