弹性地基上薄板的动力响应研究

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弹性地基上梁、板的动力响应问题已越来越受到工程界的重视,不少学者进行了初步研究,得到了许多有价值的成果。但关于地面结构系统的动力响应问题尚未进行深入研究,无法精确地同时考虑速度和荷载自振频率的影响,且大多研究成果是基于无限大板理论。同时,由于研究方法的不同和所采用的力学模型有差别,不同的研究人员得到了不同的结论。本文采用弹性地基的Kirchhoff薄板理论,得到了半波正弦荷载和运动荷载作用下板的动力响应解,并系统地研究了荷载速度、频率和地基参数等对板的动力响应的影响。 首先,基于文克尔地基模型对粘弹性地基上无限长板的瞬态响应问题进行求解,通过级数展开法和Laplace—Fourier变换方法得到了薄板在受到半波正弦荷载下位移和应力的解析解,并在此基础上进一步得到了考虑板与地基间的摩阻力作用时的解,分析了板参数、地基参数和荷载作用时间及摩阻力大小等对位移和应力的影响。 基于文克尔弹性地基模型薄板理论,通过级数展开法和Fourier变换方法,研究了运动荷载下弹性地基板的动力响应问题,借助于复变函数的留数定理和围道积分原理得到了运动常值分布荷载和运动简谐分布荷载作用下板的动力响应的解析解,进一步探讨了荷载速度、频率及板的相关参数对动力响应的影响规律,得到了一些重要的结论。 考虑到地基的粘性效应,进一步得到了运动常值分布荷载和运动简谐分布荷载作用下开尔文地基上无限长板的动力响应的解析解,分析了阻尼大小对板动力响应的影响。研究发现,对于不同大小的地基粘性系数,运动速度和频率对动力响应的影响规律不同。 对受到水平轴向拉(压)力作用时粘弹性地基板受到运动简谐荷载作用时的动力响应进行了求解,分析了拉(压)力大小对动力响应、临界频率及临界速度等的影响。 运用分离变量法和级数展开法对运动简谐荷载作用下不同边界的矩形板的稳态响应进行求解,得到不同边界条件时板的动力响应解,对比分析了弹性地基和粘弹性地基板的动力响应规律的异同,分析了多个荷载作用时板的响应及荷载间间距和相差对动力响应的影响规律。 首次运用修正的Vlazov双参数地基模型,得到了运动荷载下层状地基板动力响应的解析解,探讨了运动速度、地基模量和泊松比及地基厚度等对位移响应的的影响规律,为分析多层弹性体系的路面结构动力响应提供了初步的理论基础。 本文给出的弹性地基薄板动力响应解析解能有效、方便的分析地面结构系统的动力学问题,并且在力学模型上较无限大板更与实际模型接近。本文的研究对于道路、机场等结构物的设计、品质评价及破坏机理的研究都具有十分重要的意义。关键词:文克尔地基;Kirchhoff薄板;开尔文地基;运动荷载;动力响应;解析解;矩形板:双参数地基
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