[發(fā)明專利]一種軸對稱徑向非均質(zhì)土中大直徑管樁縱向振動分析系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911425013.2
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111177933B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔春義;梁志孟;王本龍;辛宇;孟坤;劉海龍;趙九野
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 涂文詩;鄧珂

本發(fā)明實施例公開了一種軸對稱徑向非均質(zhì)土中大直徑管樁縱向振動分析系統(tǒng)及方法，所述方法其包括設(shè)定與徑向非均質(zhì)土體模型的三維軸對稱樁?土體系耦合縱向振動模型相適應(yīng)的分析條件；創(chuàng)建軸對稱條件下樁周土振動模型和樁芯土振動模型并創(chuàng)建管樁縱向振動模型，同時給定樁?土體系耦合縱向振動體系邊界條件；求解所述樁周土振動模型、樁芯土振動模型和管樁縱向振動模型以獲取任意圈層土中黏彈性支承樁的縱向振動特性進行振動分析參數(shù)。本發(fā)明能適用于非諧和激振問題特別是瞬態(tài)激振條件下時樁體時域振動響應(yīng)問題，通過考慮樁身橫向慣性效應(yīng)能夠近似模擬三維波動效應(yīng)，可為樁基動力檢測提供理論指導和參考作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及樁基動力檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種軸對稱徑向非均質(zhì)土中大直徑管樁縱向振動分析技術(shù)。

背景技術(shù)

目前，在考慮樁身橫向慣性效應(yīng)研究大直徑管樁振動響應(yīng)問題時，均采用平面應(yīng)變模型理論，而該模型忽略了土體應(yīng)力、位移分量沿深度的變化，不能反映土體在徑向各層間的聯(lián)系，也不能考慮樁周土體的三維應(yīng)力狀態(tài)、樁-土間的三維動力耦合效應(yīng)。此外，大部分研究均假定土體材料阻尼為滯回阻尼。而對非諧和激振問題特別是瞬態(tài)激振條件下樁體時域振動響應(yīng)問題，土阻尼力與振幅有關(guān)也與應(yīng)變速率有關(guān)，采用滯回阻尼模型在概念上會引起矛盾。

也就是說，現(xiàn)有技術(shù)在對樁身橫向慣性效應(yīng)的大直徑管樁縱向振動響應(yīng)模型進行建模分析時仍然存在較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，為解決在現(xiàn)有技術(shù)在對樁身橫向慣性效應(yīng)的大直徑管樁縱向振動響應(yīng)模型進行建模分析時仍然存在較大的誤差的不足，特提出了一種軸對稱徑向非均質(zhì)土中大直徑管樁縱向振動分析系統(tǒng)。

一種軸對稱徑向非均質(zhì)土中大直徑管樁縱向振動分析系統(tǒng)，包括：

第一數(shù)據(jù)獲取單元，其用于設(shè)定與徑向非均質(zhì)土體模型的三維軸對稱樁-土體系耦合縱向振動模型相適應(yīng)的分析條件；

第二數(shù)據(jù)獲取單元，其用于創(chuàng)建軸對稱條件下樁周土振動模型和樁芯土振動模型并創(chuàng)建管樁縱向振動模型，同時給定樁-土體系耦合縱向振動體系邊界條件；

第三數(shù)據(jù)獲取單元，其用于求解所述樁周土振動模型、樁芯土振動模型和管樁縱向振動模型以獲取任意圈層土中黏彈性支承樁的縱向振動特性進行振動分析參數(shù)。

可選的，在其中一個實施例中，所述分析條件包括下述設(shè)定，即設(shè)定樁為線彈性均質(zhì)等圓截面Rayleigh-Love桿件，其樁體底部采用黏彈性支承；設(shè)定樁周土體內(nèi)部擾動區(qū)域沿徑向所劃分的m個圈層為均質(zhì)、各向同性黏彈性體，樁周土體外部區(qū)域為徑向半無限均勻黏彈性介質(zhì)；設(shè)定樁-土耦合振動系統(tǒng)滿足線彈性和小變形條件；設(shè)定樁周土與樁壁界面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力，通過樁土界面剪切復剛度傳遞給樁身，樁土之間完全接觸，無脫開和滑移現(xiàn)象；設(shè)定各圈層層段中樁周土復值切變模量從外部區(qū)域至內(nèi)部擾動區(qū)域最內(nèi)圈層呈現(xiàn)二次函數(shù)變化規(guī)律。

可選的，在其中一個實施例中，所述樁周土振動模型的創(chuàng)建過程包括：

首先，設(shè)定樁周第j圈層土體位移為根據(jù)彈性動力學基本理論，建立軸對稱條件下樁周土的振動方程為：

式中，r表示徑向方向，z表示縱向方向，t表示時間，表示第j圈層土體的土體拉梅常數(shù)，表示第j圈層土體的剪切模量，表示第j圈層土體的黏性阻尼系數(shù)，表示第j圈層土體的密度；

其次，確定側(cè)壁切應(yīng)力方程即針對黏性阻尼土，其對應(yīng)的樁周土對樁身單位面積的側(cè)壁切應(yīng)力為

式中，表示樁周土對樁身單位面積的剪切模量，表示樁周土對樁身單位面積的黏性阻尼系數(shù)；

所述樁芯土振動模型的創(chuàng)建過程為：

首先，設(shè)定樁芯土體位移為根據(jù)彈性動力學基本理論，建立軸對稱條件下樁芯土的振動方程為：