摘要
工作的机器、打桩、爆破、运行的交通车辆等产生的振动，会对临近仪器、设备和建筑物产生不良影响，同时损害人的身心健康，因此对层状横观各向同性层状地基动力响应及隔振屏障机理的研究是迫切和必要的。本文运用解析层元、有限单元、边界单元等方法，较为系统地探讨了竖/横向简谐激励作用下层状横观各向同性地基的动力响应性状，以及传统排桩、联结式排桩对由竖/横向振源引起的弹性波的隔振效果，相关成果将为隔振设计提供理论依据，具有潜在的经济和社会效益。本文的主要工作和成果如下： 1.运用解析层元法研究竖/横向简谐激励共同作用下层状横观各向同性地基动力响应性状。引入两个适用于非轴对称横观各向同性体动力问题的势函数，运用Fourier级数展开、Hankel积分变换等数学方法，获得变换域内单层及半空间的稳态动力解析层元；结合土层间的连续性条件，组装各土层解析层元，获得层状地基的总刚度矩阵；根据层状地基的边界条件，求解方程并进行数值逆变换，获得该问题在频域内的解答。在验证本文方法的正确性后，探究了土层横观各向同性性质、分层性等因素对在竖/横向简谐激励作用下地基动力响应的影响规律。 2.建立竖向简谐激励下排桩与层状横观各向同性地基相互作用的有限元-解析层元耦合模型，研究竖向圆形均布简谐振源作用下层状横观各向同性地基中的排桩隔振问题。采用三节点的杆单元离散排桩，以获得排桩的动力有限元方程；应用动力解析层元离散地基，建立桩-土间的位移-力关系方程；结合排桩的动力有限元方程及位移-力方程，求解排桩的桩-土连接点处的侧摩阻力；考虑桩侧摩阻力与外荷载的共同作用，获得排桩隔振后观察点的位移，并定义振幅减小比描述排桩对竖向振源的隔振效果。在验证本文方法的正确性后，探究排桩设计参数、地基参数等因素对排桩阻隔竖向振源的影响规律。 3.建立横向圆形简谐激励下排桩与地基相互作用的有限元-边界元-解析层元耦合模型，研究横向圆形均布简谐振源作用下层状横观各向同性地基中排桩隔振问题。采用三节点的Euler-Bernoulli梁单元离散排桩，以获得排桩的动力有限元方程；采用动力解析层元离散地基，结合间接边界元法，建立桩-土间的位移-力关系方程；运用上述两个方程，可求得排桩各桩的桩-土连接点处的桩对土的作用力；考虑桩对土的作用力与外荷载的共同作用，获得在排桩隔振后观察点的位移，并定义振幅减小比描述排桩对横向振源的隔振效果。在验证本文方法的正确性后，探究排桩设计参数、地基参数等因素对排桩阻隔横向振源效果的影响规律。 4.建立竖向圆形简谐荷载激励下梁-桩-土相互作用的有限元-解析层元耦合模型，研究竖向圆形均布简谐振源作用下层状横观各向同性地基中联结式排桩隔振问题。采用Timoshenko梁单元离散联结梁，结合梁-桩边界条件、梁及排桩的动力平衡方程，建立梁弯曲振动的动力平衡方程；采用动力解析层元离散地基，建立梁-桩-地基间的位移-力关系方程；运用上述两个方程，可求得联结式单排桩中梁和桩对地基的作用力；考虑这两者与外荷载的共同作用，获得联结式排桩隔振后观察点的位移，并定义振幅减小比描述联结式单排桩对竖向振源的隔振效果。在验证本文方法的正确性后，对比分析联结式排桩与传统排桩对竖向振源的隔振效果，探究屏障设计参数、地基参数等因素对联结式排桩阻隔竖向振源效果的影响规律。 5.建立横向圆形简谐激励下联结梁-桩-土相互作用的有限元-边界元-解析层元耦合模型，研究横向圆形均布简谐振源作用下层状横观各向同性地基中联结式排桩隔振问题。采用Timoshenko梁单元离散联结梁，再结合梁-桩边界条件、梁及排桩动力平衡方程，以获得其平面外弯曲-扭转振动和平面内弯曲-伸缩振动的动力平衡方程；运用所获得的桩-土间的位移-力关系方程和梁-联结式排桩动力响应方程，可求得联结式排桩对地基的作用力；考虑其与外荷载的共同作用，获得联结式排桩隔振后观察点的位移，并定义振幅减小比描述联结式排桩对横向振源的隔振效果。在验证本文方法的正确性后，对比分析了联结式排桩与传统排桩对横向振源的隔振效果，探究屏障设计参数、地基参数等因素对联结式排桩阻隔横向振源效果的影响规律。 最后，对全文工作进行总结，指出文中的不足，并分析探讨了进一步的研究方向。
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