桩土振动系统的动力学参数辨识.doc

中国科技论文在线 # * （河海大学机电工程学院，江苏常州 213022） 5 摘要：为了研究高频振动打桩过程的动力学特性，提出了将测试技术与振动信号处理相结合 应用于抗洪抢险振动沉桩试验测试的方法，并采用 VB6.0 编写了振动沉桩测试系统。论文 将该方法成功应用于高频振动打桩过程的实验研究，并对实验数据进行了详细分析。仿真和 实验结果表明该方法能够及时辨识出桩土振动系统的动力学参数，具有良好的稳定性和测量 精度。 10 关键词：机械电子工程；振动打桩机；动力学参数；测试信号处理 中图分类号：TP274 Identification of dynamic parameters of the pile-soil vibration system 15 20 tang binxin, xia ming, ma yuejun, zhu denglin (College of Mechanical Electrical Engineering, Hohai University, Changzhou 213022) Abstract: This paper presents a new method of identifying dynamic parameters of the pile-soil system in a vibrating pile driver which aims at emergency rescue against floods. This method, based on measurement and signal processing techniques, was coded into Visual Basic programs and applied in experiments successfully. Simulations and experimental results shows that this method can identify dynamic parameters of the pile-soil system quickly and stably. Key words: vibrating pile driver; dynamic parameters; testing system; signal processing 0 引言 25 由于具有无级调频调矩、振动污染小、可适应水下工作、体积小、易实现机电一体化及 智能化等优点[1][2]，液压高频振动桩机不仅日益广泛地应用于建筑施工中，也是抗洪抢险打 桩的最佳方式。提高振动沉桩效率对于分秒必争的抗洪抢险来说极其重要[3]，而传统的沉桩 理论大多建立在特定的土壤基础上或需要大量的现场试验研究，才能确定最佳的振动参数。 土壤类型千差万别[4]，且抗洪抢险不具备大量的时间进行现场试验研究等，无法根据土壤实 30 际情况及时调整振动系统的动力学参数。根据振动理论，阻尼比和固有频率是振动系统的本 质特征，是振动系统的综合反映，桩土振动系统也不例外。因此，本论文将振动测试技术及 动态信号处理应用于液压高频振动沉桩过程中动力学参数的实时检测与分析，对振动打桩的 工艺进行优化；另一方面，通过实时监测桩土振动系统的动力学参数的动态变化，为今后智 能化液压高频振动桩机工艺参数根据土壤类型进行自适应调整打下了良好的基础[5]。 35 1 振动沉桩桩土动力学分析 为及时得到桩土振动系统的动力学参数，有必要对振动桩锤、桩及土壤组成的振动系统 进行简化，以便建立便于分析及计算的桩土振动系统模型[6][7][8]。首先，有如下假设： (1) 桩为刚性体，土壤为其弹塑性支撑，桩只有纵向运动； 基金项目：水利部公益性行业科研专项项目（200701033，高速智能堤坝抢险打桩平台关键技术的研究） 作者简介：汤炳新 （出生年-1966），男，副教授，主要研究方向：机电控制技术，机械系统动力学. E-mail: tsttbx@163.com - 1 -  中国科技论文在线 (2) 桩土振动系统的弹性模量和阻尼比在较短的时间内可以看作是常量； 40 (3) 振动时桩尖端部与土壤不脱离。 基于本课题组自主研发的—液压振动打桩平台，建立桩土振动系统的动力学模型如图 1 所示。 45 图 1 桩土系统模型 图中，k1 和 c1 分别为桩侧弹性系数和阻尼系数；k2 和 c2 分别为桩端弹性系数和阻尼系 数。.由于土壤具有较强的非线性，桩土振动体系的弹性模量和阻尼是随时间变化的，也是 时间的函数，根据模型，可得如下系统微分方程： 50 d x(t) dx(t) 2 m + (c (t) + c (t)) + (k (t) + k (t))x