考虑地震力与静水压力的顺层岩质边坡弯曲破坏分析*

顺层岩质边坡是工程中较为常见的一种边坡类型,而弯曲破坏又是顺层岩质边坡中常见的破坏形式。当边坡上覆岩体具备下滑条件,岩体前缘下滑受阻,造成坡脚附近顺层岩板承受纵向压应力,加上地震力和静水压力的共同作用很容易发生弯曲变形直至弯曲破坏。基于弹塑性板稳定性理论,考虑岩体塑性和边坡长度的影响,并特别考虑地震力和静水压力的影响,建立了弯曲破坏段长度的计算公式和稳定系数指标。将建立的计算公式与现有分析方法进行对比,给出了两者的一致性和差异性。结合渝怀铁路2个工点的具体参数,代入公式并采用MATLAB进行计算,所得结果与现场实际调查情况相一致,并且分析了地震影响系数和岩板塑性参数的不同取值对计算结果的影响,验证了本文方法的可行性。     

板件弯剪屈服耗能支撑滞回性能研究∗

设防地震和罕遇地震作用下,中心支撑结构的支撑斜杆容易受压失稳,为了避免支撑斜杆失稳,提出了板件弯剪屈服耗能支撑。采用有限元软件 ABAQUS分析了板件弯剪屈服耗能支撑的滞回性能,并与板件弯曲屈服耗能支撑的滞回性能进行了比较,考察了不同设计参数下板件弯剪屈服耗能支撑的耗能能力。分析结果表明：板件弯剪屈服耗能支撑可利用剪切板件率先屈服耗能,其滞回曲线饱满,耗能能力优越,初始刚度和屈服承载力较板件弯曲屈服耗能支撑有较大提高。剪切板件的高宽比、高厚比是影响支撑初始刚度、屈服承载力及耗能能力的重要因素。推导了板件弯剪屈服耗能支撑初始刚度及屈服承载力的计算公式,公式计算结果与有限元分析结果吻合较好,可为工程应用提供参考。     

火灾下蜂窝梁孔间腹板受剪弹性屈曲简化设计方法

运用有限元方法研究了火灾下六边形孔蜂窝梁在竖向剪力作用下孔间腹板弹性屈曲问题。取孔间腹板的上半部作为隔离体,将蜂窝梁的孔间腹板等效为受水平剪力的楔形悬臂板。根据薄板受剪屈曲理论计算公式,通过屈曲系数k计算孔间腹板受剪屈曲承载力。运用有限元分析获得蜂窝梁竖向剪切屈曲承载力,通过反分析计算屈曲系数k。结果表明:k随着孔间腹板宽厚比和孔洞上方腹板高厚比的增大而非线性减小;随着孔间腹板高厚比的增大而线性增大;随着腹板厚度的增大而线性减小;随火灾升温基本保持不变。在参数分析的基础上,提出了火灾下六边形孔蜂窝梁受剪屈曲系数k的计算公式,简化了蜂窝梁孔间腹板屈曲承载力的设计过程。     

土体强度分区各向异性对边坡稳定性影响研究

土体强度各向异性的空间分布会随边坡受力状态变化出现一定程度的重新调整。文中以石人足成层土边坡工程为研究对象,首先,根据土体最大主应力方向角以及土层几何特征进行初始分区划分,并结合数值分析结果确立各向异性强度参数方程,计算各分区土体强度参数;其次,根据计算结果对初始分区进行即时调整,确定调整后的耦合分区并再次计算其土体强度参数;最后,考虑土体强度各向同性和分区各向异性,建立了流固耦合数值计算模型,研究了边坡体渗流、位移和应力的演化特点,确定了加固前后边坡稳定性系数,分析了该边坡工程采用挡土墙和抗滑桩联合加固的效果。结果表明：考虑分区各向异性计算所得边坡平均应力最大值大于各向同性,但其渗流域和流速均小于后者;考虑分区各向异性时,坡体位移理论计算结果与现场监测结果更吻合。     

基于光栅传感技术的模型桩弯曲变形及刚度测试方法

土工模型试验是研究工程防灾减灾的重要技术手段,模型桩的弯曲变形与弯曲刚度是重要的试验参数。分布式光纤光栅传感技术被研究用来测试薄壁铝制模型桩的弯曲变形和弯曲刚度。从传感原理和力学原理出发给出了试验方法,并将测试结果与理论计算结果进行了对比,以验证该方法试验结果的合理性。研究结果表明,该方法为模型试验中的模型桩特别是薄壁模型桩弯曲变形和弯曲刚度的测量提供了一种适用、可靠的参考方法。     

