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《涌潮荷載下樁式丁壩的動力響應(yīng)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、水利學(xué)報年月第卷第期文章編號涌潮荷載下樁式丁壩的動力響應(yīng)趙暉蔡袁強徐長節(jié)浙江大學(xué)軟弱土與環(huán)境土工教育部重點實驗室浙江杭州摘要通過勢流理論研究了簡諧荷載作用下的無黏性流圓樁土體系統(tǒng)的動力響應(yīng)采用動力彈性地基梁模型模擬樁與土的相互作用考慮無黏性流體和樁體的耦合作用將圓樁散射的特征函數(shù)展開由解析法給出了埋置在土中的圓樁在無黏性流體中的穩(wěn)態(tài)動力響應(yīng)最后將實測的錢塘江涌潮沖擊荷載用傅立葉變換展開成正余弦荷載考慮由流體黏性引起的速度力和黏性阻尼的公式的速度力分項研究分析了涌潮作用下樁式丁壩的受力特性及樁身振動響應(yīng)計算結(jié)果表明埋置樁的自振頻率較
2、高而涌潮荷載中高頻分量相對較小所以涌潮下樁式丁壩不易發(fā)生共振工程中可采用靜力方法進行設(shè)計關(guān)鍵詞涌潮流體樁土作用共振特征函數(shù)展開解析法傅立葉級數(shù)中圖分類號文獻標(biāo)識碼研究背景在強涌潮河段丁壩可以挑流促淤保灘護岸但傳統(tǒng)堆石丁壩最大的缺點是容易被涌潮沖毀因此工程設(shè)計人員提出了一種可埋置的樁式丁壩結(jié)構(gòu)樁式丁壩的基礎(chǔ)很深不易損毀避免了頻繁搶修的弊端作為新型水工結(jié)構(gòu)樁式丁壩在涌潮壓力下的動力響應(yīng)是個亟待研究的課題周叮利用廣義三角級數(shù)的正交完備性求得了懸臂梁與液體耦合振動的振型函數(shù)和頻率方程的精確解析解張紹文等研究了水中兩類懸臂結(jié)構(gòu)的彎曲自由振動
3、與水動力特性關(guān)系指出擾動水壓力對結(jié)構(gòu)的作用相當(dāng)于在柱上附加分布質(zhì)量并給出了附加質(zhì)量的確切算式但這些工作還局限于研究懸臂梁的水動力學(xué)特性等采用動力曲線和曲線模擬了樁土相互作用用有限元法計算了波浪荷載下群樁的動力響應(yīng)但是忽略了流體和樁的耦合作用劉笑海等試驗研究了埋置剛性樁上的波壓力但亦沒有考慮樁和流體的耦合作用涌潮對丁壩的作用機理目前還不明確研究表明涌潮的波長較大波幅相對波長較小而且實測涌潮壓力豎向分布和線性波波壓力豎向分布十分類似可以采用線性波理論模擬涌潮從能量的角度看涌潮對樁式丁壩的作用力為勢流分量和黏性引起的渦流分量的結(jié)合這點和
4、計算小直徑樁柱體的波浪力公式即公式是一致的但若直接用公式計算樁水耦合振動計算量大若考慮樁土系統(tǒng)的樁水耦合振動則計算量更大本文通過勢流理論求解流體壓力的勢流分量采用特征函數(shù)展開方法和地基土模型利用泥面處樁身連續(xù)條件直接獲得無黏性流體樁土系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)動力響應(yīng)的解析解趙暉等對錢塘江涌潮壓力進行了現(xiàn)場觀測涌潮沖擊瞬間后就翻躍丁壩此時的丁壩所受外荷載為丁壩兩側(cè)的壓力差本文將文獻中計算模擬的錢塘江涌潮壓力展開成傅立葉級數(shù)基于穩(wěn)態(tài)簡諧荷載下的無黏性流體樁土體系的動力響應(yīng)的解析解求得了涌潮荷載下忽略流體黏性的埋置樁的動力響應(yīng)然收稿日期作者簡介趙暉男
5、江蘇興化人博士生主要從事樁土動力相互作用及固液耦合振動等方面的研究后通過公式中的速度力分項考慮流體黏性引起的渦流分量速度力和黏性阻尼從而得到錢塘江涌潮荷載作用下樁式丁壩的動力響應(yīng)流體樁土的穩(wěn)態(tài)簡諧動力分析樁式丁壩的特點是埋置樁的上部浸沒在流體中當(dāng)受到涌潮動力荷載時產(chǎn)生振動樁在河床以上的部分和流體耦合作用樁在河床以下的部分和土體相互作用如圖所示為樁的彈性模量為樁的橫截面積為樁的密度為涌潮壓力為土彈簧系數(shù)為土的阻尼系數(shù)模型采用在水深中半徑為埋入土中深度為的圓樁受流體簡諧荷載作用圖取柱坐標(biāo)系使得在靜水面上軸通過樁中心向上為正水平方向向右
6、為正方向圓柱受到流體的沖擊流體沿軸正方向傳播圓樁的振動方程振動方程可表示為圖樁式丁壩受力式中分別為樁身泥面以上和樁身泥面以下的水平位移為樁的抗彎剛度樁側(cè)土對樁的動力作用簡化為連續(xù)分布的線性彈簧和線性阻尼器以并聯(lián)的方式耦合?其中分別為土體的彈性模量土體的材料阻尼比是圓樁單位長度上的動水壓力根據(jù)流場中方程的壓強計算公式沿著圓樁的迎水半個周長積分得到式中為流體的總速度勢為水的質(zhì)量密度為樁的半徑基本方程的求解假設(shè)流體是無黏性不可壓縮的采用線性波理論模擬流體設(shè)波高為波數(shù)為圓頻率為重力加速度為流體的總速度勢分別表示入射波和散射波相對應(yīng)的速度勢
7、根據(jù)線性波理論入射波的速度勢可以記為圖流體圓樁土系統(tǒng)式中為數(shù)為階第一類函數(shù)流體對彈性圓柱的散射速度勢可以寫成式中分別為階函數(shù)和階第二類虛宗量函數(shù)為待定系數(shù)是下式的正實根根據(jù)式把對動水壓力有貢獻的速度勢的部分記做樁面耦合條件為由式和式可得作用在樁上的動水壓力豎向分布函數(shù)為把式代入式后根據(jù)樁體受力平衡條件可求樁的水平振動位移為式中為待定系數(shù)??積分常數(shù)的確定由樁面條件樁身邊界條件和泥面處樁身連續(xù)條件可以確定所需要的待定系數(shù)令常數(shù)常數(shù)常數(shù)那么泥面以上樁身水平位移是將泥面以上的樁體位移表達式代入樁面方程式可以得到式分別乘以并在上積分可以得
8、到一組關(guān)于速度勢系數(shù)的方程取有限個項那么式可以展開成個方程再加上個樁身邊界條件和樁身連續(xù)條件共個方程待定系數(shù)有共個運用矩陣方程求解的方法就可以求出所有樁身水平位移待定系數(shù)和速度勢散射系數(shù)計算結(jié)果隨著的增加而迅速收斂根據(jù)截斷誤差確定使計算精度達到要求
