单桩-土相互作用非线性数值分析模型

基于OpenSees数值分析平台,建立了单桩-土非线性数值分析模型。模型中考虑了桩身的非线性以及桩-土之间的非线性力学特性,桩-土之间的非线性水平相互作用通过p-y弹簧单元来模拟。结合水平荷载作用下桩-土相互作用拟静力试验结果,对模型的准确性进行验证,并对位于不同地下深度处砂土的水平抗力-位移曲线进行对比分析。结果表明:桩顶水平力-位移滞回曲线及骨架曲线数值模拟结果与试验结果均吻合较好,验证了单桩-土非线性数值分析模型的准确性。此外,在地表以下4倍桩径范围内,砂土-桩水平相互作用力学性能表现出明显的非线性特征,6倍桩径以下深度,呈线弹性状态。     

可持续土木工程结构的若干科学问题与实现技术途径

土木工程是人类赖以生存的重要物质基础,其为人类文明发展作出巨大贡献的同时,也在大量地消耗资源和能源,可持续的土木工程结构是实现人类社会可持续发展的重要途径之一。可持续的土木工程结构涉及材料、结构体系、结构可持续性的分析设计理论和评价体系。本文分别从结构材料、功能材料、可持续的结构体系、结构可持续性的分析与设计理论、结构可持续性的定量评价指标等几个方面阐述可持续土木工程结构的科学问题与实现的技术途径。     

考虑斜拉索刚度、垂度、阻尼的非线性运动方程研究

随着斜拉桥跨径的快速增长,斜拉索的长度也大大增加,斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其在外荷载作用下经常引发大幅振动,这样就降低了斜拉索的寿命或造成拉索的破坏,因此研究斜拉索的非线性运动方程对解决振动问题具有实际工程的意义。本文在考虑斜拉索非线性静平衡曲线、抗弯刚度、粘滞阻尼影响的斜拉索平面内非线性振动的基础上,建立了斜拉索非线性运动方程。采用Galerkin法解耦了斜拉索非线性运动方程,并运用Runge-Kutta法对其自由振动和周期强迫振动两种情形进行了求解,最后,通过对该索的理论计算数据与原型仿真数据的对比分析,可知上述非线性方程比传统的线性方程更精确。本文的研究为今后斜拉索的非线性分析及其振动控制奠定了一定的理论基础。     

外表面轴向裂纹管道失效评估误差对比分析∗

为了探究不同裂纹管道失效模型的预测误差的不确定性,基于 89 组实验数据,计算不同规范的预测精度,并采用距离相关系数和 Kruskal?Wallis 检验等统计手段,对裂纹管道的 7 种失效内压预测模型的预测性能差异进行评估,并对其适用范围提出合理建议。结果表明：所搜集模型的预测精度 p0/pC与管道极限内压实验值 pC相关关系较弱,可被忽略;根据规范间差异是否显著,可将其分为 4 组：①模型 CorLASTM;②规范 R6?1、API、Battelle 和 R6?2;③ 规范 R6?3 和 SINTAP;④规范 GB 和 BS7910,从第一到第四组规范,预测结果危险性逐渐降低,保守性逐渐升高;优先使用第二第三组规范进行预测,其优先级顺序：第二组为 R6?1,API,R6?2 和 Battelle;第三组为 R6?1 和 SINTAP; 模型 CorLASTM可作为裂纹管道极限内压的预估计;规范 BS7910 和 GB 应适用于要求较高的项目     

频率波数域内层状地基动力柔度的精细求解

精细积分法既可得到在计算机精度意义下的精确解,又能够保持哈密顿体系的辛结构.其是求解一阶线性常微分方程组的精确数值方法,既可以用于时间域的初值问题,又可以应用于空间域的两点边值问题.运用精细积分法求解微层区段矩阵,并对微层区段矩阵合并得到整个层状地基的区段矩阵,最终得到层状地基的动力柔度值.运用数值算例验证了本文方法的...     

