近水平层状砂泥岩互层边坡悬臂梁崩塌机理研究--以志丹县牛沟川河流塌岸为例

志丹县的河流岸坡常表现为坡脚泥岩凹进、坡体砂岩凸出的悬臂梁形式,崩塌灾害时有发生。以志丹县“牛沟川河流塌岸”为对象,研究了近水平层状砂泥岩互层边坡悬臂梁崩塌的破坏机理。经现场调查,塌岸边坡破坏类型为悬臂梁式崩塌,悬臂梁危岩体的主要成因为河流的长期侧向侵蚀作用及砂泥岩互层的长期差异风化作用;在现场调查基础上,考虑自重、降水以及外部荷载作用,建立悬臂梁边坡数学-力学模型,利用悬臂梁最大弯曲应力计算理论,推导出岩腔极限深度计算公式和稳定性系数公式,其验算结果与野外调查一致;建立悬臂梁岸坡数值模型,利用离散元数值模拟软件UDEC,分析并总结出悬臂梁崩塌的灾变过程为:悬臂形成-裂隙产生-裂隙贯通-悬臂折断,堆积坡脚。     

椅式桩板结构地震响应分析与简化计算方法研究

椅式桩板结构在高陡边坡路基工程中应用广泛,研究其高烈度地震下的响应特征对抗震分析具有重要意义。以拟建川藏铁路某斜坡椅式桩板结构路基支挡工程为背景,建立有限差分三维数值计算模型,研究了结构的静、动力学响应特性,分析了结构最不利状态响应物理量的取值方法,探讨了结构传力分担机制及重要受力部位,提出了结构地震响应简化计算方法。结果表明:不同地震波形与峰值加速度下,土压力、结构内力及动位移响应的分布曲线形态相似,而响应量值差异显著;土压力应以桩顶动位移朝向临空面达到峰值的时刻作为最不利状态进行取值,而结构各截面的控制内力则应取地震响应时程中的峰值;横梁的推力传递和转角约束作用使主、副桩协同承载且极大增强了结构抗变形能力,桩身与横梁交界位置为结构重要受力部位;考虑拟静力法与动力时程分析结果的响应分布曲线相似性,以最大拟合优度确定动力修正系数取值并提出了地震工况下的结构响应简化计算方法。     

深埋隧道圆形基坑围护结构变形特性及控制指标探讨

基于深埋隧道超深竖井工程,对比分析了圆形与矩形基坑受力变形特征,在对国内外圆形竖井基坑典型案例统计分析的基础上,探讨圆形竖井基坑的变形抑制机理,以现有规范、工程实例为基础确定圆形竖井基坑的变形控制指标。研究结果表明:①考虑空间结构体系的圆形竖井计算的地墙内力及变形比弹性地基梁的计算结果小20%以上,而矩形基坑的计算结果仅比弹性地基梁的计算结果小0～15%;②支护结构承受轴力为主的"圆筒"效应、轴力对薄弱处的加强以及土体的"挤压"效应三者的综合作用是圆形基坑受力变形抑制的原因;③随着基坑深度增大,基坑侧墙水平位移与深度的比值显著减小;随着基坑直径增大,基坑侧墙水平位移与深度的比值变大;④建议以基坑深度35m、基坑直径40m为分界点,根据情况分别选取0.5‰、1‰、1.8‰作为对于圆形深基坑支护结构水平位移控制指标。     

基于Hoek-Brown应变软化模型的深部巷道锚杆受力特征研究

基于量化GSI围岩评级系统及Hoek-Brown应变软化模型,应用FLAC3D数值模拟软件,分析全长粘结锚杆在不同长度及不同本构模型条件下的受力特点,对比分析不同预应力对锚杆轴力及剪力的影响。结果表明:采用理想弹塑性模型与应变软化模型计算得到的锚杆轴力及剪力相差较大;通过现场实际应用可知,应变软化模型能够较为真实地反应围岩的屈服破坏过程,在支护结构设计中,建议采用应变软化模型进行计算,可得到较为精确的计算结果。     

