周期性排桩和波屏障在土木工程减振中的应用研究.doc

1、周期性排桩和波屏障在土木工程减振中的应用研究摘要：在日常生活中，人们的生活经常会被各种震动所影响，其中交通带来的震动，机器运作的震动，施工震动等无处不在，这些都严重的影响着人们的生产生活，因此分析和研究周期性排桩和波屏障在土木工程减振中的作用显得至关重要，相关学者希望能够通过对此问题的研究来缓解震动对人们生活的影响，通过探求减震措施，保障人们的生命财产安全，众所周知，空沟、排桩、填充沟、甚至各种隔振支座和一些其他的隔振屏障等都能在一定程度上起到隔离震动的作用，与此同时，这些减震措施还能够有效的降低地震所带来的灾害。本文将主要阐述周期性排桩和波屏障在土木工程减振中的应用，进而实现土木工程中的减震

2、目的。 关键词：周期性排桩；波屏障；土木工程；减振 引言：当前，排桩结构是目前最为有效的一种减振措施之一。主要是因为排桩结构主要是按照等间距或多排方式布置，所以，从几何布置上来说，多排机构就具有平面上的周期性，同时，据调查表明，周期结构具有一定的频散特征，具备具备对特定频段弹性波的隔离能力，如果通过合理的设计可以有效起到减震的作用，由此，将排桩结构和其他波屏障结构设计成周期性结构主要是为了对震动的一直和隔离，与此同时，这种周期性结构对于其他频段的弹性波具有十分显著的导波性能，同时在一定的区域内形成震动盲区，所以说，周期性排桩和波屏障在土木工程能够起到一定的减振作用。 一、周期性排桩屏障减震存在

3、的问题 （一）周期结构的概念 周期结构是土木工程中一种较为常见结构，周期结构是指用相同的典型单元在空间中以一维、二维或者三维的形式对其进行重复性的排列。并且通过研究周期结构的几何特性、动力特性等其他的一些特征，发挥其在工程中的应用价值，在土木工行工程机构中，许多都属于周期结构，如周期性墙面、加筋楼面板等都属于是周期结构，这些机构主要都是由相同构造的单元，通过重复性的规则进行排列而成。 多排桩结构往往是按照多排等间距布置，因此具有一定的周期结构性，周期性排桩和周期性波屏障逐渐成为一种新型的减震体系，周期结构具有一定的减震优势，由于利用周期机构本身就具有一定减震特征，所以，不需要附加任何其他结构。

4、这是周期结构的最大优势，其次，周期结构具有很高的综合减震性能，能够隔离一定频率范围内的所有震动。与此同时，周期结构具有较高的刚度和强度，所以周期结构不仅可以起到防震的作用，还可以用于建筑物下部的承重部分，具有一定的承载能力和整体性。 二、计算方法 当前，针对不同构造的周期结构，已经有多种计算方法来计算衰减域的特性，其中主要包括传递矩阵法、平面波展开法、小波方法、多重散射理论、时域有限差分法、集中质量法和有限元法等。分析周期结构的振动特性，既可以取无限周期结构中的一个典型单元来计算其频散曲线，也可以取多个典型单元组成有限周期结构计算其频率响应函数曲线。（1）传递矩阵法 传递矩阵法主要是对一维的周

5、期结构衰减域特性进行计算，传递矩阵法主要是从弹性动力学的基本方程出发，并结合界面上的位移连续条件、应力连续，从而得到单个周期结构的传递函数，与此同时，通过引入周期边界的条件，以此得到某个特征值方程，并通过求解矩阵特征值从而得到频散曲线的解。同时，如果有限个传递矩阵相乘并对其施加约束条件，便可得到相应有限周期结构的传递系数解析解。而且所得到解相对准确，传递矩阵法在计算一维周期结构中有很大优势，但是却难以处理二维和三维周期结构问题。 （2）小波方法 小波方法首先别用于计算声子晶体的频散曲线中，小波方法可以再一定程度上有效地研宄出声子晶体的表面波、缺陷态以及表面缺陷态。小波方法的求解思路如下：首先运