基于非线性能量阱的悬吊摆对输电塔-振动控制的研究

针对输电塔结构在地震作用下动力响应过大的问题,提出一种基于非线性能量阱的悬吊摆以降低输电塔的动力响应。首先利用拉格朗日方程推导了这种悬吊摆的运动方程,再以一单自由度结构为例,建立了摆式非线性能量阱—结构的动力方程,计算了摆式非线性能量阱在正弦激励下的减振效果,并对正弦激励周期、悬吊摆周期、立方刚度、质量比等参数对减振效果的影响进行了分析。最后选取一柔性输电塔为例,研究了不同地震作用下摆式非线性能量阱的减振效果,并与传统的悬吊质量摆和线性弹簧摆进行对比。结果表明,在地震作用下,摆式非线性能量阱对输电塔动力响应的峰值和均值都有较好的减振效果。     

大连国贸大厦振动监测传感器优化布设研究

传感器优化布设是高层建筑荷载识别与振动特性研究的首要工作。总结了土木工程中几种常用的传感器优化布置方法和准则;提出了一种基于列主元QR分解的逐步累积法与逐步消去法,综合寻找最优测点数及测点位置的方法;基于大型科学计算软件MATLAB对该方法进行编程,实现了程序可视化。以330.25 m高的大连国贸大厦为例,建立三维有限元分析模型,进行了模态分析,并利用本文方法对传感器布置方案进行了优化。结果表明,该方法优化效果明显,能为高层建筑中布设振动监测仪器提供较为可靠的依据。     

被动式自适应悬吊质量摆对大跨空间结构振动控制的研究∗

针对悬吊质量摆在地震作用下动力响应过大而导致的大摆角频率失调问题,提出一种基于弧形支座的被动式自适应悬吊质量摆,以保证其在振动过程中周期保持恒定并应用于大跨空间结构的振动控制。首先推导出在大摆角振动中能使悬吊摆的周期保持恒定的弧形支座的数学方程,接着利用拉格朗日方程原理建立了自适应悬摆— 大跨空间结构耦合体系的运动方程。针对悬吊质量摆仅能控制结构水平振动的缺点进行改进,使其可以同时控制大跨空间结构水平和竖向的动力响应。以一单层网壳结构为例,研究了其在不同的水平和竖向地震作用下的减振效果,并与传统的悬吊摆进行对比。结果表明,改进后的自适应摆对大跨结构水平和竖向地震响应的峰值和均值都有较好的减振效果,减振率最高可达 65%,尤其是大摆角时减振效果明显优于传统的悬吊质量摆。     

单元模态应变能法在输电铁塔损伤识别中的应用

输电塔结构在灾害中发生倒塌的现象时有发生,故而对输电塔结构进行健康监测具有重要的实际意义。介绍了单元模态应变损伤指数(EMSDI)在结构损伤识别中的表达式,并将其应用于输电铁塔模型试验中。采用单元形函数代替原有模态曲率计算方法,可有效降低计算单元模态应变能的计算误差,从而增加了识别的准确性。在输电铁塔仿真模拟和试验中,对该识别方法的准确性和可靠性进行了验证。实例表明:单元模态应变损伤指数法能够准确地识别出结构的损伤位置,并可在某种程度上反映出损伤程度,可以应用到实际输电塔结构损伤识别中。     

基于DEA的城镇防灾有效性评价及提高途径分析研究

城镇的防灾水平或能力是不是足以与城镇的功能特性相匹配,是合理评价城镇防灾有效性的标准之一。从城镇的社会性、经济性和环境性3方面考察城镇的功能特征,选取适当的、能够反映城镇防灾能力或水平的易得变量指标,利用DEA具有评价多输入多输出决策单元相对效率的能力,选择经典传统的C2R模型进行了城镇防灾有效性的评价。通过实例分析的评价结果,对输入输出向量的权重进行调整,通过非有效单元向有效单元的转化,实现了提高防灾有效性途径的分析。