商用飞机撞击刚性墙的荷载时程分析方法

针对商用飞机撞击刚性墙问题开展研究。首先,使用ANSYS/LS-DYNA软件建立了飞机的有限元模型,并对飞机撞击刚性墙的过程进行数值模拟。接着,采用Riera法对飞机撞击力进行理论计算,以验证数值模拟结果的准确性。最后,基于数值模拟结果对传统荷载时程分析方法进行改进,提出了可考虑不同撞击速度的荷载时程曲线调整方法以及加载区域确定方法,并对改进方法的有效性进行分析验证。结果表明:本文所提荷载时程分析改进方法简单有效,能够准确反映不同速度飞机撞击下刚性墙的最大位移响应,适用于重大工程结构的飞机撞击分析。     

基于铰缝损伤度的空心板桥铰缝损伤识别方法∗

为了对空心板桥铰缝损伤进行损伤识别,根据铰缝受力和变形形式,将铰缝的剪切变形和横向拉压变形加以考虑,建立了一种弹簧铰连杆体系的铰缝计算模型,进而与空心板共同组成空心板桥结构计算模型。基于该结构模型详细叙述了铰缝损伤度的计算方法,并根据铰缝损伤度的大小来进行铰缝工作性能的评估。通过 ANSYS 数值分析和桥梁试验对该方法的准确性和实用性进行了验证。结果表明：该铰缝损伤识别方法能够准确识别数值模拟和实际桥梁的铰缝损伤;而且铰缝内力的计算结果与数值模拟能够很好的吻合;但铰缝损伤度大小与加载位置到损伤铰缝的距离成反比,因此建议加载位置应尽量靠近可能有损伤的铰缝。     

基于Pushover方法的中小学砌体结构抗震性能评估

针对中小学砌体结构教学楼的受力特点,提出横墙和开洞纵墙的等代框架模型,分析了模型的抗弯、抗剪和轴向刚度计算方法;结合国内外对钢筋混凝土结构性能水平的划分标准,将砌体结构的性能水平划分为正常使用、中等破坏和生命安全三个阶段,并通过对大量砌体墙片试验数据的统计,得出其各性能水平对应的层间位移角限值。最后利用所提模型对一砌体结构教学楼进行Pushover分析,将其实际层间位移与所提性能指标进行比较,结果表明结构在不同地震水平下均满足预定的性能目标。     

地铁框架-管涵式车站结构三维地震响应分析

上海地铁14号线静安寺站拟采用"两端明挖-中间顶管暗挖"的复合工法建设,该车站两端三层框架结构与中间顶管隧道结构存在刚度突变、平面及竖向不规则的特点。通过建立地层-结构的三维有限元数值模型,分析了设防地震工况下该车站结构的动力响应。计算结果表明:车站两端框架结构的关键受力部位为中柱的柱端和底板与侧墙的交角;车站A区框架的内力响应要小于C区,而C区框架的层间位移更小;车站中间的顶管段,其与两端框架结构的连接处断面、以及与联络通道连接的部位应力也较大;设防地震下,车站两端框架结构和中间顶管隧道结构的最大位移角都在规范限值以内。     

预应力RC框架‑摇摆墙结构抗震减振性能研究∗

框架‐摇摆墙作为一类高效的结构抗侧力体系得到了广泛的工程应用。摇摆墙能够调控框架的层间侧向刚度,充分发挥抗侧力构件的性能,但由于摇摆墙自身缺乏回复力,发生侧向转动以后无法返回平衡位置,对框架有不利的影响。为了解决这一问题,提出预应力框架‐摇摆墙抗侧力体系。在框架梁中引入预应力使框架具有自复位能力,从而与摇摆墙协同工作并缓解摇摆墙的倾覆作用。发展了预应力框架‐摇摆墙结构节点核心区剪切块的定参方法,提出了结构的高效数值分析模型,设计了一栋 8 层常规框架‐摇摆墙结构和一栋预应力框架‐摇摆墙结构,建立结构的有限元模型并进行静力弹塑性分析和弹塑性动力时程分析。分析结果表明：相比于常规框架‐摇摆墙结构,预应力框架‐摇摆墙结构的峰值承载力更高,结构进入非线性阶段承载力没有明显下降,具有明显的自复位性能和延性破坏模式。在罕遇地震作用下,预应力框架‐摇摆墙结构的层间位移角显著小于前者,基底剪力略大于前者, 两者的层间加速度响应接近,节点核心区始终处于弹性阶段。预应力框架‐摇摆墙结构的抗震性能优于常规框架‐摇摆墙,可作为一种有效的抗侧力体系在抗震地区加以推广。     

