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液压高频振动桩锤机械设计模型问题: 热度 1 陈龙珠 2010-6-29 22:34; 液压高频振动桩锤自下而上包括液压夹桩器、激振部分、减振橡胶连接块、减振质量部分和吊环（如照片和示意图）。在计算简图中，假定夹桩器与桩顶固接，k 1 、c 1 表示桩-土等效刚度和粘滞系数，m 1 包括锤中激振部分的质量与桩身等效质量之和，k 2 、c 2 代表橡胶减振连接块刚度和粘滞系数，m 2 锤中减振部分的质量，k 3 表示悬吊缆绳刚度。高频振动桩锤机械设计选取的结构参数，在给定频率范围内施工时，应使桩顶振幅尽可能地高- 有利于沉桩施工效率，而减振质量部分的振幅尽可能地低- 为了机架或吊车安全。对如图所示的二自由度结构模型，利用动力学理论求解看似不会困难的。但是，对机械设计分析人员来说，即使对桩-土子结构振动简化成线性问题，要得到合理的k 1 、c 1 以及桩身等效质量乃至m 1 的数值，却并非容易的事情。如中南大学汽车与机械工程学院2008年完成的液压振动锤桩振系统建模仿真仍是将桩身当成了绝对刚性的，在此假设下，桩身等效质量便与桩身物理质量相同。上海交大闵行校区试验现场桩锤计算简图液压高频振动桩锤系统示意图然而，具有一定长度的钢筋混凝土和钢桩身的轴向刚度 EA/l （ E -弹模， A- 桩身截面积，l- 桩长）为有限数值而非无限大，上述假设是否合理值得论证。作为初步检验，暂考虑桩被整体吊离地面而悬空振动时的情况，显然有k 1 =0和c 1 =0。再经机械振动理论推导（， f - 频率），得桩顶被固接于桩锤时的桩身等效参振质量为：可见，即使在这种桩土作用极其简化的情况下，对钢筋混凝土桩来说，当激振频率较高、桩身较长时，其参与桩锤激振部分的等效质量可能会比其自身物理质量高得多，上述桩身刚性假设将会对桩锤机械设计乃至以后的工效预期带来较大的偏差。当桩处于地基土中时，即使在线性振动假定下，其等效质量、刚度和粘滞系数的计算也是比较复杂的，虽然有限元数值方法总能求解，但期望能寻找出便于实用的解析方法。（注：若不在上述计算简图中 m 1 上计入桩身参振质量，则上述条件下按机械阻抗法求解可得 k 1 =-m e (6.28 f ) 2 ，c 1 =0 ）; 个人分类: 土建科技|9748 次阅读|1 个评论

液压高频振动锤打桩中的桩身受拉问题: 热度 1 陈龙珠 2009-12-20 23:07; 液压高频振动桩锤的应用及在我国的研制情况，本博曾给予了简介。这种打桩锤，在陆地和水上使用的机动性较强，饱和软土液（软）化快，周围地基振动弱，对大直径、长的钢管桩和现浇薄壁筒桩钢质沉管的施工，已取得较好的应用效果。在振动法打桩中，桩身会反复承受拉、压应力。钢材料的抗压和抗拉强度基本相同，而混凝土材料是抗拉强度大约只有抗压强度的1/10。因此，在激振力幅100~300吨的液压高频振动锤打桩施工时，相关科技人员很担心混凝土桩受拉开裂而影响桩的承载力和耐久性。对预应力高强混凝土管桩，由于桩身混凝土的预压应力可以抵消一部分打桩施工时振动锤产生的拉应力，其抗裂能力将比普通预制混凝土桩的高，但其桩段接头的抗拉能力两者均取决于接头方式和施工质量了。在对液压高频振动桩锤关于量大面广的混凝土桩施工潜在应用的走访交流中，一些设计人员关于桩身拉裂的担忧源自认为，在打桩过程中，桩身受到的拉、压应力等幅。若真是两者等幅，则混凝土桩身在大吨位力幅振动中发生开裂，则基本是无疑的。现在的问题是，在这种振动锤打桩施工时，桩身受到的拉、压应力到底是否等幅？假定桩锤工作频率为30Hz，混凝土桩轴向P波速度大约为4km/s，则对应波长133m。对长度60m以内的预制混凝土桩来说，其长度不到波长的一半，在施工中行波效应看似不强，即当桩受到的土阻力较小时，可将其近似地当成刚体来考虑。为定性判断桩锤在桩顶固定后满功率工作时桩身所受拉、压应力的大小，先考虑第一种极端情况：桩锤和所夹持的桩体被吊车悬吊在地面以上，桩底端可以自由运动。假定桩锤在30Hz的激振力幅是200吨，由于桩侧和桩底均无土阻力作用，桩身将对桩锤做近似于刚体的竖向运动，桩身受到的拉、压应力与桩体运动加速度对应的惯性力有关，在不计自重条件下，容易验算桩身拉、压应力幅是相同的，且拉应力幅比混凝土的抗拉强度要低而不至于产生开裂问题。再考虑第二种极端情况：桩锤和所夹持的桩体被悬吊在地面以上，但桩底端被固定在地面不动。假定桩锤在30Hz的激振力幅是200吨，由于桩侧无土阻力而桩底端受约束不能上下运动，桩身受到的拉、压轴力幅将均是200吨，它对应的拉应力（与桩身截面积大小有关）会超过混凝土桩身材料抗拉强度，桩身开裂难免。实际工程打桩施工时，桩侧、桩端土会均产生一定的阻力，但在一个振动周期中，上、下向侧摩阻力估计相差不大，但桩端向下运动使下卧层土受压产生的阻力，一般会比向上运动使其受拉产生的阻力要高得多（软土的抗拉强度接近于零）。因此，定性来看，振动锤在桩顶工作一个周期中，当桩体向下运动时桩身遭受的压应力幅，会比向上运动时遭受的拉应力幅要大得多，但其差别看似会随下部桩身所受侧摩阻力的增大而减小。综上定性分析，当桩体在液压高频振动锤激振下在土中向下贯入的速率较快时，意味着土阻力较小，桩身受到的拉应力幅水平估计较低，其出现拉裂的可能性相对较小；但当贯入土中的桩身较长、深部土体强度较高或受振软化难度较大时，由于桩端约束增强（上、下运动幅度变小），则桩身受到的拉应力会增大而可能出现拉裂问题。因此，用大吨位力幅的液压高频振动锤进行混凝土桩的施工时，为防止桩身被拉裂，施工机械配备桩身应力监控仪表，很有必要。（左：施工试验现场 / 右：桩身受力测试）; 个人分类: 土建科技|8231 次阅读|5 个评论

液压高频振动桩锤及其应用(WORD文稿): 陈龙珠 2008-7-17 15:26; 下载引用本文稿请务必标注出处：《液压高频振动桩锤及其应用》 ..; 个人分类: 土建科技|4756 次阅读|0 个评论

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