预制空心板受火后力学性能的试验研究

为比较不同受火时间后预制空心板剩余承载力、跨中挠度和破坏形态的异同,进行了6块预制空心板受火后力学性能的对比试验研究,其中3块为未受火的对比试件,另3块为板底分别受火23、38、53min的试件。受火试验结果表明,各试件在升温过程中的跨中挠度随受火时间增加而显著增加,熄火自然冷却后,跨中挠度大部分可恢复。加载试验结果表明,对比试件和受火试件的最终破坏模式均为弯曲破坏;随着受火时间延长,试件开裂荷载和破坏荷载均有所降低,且破坏荷载与受火时间大致呈线性关系;受火试件初始弯曲刚度较对比试件明显降低,相同荷载作用下,受火试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变,均明显大于对比试件。     

火灾后钢筋混凝土板力学性能评估方法∗

钢筋混凝土楼板是火灾中最容易破坏的结构构件,需要对其火灾后的承载能力进行评估并加固。考虑升温阶段、降温阶段及火灾后阶段材料本构关系的不同,考虑高温下混凝土保护层的爆裂对温度场及力学性能的影响,提出了火灾后钢筋混凝土楼板力学性能分析的有限元计算模型。同时,针对典型的钢筋混凝土板加固方法,在前述有限元模型的基础上建立了火灾后加固的钢筋混凝土板有限元计算模型,利用该模型对典型的火灾后加固钢筋混凝土板的承载能力进行了计算分析。模型中采用单元生死技术实现了混凝土高温下的爆裂及火灾后加固的数值模拟,模型可用于火灾后及加固后钢筋混凝土板力学性能的评估。分析表明,经历火灾后,钢筋混凝土板的承载能力降低幅度较大,板存在明显残余挠度。加固后,钢筋混凝土板的承载能力得到较大程度的恢复。     

非饱和土石坝渗流分析

传统的渗流分析主要考虑饱和区而忽略非饱和区内的渗流,本文基于饱和-非饱和渗流计算原理,采用有限元法考虑了非饱和区渗流的影响,并以各向同性均质坝和心墙土石坝为算例进行计算分析。算例表明,由于基质吸力产生的虹吸作用,使得浸润线上部的非饱和区内也存在着连续的水流,通过分析这种水流的特点,定性地得出其对土石坝渗流稳定性的影响。     

粘弹性地基上钢筋混凝土方板在低速撞击下的动力响应分析

针对工程中所遇到的撞击问题,在事先仅知道初速度的情况下,研究分析了半无限线性粘弹性地基上的钢筋混凝土方板受低速刚体撞击时的动力响应问题。与高速冲击问题中板结构发生局部破坏的情况不同,低速撞击下板结构发生的是整体响应破坏,因此计算时主要考虑结构的整体响应,但仍须考虑撞击局部损伤影响。建立了局部变形和整体响应间的关系模型,根据该模型推导出钢筋混凝土方板在低速撞击下位移响应w(x,y,t)和撞击反力p(t)的表达式,并结合算例讨论了粘弹性地基对计算结果的影响。     

基于BSCCO-CC的准各项同性超导股线电流特性研究

设计了一种基于铋锶钙铜氧化物高温超导带材(BSCCO-CC)的方形四分准各向同性超导股线结构,研究其电流特性的主要参数,包括自场临界电流、n值和外场临界电流及它们随外加磁场的变化关系。随后利用电磁仿真软件Ansoft Maxwell建模仿真,得到超导股线自场下的磁场分布,并结合Matlab软件进行计算,得到超导股线自场临界电流值、n值和外场临界电流值,并对外场电流值与外加磁场的变化关系进行分析得到相关结论。仿真验证本文所设计的BSCCO-CC方形四分准各向同性超导股线结构的合理性,证明该结构具备优良的电流特性。     

钢筋混凝土柱的耐火极限研究

编制了钢筋混凝土柱高温反应的全过程分析程序,程序的有效性得到了其他学者试验结果的验证。针对不同轴压比、截面尺寸、配筋率和荷载偏心率共480种工况进行了钢筋混凝土柱的高温反应分析,揭示了各主要参数对钢筋混凝土柱耐火极限的影响规律。在计算结果的基础上,定量给出了钢筋混凝土柱耐火极限的简化确定方法。研究结果表明:配筋率对轴压柱的耐火极限影响不大;严格控制轴压比和荷载偏心率是提高轴压柱和偏压柱耐火极限的有效措施。     