考虑墙-框连接方式影响的填充墙框架结构抗震性能分析

在结构设计中,填充墙通常被当作非结构构件,不参与结构抗震计算。在实际地震作用下,填充墙和框架成为整体,共同抵抗地震作用,合适的墙-框连接方式可以减轻二者的相互作用,从而提高结构整体抗震性能。首先,运用ABAQUS软件对前人已开展的考虑墙-框不同连接方式的框架结构拟静力试验进行数值模拟,验证了所建立的有限元模型的可靠性。然后,基于某典型框架结构,建立三种墙-框连接方式的框架结构有限元模型并进行分析。模态分析表明,墙-框连接方式对框架结构的振型及周期影响较小,结构动力特性趋于一致。通过多遇地震和罕遇地震下的弹塑性时程分析,对比分析各结构的加速度反应、位移反应、滞回耗能及构件震害特征等可知,合理的墙-框连接方式可以提高结构抗震性能。针对本文框架结构工程实例,采用墙-框脱开密封材料封缝,构造柱加水平系梁的连接方式时其抗震性较好。     

地铁竖井深基坑与龙门吊轨道基础共同作用分析∗

为合理设计地铁区间隧道竖井基坑支护方案和龙门吊基础，以厦门市轨道3号线某区间隧道竖井工程为研究背景，采用PLAXIS 3D岩土有限元数值分析软件建立竖井基坑、龙门吊轨道基础结构及邻近渣坑堆土相互作用的三维数值模型，模拟计算12种龙门吊荷载不同作用位置及偏压作用工况，结果表明：龙门吊行车作用下的地表最大沉降为4 mm，基坑围护墙结构最大变形值为16 mm，约为基坑开挖深度的0.64‰；基坑开挖变形引起的龙门吊轨道基础结构内力变化最大值为270 kN?m，变化幅度约为16.4%；周边堆土对竖井基坑变形及轨道梁内力变化量不超过13%，主要需满足未堆土工况下的侧壁自身稳定性；最后通过对基坑的监测数据分析，表明数值模型可靠，基坑总体上安全稳定，龙门吊基础设计合理，且有足够的安全度。     

冷却塔塔筒荷载效应和简化设计方法——各荷载单独作用分析

为简化冷却塔塔筒配筋设计中的多风向计算问题,应明确塔筒在各荷载单独作用下的内力特征。以某冷却塔为例并配以代表性的荷载取值,对其自重、风、冬温和夏温、水平和竖向地震这6类荷载的内力状态进行了单独分析和系统对比,着眼于各自的主要内力和各内力环向分布特征。结果表明,自重、冬温和竖向地震作用下内力的环向均匀分布使其无碍于荷载效应的方向组合;夏温和水平地震的最不利内力固定在某一子午线上且各自分别以弯矩和轴力为主,两者方向一致时即自然形成最不利组合;风荷载方向的任意性、复杂的内力分布特征和轴弯联合作用使常规荷载效应组合中必须进行多风向计算,但其内力分布特征依然给荷载效应组合的简化提供了可能。     

上海环球金融中心大厦弹塑性时程分析

在材料应力-应变关系的层次上，进行了高层钢筋混凝土结构的弹塑性时程分析。采用两种非线性宏观单元——梁柱单元和墙单元，单元截面分析采用纤维模型。在计算单元刚度矩阵时，采用子结构技术，从而实现了一根柱或一根梁采用一个非线性梁柱单元来模拟。编制了高层钢筋混凝土结构弹塑性时程分析程序，且用该程序对上海环球金融中心大厦振动台模型结构进行了分析，并与试验数据进行了对比。最后对该大厦原型结构进行了弹塑性时程分析和抗震性能评价。     

双层板桁钢梁应力分析

以跨度最大的双层斜拉桥闵浦大桥为背景,研究了双层板桁钢梁桥面板的受力特性,阐述了精细壳单元与梁单元结合的整体有限元模型,并分析了上、下桥面间腹杆的受力特性与桥面板的应力分布特性;采用桥面纵横梁间带U肋精细桥面模型,分析了桥面板和U肋在车辆荷载作用下的应力分布.研究表明,上、下层桥面横桥向应力小于纵桥向应力,并且横桥向应...     