6、用 Bloch 定理，将位移矢量写成 Bloch波矢量的形式，代入到弹性波动方程，并写成变分形式，然后利用Hilbert 空间微分算子的框架理论，将变分形式的波动方程转化为积分形式，然后将波动方程中的位移函数和材料参数（包括密度和弹性系数） ，在小波空间以相应的周期小波基叠加的形式展?晕?小波级数形式，最后将波动方程写成特征值方程的形式。 三、周期性排桩和波屏障在土木工程减振中的应用 （一）平面波展开法对其波矢作用 在本质对于所函数展开成不同角度所产生的平面波叠加模式，使得函数的直接和简介处会出现吉布斯效率震荡的状况。在对平面波展开法自身的理论运作原理对其在收周期结构衰减域和幅度振动特性计算的

7、基本理论以及方法敛性差的含义。使得不同介质参数差异相对降低的前提保障下，使得平面波展开法的收敛性获得高度的对称认同。进而对于当材料参数差异数值较高的时候。例如桩-土和混凝土-橡胶的弹性参数差异能在 106 之上，进而让平面波展开法的收敛性获得差异性的表现。 （二）有限元法在 COMSOL 中的实现 有限元软件 COMSOL3.4 可以让求解特征值方程获得有效的反应，进而使得复函数边界条件获得有效的反应。在二维周期结构分析过程中，使得频散曲线计算可以获得平面应变单元的表达，典型单元需要用三角形网格进行有效的区分，使得无阻尼特征值求解获得实现。因而让周期结构可以和复函数相互结合获得周期边界条件的有

8、效获取，在求解选项中通过 Hermitian 进行相应的求解解析，使得求解模型保存成 m 类文件。整体的结果可以通过调用 MATLAB 软件获得扫超数据的支持，使得产生出简约布里渊区的边界理论。在对处理中将得到的特征频率获得一个升序的排列，从而获得在频散曲线上的有效的研究。在对其二维典型单元进行分析，可以获得周期边界条件过程表示进行得出其执行流程模式。 （三）二维粘弹性边界条件 在对桩-土组成的周期结构进行有效的分析，可以得出周期结构在各类振动的隔离效果分析，使得边界条件获得有效的解决方法建立。进而在处理土介质边界的技术方式研究可以得出，刚性边界条件透射以及粘弹性边界条件和旁轴边界条件获得一定

9、的相互合理关联，使得获得 PML边界条件确定。在对弹性波的透射问题进行影响分析，可以对其波动的输入状况进行有效的分析和结论研究。使得粘弹性边界和对应的波动输入方式获得联系，并进行高度准确化的模拟波动传播区域的研究。 （四）三维粘弹性边界条件 三维模型中的单独节点需要在不同方向自由度进行有效的边界条件分析。使得在单一节点上存在一个法向以及对应的两个切向的粘弹性边界单元进行结论的研究。使得可以得出假定人工边界处的介质表示，产生出不同的同质和线弹性材料，波动方式的研究结论。通过三维粘弹性的球面波的形式进行有效的区分。获得法向人工边界保障条件的建立，使得波为球面膨胀波获得一定的三维边界确立，进而可以获得切向人工边界条件的对应，产生出周期结构衰减域和振动特性计算的基本理论和研究方法的确立。 结语：排桩是土木工程中最为常见的一种结构形式，同时，周期性排桩和波屏障在土木工程减振中的应用能够极大的减少震动对人们正常生活的影响。将周期结构的设计理念引入到排桩设计中，进而为人们的生活提供安全保障。 参考文献： 1崔凯.北京万松老人塔塔基的地铁振动隔振措施研究D.北京交通大学，2010. 2董国庆.高速铁路高架桥的振动与场地隔振分析D.湖南大学，2010. 3贺瑞.海底基础动力特性研究D.浙江大学，2014. 4张庆.基于符号计算法的桩结构空间协同分析方法研究D.吉林大学，2014.