基于Floquet变换方法的排桩隔振研究

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本研究利用Floquet变换方法,建立了单排桩、多排桩隔振计算的数值模型。本文的研究主要包括以下几个方面:   ⑴半空间弹性土在内部圆形荷载作用下的基本解建立。本文的基本解为半空间弹性土体在内部圆形均布荷载作用下的动力响应,基本解主要包括:位移、应力和应变。为建立基本解,首先把频域内的弹性动力学方程化归为关于势函数的Helmhotlz方程,对势函数进行Fourier级数展开,并利用Hankel变换得出势函数的通解。利用上述通解、半空间的边界条件及荷载作用面处的连续性条件即得变换域内基本解的表达式,对变换域内基本解进行数值Hankel逆变换即得频域内的基本解。   ⑵基于Floquet变换方法的考虑垂直方向桩土耦合的排桩隔振计算模型。利用Floquet变换方法和Muki的虚拟桩方法,建立了只考虑垂直方向桩土耦合的周期性单排桩和多排桩的隔振计算模型。为建立上述模型,首先利用Muki的虚拟桩法将桩土体系分解为拓展半空间弹性土和一系列虚拟桩,然后利用半空间土体的基本解,自由波场解及桩土垂直方向的协调条件,建立排桩空间域内的第二类Fredholm积分方程,利用Floquet变换方法,得出排桩在波数域内的Fredholm积分方程。求解波数域内的积分方程即得排桩在波数域内的解,对波数域内的解进行Floquet逆变换,即得排桩在空间域内的解。通过和直接叠加法比较,验证了Floquet变换方法的正确性。利用所建立的模型,对桩长、桩土弹性模量比、排桩桩间距、排桩排间距及多排桩中各排桩取不同桩长与不同桩土弹性模量比等对排桩隔振效果的影响进行了分析。   ⑶基于Floquet变换方法的考虑垂直及水平方向桩土耦合的排桩隔振计算模型。和建立上述考虑桩土垂直方向耦合的计算模型类似,首先利用Muki的虚拟桩法,半空间弹性土体的基本解,自由波场解及桩土垂直及水平方向的协调条件,建立考虑垂直及水平方向桩土耦合的周期性排桩在空间域内的第二类Fredholm积分方程,然后利用Floquet变换方法,得出排桩在波数域内的垂直方向及水平方向的积分方程,求解该积分方程并进行Floquet逆变换,即得排桩在空间域内的解。通过和叠加方法比较,验证了排桩Floquet变换计算模型的正确性。通过算例对只考虑垂直方向桩土耦合和同时考虑垂直和水平方向桩土耦合的排桩隔振效果进行了比较;利用所建立的考虑垂直和水平方向桩土耦合的计算模型,对桩长、桩土弹性模量比及桩直径等参数对排桩垂直及水平方向隔振效果的影响进行了分析。
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