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回传射线矩阵法分析埋置框架的瞬态动力响应

作　者: 余云燕
导　师: 陈云敏；鲍亦兴
学　校: 浙江大学
专　业: 岩土工程
关键词: 回传射线矩阵法瞬态波动埋置框架单桩基础框架结构损伤
分类号: TU323.5
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 175次
引　用: 14次
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内容摘要

对实际工程中大量存在的已有结构物下的桩基，最典型的如埋置框架，其在瞬态荷载作用下的响应，目前尚无有效的分析方法。研究该问题不仅对已有结构物下桩基质量检测具有指导意义，而且也为设计承受冲击荷载的海洋平台、码头工程和输油栈桥等提供理论基础。因此，本文着重研究埋置框架在瞬态荷载作用下的波动反应。论文以弹性波动学为基础，首先研究了埋置框架回传射线矩阵法的基本原理。提出纵波和挠曲波在桩土系统中的波动方程，根据节点的力平衡和位移协调条件建立节点散射关系，引入传播矩阵和置换矩阵，得到结构的回传射线矩阵，并通过Fourier逆变换得到结构的全部瞬态响应。将埋置框架回传射线矩阵法的普遍方程退化，得到桩和弹性地基梁的横向瞬态波动解，并进一步得到无损伤框架结构和有损伤框架结构的瞬态波动解。研究了脉冲持续时间和作用方向、损伤位置和程度对脉冲作用点速度波的影响规律。脉冲作用方向对脉冲作用点的速度波影响很大。利用埋置框架的回传射线矩阵法开展横向脉冲作用下埋置框架的瞬态波动研究。通过节点在时域中的力平衡条件和波前到达时间验证计算结果的正确性。分析了长细比、脉冲持续时间、桩土刚度比、埋桩深度和基桩端部约束条件对轴力波、剪力波和弯矩波的影响，并与普通框架结构进行比较。研究表明埋桩深度和基桩端部约束条件对轴力波、剪力波和弯矩波有重要影响。进一步探讨了埋置框架损伤检测的理论基础。并分析了轴向、横向和斜向脉冲作用下，轴向速度波和横向速度波的波形特点，发现利用轴向和斜向瞬态脉冲作用下轴向速度波的波形特点，可以识别埋置框架结构的损伤。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。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-9
第一章绪论  9-19
  §1．1 研究背景  9-10
  §1．2 波动理论的发展现状  10-16
    1．2．1 桩的波动理论发展现状  10-13
    1．2．2 结构的波动理论发展现状  13-16
  §1．3 本文的主要研究工作  16-19
第二章埋置框架的回传射线矩阵法基本原理  19-47
  §2．1 桩土系统的基本方程  19-31
    2．1．1 纵波在桩土系统中传播的基本方程  19-22
    2．1．2 挠曲波在桩土系统中传播的基本方程  22-30
    2．1．3 结构的局部坐标与总体坐标的关系  30-31
  §2．2 弹性波在刚架节点的散射  31-40
    2．2．1 节点的力平衡  31-33
    2．2．2 节点的位移协调条件  33-35
    2．2．3 弹性波在刚节点的散射  35-36
    2．2．4 弹性波在端点的散射  36-40
  §2．3 弹性波回传射线矩阵分析  40-45
    2．3．1 传播矩阵  40-42
    2．3．2 置换矩阵  42
    2．3．3 结构的回传射线矩阵  42-45
  §2．4 本章小结  45-47
第三章桩和弹性地基梁的瞬态波动  47-74
  §3．1 自由桩轴向波的传播及时域、频域结果比较  47-49
  §3．2 半无限长梁挠曲波的传播及时域结果比较  49-52
  §3．3 变截面有限长梁的瞬态波动  52-64
    3．1 变截面无限长梁剪应力波和速度波的传播以及在变截面交界面的散射  53-55
    3．2 变截面有限长梁脉冲作用点的速度波不同展开项数结果比较  55
    3．3 影响因素分析  55-64
  §3．4 单桩横向瞬态波动  64-72
  §3．5 本章小结  72-74
第四章框架结构的瞬态波动  74-103
  §4．1 无损伤框架结构的瞬态波动  74-79
    4．1．1 脉冲作用点速度波的不同展开项数结果比较  74-76
    4．1．2 影响因素分析  76-79
  §4．2 有损伤框架结构的瞬态波动  79-102
    4．2．1 方波脉冲水平作用时有损伤框架结构的瞬态波  80-90
      4．2．1．1 脉冲作用点速度波的不同展开项数结果比较  80-82
      4．2．1．2 影响因素分析  82-90
    4．2．2 方波脉冲斜向作用时有损伤框架结构的瞬态波  90-102
      4．2．2．1 脉冲作用点速度波的不同展开项数结果比较  90-92
      4．2．2．2 影响因素分析  92-102
  §4．3 本章小结  102-103
第五章埋置框架的瞬态波动  103-116
  §5．1 节点的力平衡  103-106
  §5．2 影响因素分析  106-114
  §5．3 埋置框架与框架结构的比较  114-115
  §5．4 本章小结  115-116
第六章埋置框架损伤检测的探讨  116-133
  §6．1 轴向脉冲作用下埋置框架的速度波  116-121
  §6．2 水平方向脉冲作用下埋置框架的速度波  121-126
  §6．3 斜向脉冲作用下埋置框架的速度波  126-132
  §6．4 本章小结  132-133
第七章结论与展望  133-136
  §7．1 主要结论  133-134
  §7．2 进一步研究的建议  134-136
参考文献  136-143
致谢  143-144
发表论文目录  144

回传射线矩阵法分析埋置框架的瞬态动力响应

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