基于几何参数的优化对双层柱面网壳结构动力性能的影响

以双层柱面网壳为研究对象,采用参数化设计语言APDL对AN SY S进行二次开发,实现了任意跨度双层柱面网壳的自动建模、加载、施加约束及求解。借此平台对柱面网壳结构进行模态和地震反应分析。首先,分析了结构自振特性随几何参数变化的特点,研究了结构的基频随矢跨比和网壳厚度的变化规律,结果表明,当矢跨比在1/3.6~1/5该范围内,结构的整体刚度较大;网壳厚度在1.8~2.1 m时,网壳整体刚度较大;对于矢跨比一定的网壳,随着厚度的增加,杆件的动内力大多增加,横向弦杆的二维与单维动内力比值有所增加,而纵向弦杆的二维与单维动内力则变化不大。然后,对网壳进行不同几何参数下的地震反应分析,给出了最大节点位移和最大杆件轴应力随几何参数变化的时程响应曲线,揭示了这类网壳的地震反应特点。     

三跨连续板抗火性能的有限元分析

采用有限元方法对三跨连续钢筋混凝土板局部受火和整体受火下的结构响应进行了数值模拟。结果表明,结构受火位置和受火范围不同时,产生的塑性区位置和范围不同,出现破坏铰的位置不同,但是经过模拟发现塑性区域都是在中间支座附近,破坏铰都是在负筋截断形成,因此结构的负筋长度对结构的耐火性能影响很大;结构在整体受火情况下由于整个结构绕塑性区的抬升作用,造成塑性区附近中跨的抬升,加温结束后整个中跨呈隆起形式,但是中跨局部受火时其中点始终产生向下的挠度,因此在局部受火与整体受火时结构的整体变形不同;在局部受火的时候,由于结构的整体作用使受火跨和未受火跨之间有很大程度的内力调整,这种内力重分布可以很好地提高结构的抗火性能,结构在局部受火的时候耐火性能比整体受火时好出很多。     

基于Monte-Carlo随机有限元的火灾可靠性研究--以混凝土简支梁为例

通过对建筑火灾的背景分析和研究现状的回顾,指出了进行建筑火灾可靠性研究的必要性.介绍了蒙特卡罗随机有限元计算的基本原理、随机数的产生办法和模拟次数的确定,最后作者采用通用有限元程序ANSYS计算了混凝土简支梁在不同温度、保护层厚度和荷载下的火灾可靠性.     

大跨度斜拉桥抗震性能分析与减震控制研究

本文以香溪河大桥为工程背景,利用大型有限元软件ANSYS建立该斜拉桥的有限元模型,进行地震作用下的动力非线性时程分析,并以COMBIN37单元模拟非线性粘滞阻尼器,研究了粘滞阻尼器参数对桥梁抗震性能的影响规律,并确定了合理的阻尼器参数取值。并对未设置与设置粘滞阻尼器的桥梁结构地震响应进行数值分析与比较,分析结果表明:合理设置粘滞阻尼器,可以有效降低桥梁结构关键部位在地震作用下的位移响应,并对结构内力也有一定的降低。本文研究结果为大跨度斜拉桥振动控制分析及工程应用具有重要的指导意义。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能研究

建立了局部火灾下多层多跨矩形钢管混凝土柱-钢梁平面框架温度场和力学性能分析的有限元模型。在考虑楼板影响的基础上,研究了保护层厚度不同时钢管混凝土框架结构的温度场分布规律。研究了不同受火工况条件下钢管混凝土框架结构的变形和破坏规律、耐火极限状态、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律。分析表明,梁保护层厚度影响钢梁温度分布形式;火灾下,框架结构发生了受火梁的整体屈曲破坏。