振动冲击锤动力学模型研究

    振动锤在建筑、桥梁等桩基土程中应用广泛。振动冲击锤与之相比具有更加明显的优越性，一方面能产生与振动锤同样的作用，使十壤颗粒发生位移，破坏十层的结构强度，十壤颗粒呈现假液化特性而显著降低摩擦阻力;与此同时，桩锤对桩帽产生快速冲击，破碎与挤压十层，从而提高了克服桩尖顶端阻力的能力，实现快速沉桩。这种优势在对粘性十壤或坚硬十层作用时表现得更加明显。

    由于振动冲击锤机理复杂，增加了开发研制的难度。本文对振动冲击锤的动力学模型作深入的探i寸。

    1振动冲击锤的结构模型

    振动冲击锤的结构模型，依振动弹簧的布置型式不同，一般可分为如图1所示的两种类型。

    (1)如图la所示，振动弹簧与激振器并联布置，借助振动弹簧的祸合，激振器带动机座、夹桩器、桩体一起振动。与此同时，设置在激振器下方的锤头对固接在机座上的锤砧产生周期性的冲击。通过调整振动弹簧的预压量可以调节锤头与锤砧之间间距的大小，以调整冲击点。

    (2)振动弹簧上置，如图1b所示。锤头与锤砧之间无间距，通过调整振动弹簧的预压量，可调节锤头对锤砧的预紧力，以调整冲击点。

    2振动冲击锤的动力学模型

    地层是一个具有弹性与摩擦阻尼的系统。桩体本身的弹性常数与十壤相比差别很大，通常予以忽略，将桩体作为一个刚体来考虑，同时忽略激振器与机座之间的摩擦阻尼。通过对两种结构型式振动冲击锤的受力分析，可以将由激振器、机座(含桩体)与地层构成的振动系统简化为如图2所示的典型的二自由度动力学模型。

    设激振器质量为m,，机座与桩体质量为mz，激振力为Psin co t，振动弹簧刚度为k,，十壤的弹簧刚度和阻尼系数分别为机.CZ} m}与m:碰撞的冲击力为F(t)，则其运动微分方程为:

    ?考虑稳态振动，求对应非齐次项的特解。由于(4)式激振力为简谐力，故可令其特解为:

式中:b},b一傅立叶系数，有待确定。

    对((5)、(6)式求各阶导数，代入((4)式，并按和差化积展开整理，可得:

    由此，方程(1)的稳态解由(12)式及(5)式确定。其中只有非线性区间冲击力的傅立叶系数h},b2有待进一步确定。

    3非线性区间冲击力