林聪悟-直线法在基于美国混凝土规范设计中的程序实现

首先,阐述了美国ACI318-08规范中钢筋混凝土受弯、受压构件的设计原理和基本假定。与我国混凝土结构设计规范不同,ACI318-08规范是根据构件的受力破坏形态来确定名义抗压和抗弯承载力的折减系数的,相对于延性破坏,脆性破坏构件的承载力折减较多。然后,由平衡条件、平截面假定及Newton迭代格式,推导出林聪悟-直线法的计算公式。编制程序实现该算法时,须根据最大、最小配筋率的规定对迭代区域进行限定;在确定P-M相关曲线上的拐点位置的基础上,实现中性轴高度在曲线上的分段迭代。通过在曲线拐点处设置微小增量及自动调整中性轴高度等方法,解决了程序计算时可能出现的迭代发散问题。算例表明,所编制程序的计算结果具有很高的精度。     

疲劳荷载后锈胀RC梁抗弯刚度计算模型

腐蚀和疲劳作用影响钢筋混凝土梁的服役性能,降低结构的剩余使用寿命。为研究疲劳后锈蚀钢筋混凝土梁的刚度退化规律,采用电化学快速锈蚀试验得到了6根不同锈胀程度的钢筋混凝土梁,研究了不同疲劳荷载次数后梁在分级荷载下的荷载—挠度关系、混凝土裂缝发展规律、失效模式,分析了锈蚀水平对钢筋混凝土梁疲劳寿命的影响。试验结果表明,钢筋混凝土梁的挠度发展分快速上升—稳定—失稳三个阶段,混凝土锈胀对梁疲劳寿命的影响较大。引入刚度修正系数,发展了疲劳荷载后锈胀钢筋混凝土梁抗弯刚度计算方法,该方法可考虑疲劳作用、锈胀、混凝土弹性模量退化等因素的影响,并通过本文试验及现有文献中的试验结果进行了验证,可用于日后老化钢筋混凝土桥梁在疲劳荷载作用下的挠度计算和寿命评估。     

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温弯矩分析

目前国内外对混凝土结构的抗火性能评估几乎都是针对独立构件开展的,很少考虑相邻构件之间的相互约束作用。实际火灾调查与明火试验表明,结构中构件的火灾行为与独立构件有着较明显的差别。本文开展了具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温反应分析,揭示了轴向/转动约束刚度比、梁截面尺寸、跨度、荷载比、加固量、配筋率、保护层厚度和防火涂料厚度等参数对ISO834标准升温作用下约束加固梁的梁端弯矩的影响规律。在此基础上,给出了高温下约束加固梁的梁端弯矩实用计算方法。研究表明:①随着升温时间的增加,约束加固梁的梁端弯矩总体呈现先逐渐增大而后渐趋平缓的趋势;②防火保护(即使防火涂料厚度只有10mm)对高温下约束加固梁的梁端弯矩影响显著。     

剪跨比和箍筋率对钢筋混凝土框架柱动态特性的影响效应

基于通用有限元软件ABAQUS,分别在准静态和动态加载条件下,对不同剪跨比和箍筋率的钢筋混凝土柱进行了数值模拟。对比现有试验结果发现,ABAQUS的模拟效果与试验结果吻合较好;加载速率的影响随着剪跨比和箍筋率的增大而降低;钢筋混凝土柱的峰值承载力随着加载速率增大而增大的趋势明显,刚度无明显变化,延性比趋于稳定。因此,在进行地震作用下钢筋混凝土结构的抗震分析时,对加载速率的影响效应要给予足够的考虑。     

配筋率对钢筋混凝土框架梁极限承载力的影响——拱效应试验研究

通过对9根不同纵筋配筋率的钢筋混凝土试验梁进行加载试验,研究了纵筋配筋率对钢筋混凝土框架梁拱效应的影响以及拱效应条件下钢筋混凝土框架梁的极限承载力.试验结果和理论分析表明,钢筋混凝土框架梁中的拱效应可以使构件的极限承载力提高1倍左右;纵筋配筋率越低,极限承载力提高的幅度越显著.为提高拱效应的作用,宜将钢筋混凝土框架梁的纵筋配筋率控制在1.5%以内.     

