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文檔簡介

工程打樁的波動分析寧波大學(xué)一、工程背景

樁基礎(chǔ)是建筑、橋梁、港口和海洋工程中廣泛采用的基礎(chǔ)形式，與灌注樁相比，預(yù)制樁樁身質(zhì)量易于保證和控制，工期短、施工方法簡單、效率高、能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，因此，在實際工程中得到廣泛應(yīng)用。但是，打樁過程中由于對沉樁可打入性判定的失誤，導(dǎo)致施工中樁無法下沉到設(shè)計的貫入深度，造成截樁、樁身壓屈，和樁頭損壞等等一系列問題。輕則延誤工期，重則導(dǎo)致重大的工程事故。波動分析法作為一種定量化的實時監(jiān)控方法，在施工過程中可以通過樁身內(nèi)各種應(yīng)力波量化的測量，定量計算樁身內(nèi)的應(yīng)力，樁身完整性及任時刻樁的承載力。波動方程分析法不但可以在現(xiàn)場實時監(jiān)控施工質(zhì)量，同時可以對樁身設(shè)計及施工工藝的合理性包括樁身設(shè)計，停錘標(biāo)準(zhǔn)，樁的選取，單樁豎向承載力等進行評價，并可以根據(jù)監(jiān)控結(jié)果合理改進施工工藝，因此，可以作為打樁工作的指導(dǎo)。二、建立模型1931年，D.V.Isaacs提出能量從樁錘傳遞到樁底不是簡單的剛體撞擊動力問題，而是撞擊應(yīng)力波在樁身內(nèi)的傳播問題。他將樁周土體阻力引入古典的一維波動方程式中為樁截面的坐標(biāo)；為處樁截面的質(zhì)點位移，為時間，為樁身土體阻力，表示波速，但是該方程并沒有真正反映出打樁過程中的波動響應(yīng)。所以建立以下模型考慮動力打樁過程中樁身自重和樁周土體阻力。假設(shè)在打樁過程中，受到?jīng)_擊荷載撞擊后任一截面在變形時仍然保持平面，則微分單元處的應(yīng)變?yōu)闃段⒎謫卧诮孛嫣幍氖芰锳為樁身截面面積，E為彈性模量。在截面cd處的受力為微分單元上所受合力為式中為微分單元所受的土體阻力（）；為微分單元的重量（）。由牛頓第二定律可得將樁的密度代入，整理得一維動力打樁波動方程

所以樁周土體阻力在經(jīng)過這樣的簡化后成為所以簡化后的打樁波動方程為整理得：對于摩擦型端承樁，其邊界條件視為上端自由，下端彈性固定，所以有：三、定解條件四、方程求解又因為所以代入定解條件可得其中表示樁底土的等效彈簧系數(shù)，A表示樁身截面面積可推出又因為所以即是原齊次波動方程的解即轉(zhuǎn)換成波動方程的求解由分離變量

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