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桩基水平振动理论与性状研究

作　者: 胡安峰
导　师: 谢康和
学　校: 浙江大学
专　业: 岩土工程
关键词: 桩的水平振动粘弹性成层地基解析解剪切变形横向相互作用因子群桩
分类号: TU435
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

桩基的水平动力特性已受到工程界越来越普遍的重视，但关于水平动力受荷桩的理论和性状至今仍处于研究阶段。本文建立了一整套考虑桩体剪切变形的桩基水平振动分析理论，并较系统地研究了桩的长径比、桩土刚度比、激振频率等因素对桩基水平动力响应的影响。首先，基于动力Winkler模型(BDWF)对粘弹性地基中有限长桩的水平动力响应问题进行求解，得到了单桩在桩顶受水平简谐荷载作用下的时域解析解，并在此基础上通过叠加原理得到了半正弦激振条件下的瞬态解析解。同时，对上述同一问题在频域内进行求解，得到了各种边界条件下的有限长桩和无限长桩水平稳态振动解。利用所得解，采用与频率相关的刚度系数和阻尼系数的近似表达式，对有限长桩和无限长桩的动力特性特别是对最大无量纲响应沿深度的变化曲线进行了参数研究，表明在常见桩土参数下，当长径比大于15时，可将有限长桩视为无限长桩以简化计算。首次在桩基的水平振动分析中考虑了桩体的剪切变形，获得了单桩在均匀地基中更为精确的水平振动解。通过参数分析，提出在常见桩土参数情况下可以将剪切效应忽略不计的界限长径比约为8。在此基础上，进一步得到了成层粘弹性地基中考虑桩体剪切变形的单桩水平振动解析解，并分析了桩基剪切变形对水平动力响应的影响。基于获得的考虑剪切变形的单桩水平振动解和Makris(1992)提出的双桩分析方法得到了横向相互作用因子的计算公式，并通过参数分析研究了横向相互作用因子的变化规律以及剪切变形对其的影响。在此基础上，利用叠加原理得到了考虑桩体剪切变形的群桩水平动力响应解，并分析了剪切变形和其他因素对桩顶水平位移以及桩顶剪力分布的影响。本文所给出的从单桩到双桩再到群桩的一整套水平动力响应分析理论和解答，首次同时考虑了桩基水平振动时的弯曲变形和剪切变形，克服了现有解只能考虑弯曲变形的不足，从而完善了桩基水平振动理论。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-10
第一章绪论  10-22
  1．1 引言  10-11
  1．2 桩基水平振动问题研究现状  11-16
    1．2．1 单桩水平振动问题研究现状  11-14
      1．2．1．1 连续介质解析理论  11-12
      1．2．1．2 文克尔地基梁模型法  12-13
      1．2．1．3 有限元和边界元理论  13-14
    1．2．2 水平荷载下群桩的动力分析方法  14-16
  1．3 桩土之间动反力系数的确定  16-20
    1．3．1 动反力的常用表达形式  16-17
    1．3．2 动反力系数的解析表达式  17
    1．3．3 动反力系数的近似表达式  17-20
  1．4 本文的主要工作和意义  20-22
第二章均匀地基中单桩水平动力响应分析  22-43
  2．1 引言  22
  2．2 基本假定及控制微分方程  22-24
  2．3 单桩水平振动解析解（Ⅰ）  24-29
    2．3．1 定解问题的建立  24-25
    2．3．2 定解问题的求解  25-27
    2．3．3 稳态激振条件下的解的简化  27-28
    2．3．4 桩头动力阻抗系数  28-29
  2．4 单桩水平振动解析解（Ⅱ）  29-32
    2．4．1 引言  29
    2．4．2 单桩水平振动微分方程的求解  29-32
  2．5 对两种解析理论的讨论  32
  2．6 桩土参数分析  32-34
  2．7 桩底边界条件的影响分析  34-35
  2．8 与其他解的比较  35-42
  2．9 本章小结  42-43
第三章成层地基中单桩水平动力响应分析  43-54
  3．1 引言  43
  3．2 理论推导  43-46
  3．3 影响因素分析  46-47
  3．4 桩头承台附加质量的影响  47-53
  3．5 本章小结  53-54
第四章均匀地基中考虑桩体剪切变形的单桩水平振动解  54-66
  4．1 引言  54
  4．2 基本方程及其求解  54-58
  4．3 Euler梁理论的适用条件  58-59
  4．4 界限桩长l_e的影响因素分析  59-60
  4．5 几种不同理论适用范围的讨论  60-65
  4．6 本章小结  65-66
第五章成层地基中考虑桩体剪切变形的单桩水平振动解  66-81
  5．1 引言  66
  5．2 理论推导  66-69
  5．3 参数分析  69-70
  5．4 桩体剪切变形的影响分析  70-79
  5．5 本章小结  79-81
第六章考虑桩体切变形的双桩横向相互作用因子  81-101
  6．1 引言  81
  6．2 基本假定  81-82
  6．3 相互作用因子的求解步骤  82-83
  6．4 均匀地基中双桩横向动力相互作用因子的理论推导  83-87
  6．5 成层地基中双桩横向动力相互作用因子的理论推导  87-89
  6．6 算例及分析  89-100
  6．7 与其他解的比较  100
  6．8 本章小结  100-101
第七章考虑桩体剪切变形的群桩水平动力响应  101-116
  7．1 引言  101
  7．2 采用叠加原理的基本假定  101-102
  7．3 分析模型  102-103
  7．4 分析步骤  103-104
  7．5 计算实例  104
  7．6 参数分析  104-105
  7．7 与其他解的比较  105-114
  7．8 本章小结  114-116
第八章结论与展望  116-119
  8．1 主要结论  116-118
  8．2 进一步研究工作的展望  118-119
参考文献  119-128
作者简介  128-129
致谢  129-130
附录浙江大学岩土工程研究所历届博士学位论文目录  130-132

桩基水平振动理论与性状研究

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