约束混凝土梁的升降温全过程弯矩分析

利用SAFIR程序,开展了约束混凝土梁的升降温全过程梁端弯矩分析;考察了转动约束刚度比、轴向约束刚度比、截面尺寸、荷载比、全截面配筋率和升温时间等参数对梁端弯矩的影响规律,并与单调升温时的相应规律进行对比,给出了梁端弯矩的实用计算方法。研究结果表明:对于先升温、后降温的约束混凝土梁梁端弯矩的变化,总体表现出与单调升温类似的特征,主要区别在于后期因降温作用而呈现出缓慢降低的趋势;转动约束刚度比对梁端弯矩的影响集中在升温前期,在此时段内,梁端弯矩随着转动约束刚度比的增加而增大,但增幅逐渐趋缓;升温后30 min以内,轴向约束刚度比的改变对梁端弯矩几乎没有影响;之后,梁端弯矩随着轴向约束刚度比的增加而逐渐减小。     

调压室胸墙稳定性分析与加固措施研究

调压室是水电站压力水道系统中的一项重要建筑物,其结构稳定性直接影响到下游电站的安全稳定运行,工程上一般采用薄壁圆柱筒法求其应力状态。本文针对湖北某已建水电站调压室胸墙由于下游支撑较弱,闸门胸墙变形及拉应力较大等问题。在考虑外围基岩、胸墙下部沥青杉木板弹性支撑和初始地应力场的基础上,采用数值方法对调压室及其外围基岩进行了整体稳定性分析、现有配筋校核和加固措施研究。结果表明,应将最高涌浪水位作为该调压室加固的控制工况。提出了相应的加筑肋墙或圈梁的加固方案,并从避免胸墙变形过大以保证闸门顺利启闭、降低局部应力集中以减缓混凝土破损等角度出发,对加固后的效果进行了分析讨论。通过对比分析,建议采取H型钢圈梁的加固方案,该方案不仅避免了对原结构的较大改动,还保证了下游厂房的稳定运行和自身结构安全。计算成果为工程项目的加固实施提供了技术依据,同时也为类似工程建设提供了借鉴。     

吹填珊瑚礁砂地基处理方法适用性与加固效果应用研究

珊瑚礁砂是珊瑚礁、贝壳等经侵蚀、破碎后沉积在近岸环境中的一种生物碎屑,吹填珊瑚礁砂作为地基土可就地取材、大幅降低工程造价、缩短施工时间。然而,吹填珊瑚礁砂地基处理工程实践中一般采用基于陆源砂的地基处理与加固效果评价方法,具有很大的不确定性。本文在苏丹、沙特、南海某试验区分别采用振动碾压、强夯、振冲法对吹填珊瑚礁砂场地进行地基加固处理,依据载荷试验、标准贯入、动力触探、静力触探等原位测试对珊瑚礁砂场地进行加固效果与有效深度评价,采用平板载荷试验获取珊瑚礁砂场地处理后的地基承载力,结果表明:(1)珊瑚礁砂场地振动碾压法的有效加固深度约1.0 m,加固深度十分有限;(2)500~3000 kN·m夯击能下强夯法的有效加固深度2.0~4.0 m,明显低于相同条件下陆源砂的有效加固深度;(3)珊瑚礁砂场地振冲后可达到中密、密实状态,132 kW振冲的最大有效加固深度为8.0~10.0 m;(4)平板载荷试验获取的珊瑚礁砂承载力特征值与动力触探击数存在良好的经验关系,地基承载力特征值多数超过500 kPa,最高可达2000 kPa,与陆源砂的承载力特性存在显著差别,珊瑚礁砂具有“珊瑚礁砂变形大、高压缩性”的特点易出现于高应力情况下,加固后的珊瑚礁砂地基在常压应力下,往往具备较高的强度与承载能力。     

异形柱组合框架结构力学性能有限元对比分析

对钢筋混凝土异形柱承载力低、轴压比限值低、节点薄弱和抗震性能不理想等特点,将异形柱分别与型钢混凝土结构和钢管混凝土结构相结合,基于OpenSees建立三层两跨平面实腹式异形柱中框架模型,进行静力推覆分析和滞回性能分析,通过改变轴压比参数,获得结构滞回曲线和骨架曲线,进一步分析其承载力、延性和耗能等相关力学特性。研究结果表明:同钢筋混凝土异形柱框架相比,型钢混凝土异形柱框架和钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均有提高;随着轴压比增大,两种异形柱框架的弹性刚度基本不变,但荷载一顶点位移曲线下降段越陡而导致延性降低;同样配筋率下,钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均高于型钢混凝土异形柱框架,并且可以提高施工速度;相关研究成果可为科研和工程设计提供研究参考。