新型振动沉拔桩机液压系统仿真及动力学分析

论文摘要

随着高层建筑对桩基础的要求和建筑施工中环保要求的不断提高,桩基础施工设备的进一步发展已变得越来越迫切。研制新型的沉桩能力强的环保型桩机,已逐渐成为了各国研究和发展的重点。本文论述的振动桩机,是在液压静力沉拔桩机的基础上,通过改造其机械结构及液压系统,产生周期性激振力,实现了动静压的结合,是一种新型的“液压激振式”振动沉拔桩机。本论文对液压静力沉拔桩机工作原理进行分析,改造了其原有的沉桩系统结构,实现了连续沉桩,提高了工作效率；对液压回路进行设计,引入了液压旋转阀,使系统产生周期性激振力,实现了动压沉桩；介绍了旋转阀的结构及工作原理,对其静态特性进行了分析。研究了“液压激振式”振动沉拔桩机沉桩液压系统各组成元件的动态特性、根据各元件的特性、流量方程和传递函数,利用仿真软件Matlab/Simulink建立了各基本元件的模型；根据各液压元件间的流量和压力的关系,建立沉桩液压系统的整体模型,根据设计参数对液压系统模型进行了仿真,验证了液压旋转阀可以产生周期性激振力,为新型桩机的设计提供了可行性依据。以“液压激振式”振动沉拔桩机—土系统为研究对象,分析沉桩过程中,土对桩的沉桩阻力,建立振动沉拔桩机—土系统简化的非线性力学模型,研究非线性振动沉桩系统的响应分析。利用简化后的数学模型,对沉桩过程进行仿真,研究桩机—土系统中参数对沉桩效果的影响。利用大型有限元分析软件对沉桩过程进行了计算机仿真,研究桩机参数以及土的力学性质对沉桩效果的影响,研究结果为振动沉拔桩机在实际施工中参数的选取提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 桩工机械发展及研究概况
• 1.2.1 桩工机械发展概况
• 1.2.2 液压静力桩机的改进
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 振动沉拔桩机结构及液压激振系统
• 2.1 静压桩机的结构与工作原理
• 2.1.1 行走机构
• 2.1.2 压桩平台的结构
• 2.1.3 夹桩及压桩机构
• 2.2 液压激振式振动沉拔桩机的结构及工作过程
• 2.2.1 液压激振式振动沉拔桩机结构
• 2.2.2 沉桩工作过程
• 2.3 液压系统组成及工作原理
• 2.3.1 夹桩液压系统
• 2.3.2 沉桩液压系统
• 2.4 周期性激振力产生原理
• 2.4.1 旋转阀结构
• 2.4.2 旋转阀流量分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 振动沉拔桩机液压系统分析与仿真
• 3.1 沉桩液压系统的仿真目的与仿真软件
• 3.2 沉桩液压系统组成元件的仿真模型
• 3.2.1 液压泵数学建模与仿真模型
• 3.2.2 液压缸数学建模与仿真模型
• 3.2.3 旋转阀数学建模与仿真模型
• 3.3 振动桩机沉桩液压系统整体仿真模型的建立和分析
• 3.3.1 振动桩机沉桩液压系统整体仿真模型的建立
• 3.3.2 系统仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 振动沉桩系统动力学研究
• 4.1 振动沉桩基本理论
• 4.1.1 振动沉桩理论依据
• 4.1.2 土的液化机理
• 4.1.3 土液化的影响因素
• 4.2 桩—土系统动力学研究
• 4.2.1 土的动力学特性分析
• 4.2.2 振动沉桩阻力分析
• 4.3 振动沉桩系统力学模型与动力学方程
• 4.3.1 振动沉桩系统力学模型
• 4.3.2 弱非线性振动沉桩系统的响应分析
• 4.4 振动沉拔桩机的数值仿真
• 4.4.1 数值仿真参数选择
• 4.4.2 数值仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 振动沉桩过程有限元分析
• 5.1 有限元模型的建立
• 5.1.1 基本假定
• 5.1.2 模型单元类型的选择
• 5.1.3 单元材料的选择
• 5.1.4 接触单元
• 5.1.5 模型的约束与载荷
• 5.2 桩—土系统的仿真
• 5.3 桩—土模型仿真结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