冷却塔塔筒荷载效应和简化设计方法——配筋计算流程的简化

为简化冷却塔塔筒配筋设计中的多风向计算问题,以某冷却塔为例,通过分析各荷载单独作用下的内力状态,包括各自的控制性内力、内力环向分布特征等,对各荷载尤其是风荷载的内力状态进行简化,并根据冷却塔塔筒的旋转轴对称设计原则,从而提出了一种配筋计算的简化方法。与常规方法相比,简化方法所得配筋量仅略有增加,但不仅避免了多风向的组合计算,还无需对整个环向进行配筋计算,在一个确定高度位置只需取一组内力进行配筋计算即可,大大降低了计算工作量。     

沿海地区兆瓦级风电结构地震响应分析

风力发电结构在地震情况下易发生整体倾覆、塔筒弯折等破坏。若同时考虑风荷载作用,则结构破坏风险增加。采用APDL命令流建立某沿海风电场1.5 MW级风电结构的"叶轮-塔筒-桩基"一体化有限元模型。通过单桩刚度折减,计算不同液化情况下的风电结构自振特性及结构地震响应。采用实测地震波和基于自回归法模拟获得的风速时程,计算风电结构在地震荷载单独作用以及地震荷载和风荷载共同作用两种情况下的动力响应。结果表明,随着液化程度的加深,轮毂水平位移和最不利单桩内力逐渐增大,在中等液化情况下塔筒底部应力出现最大值。考虑风荷载后,轮毂水平位移、塔底应力和最不利单桩内力均有所增加,其中背风面塔底应力和最不利单桩内力增加最为明显。     

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富,但由于海洋环境条件的复杂性,开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约;而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程,利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷载和波流荷载的计算公式,最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合,建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型,针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析,同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析,讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明:风荷载对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大,波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大,而波浪荷载则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。     

基于F⁃J⁃M法的桥梁温度与地震作用效应组合研究∗

目前铁路桥梁设计逐渐由容许应力法向极限状态法转变,而《铁路桥涵设计规范（极限状态法）》（Q/CR 9300—2018）并未提及地震作用与温度等可变作用的联合作用,给高寒高烈度区桥梁结构抗震设计带来了较大困难。为了推进桥梁以更经济的抗力方式抵御外荷载作用,通过目标可靠度指标确定其最优地震设计状况荷载组合分项系数,从而对现行桥梁设计规范抗震设计进行优化。建立了高寒地区某桥温度作用效应概率模型,使用Ferry Borges荷载组合理论探究地震和环境温度作用的效应分布特征,并基于JC 法和多灾害荷载系数设计法（MH-LRFD）建立地震、温度作用荷载系数的表达式。依托某桥梁工程实例分别探究了地震、温度以及两者共同作用下的桥梁的失效概率。研究结果表明：环境温度引起的桥梁温度内力响应、主要构件材料特性变异均能显著影响桥梁的失效概率;对于高寒大温差地区,现行规范忽略环境温度效应将显著低估桥梁在地震作用下的失效概率。本文提出的F?J?M（FerryBorges+JC+MH-LRFD）方法计算地震、温度作用组合系数,可为高寒地区桥梁抗震设计提供必要理论依据。     

台风等效静风荷载作用下输电塔线体系极限承载力分析∗

台风引起的输电线路破坏情况屡有发生,为了研究台风作用下输电塔线体系的极限承载力,以实际发生倒塔事故的广东省某 220 kV 输电线路的塔-线体系为研究对象,结合台风风剖面和规范中的方法确定塔线体系的等效静力风荷载,考虑输电塔结构的材料非线性和几何非线性特征,通过有限元软件 ANSYS 在逐级加载条件下分析输电塔线体系的极限承载力,研究风向角、相邻塔的变形、导地线张力的变化对极限承载力的影响。结果表明:(1)通过逐级加载的方式可以较为方便的找到不同工况的极限荷载,确定出结构的最不利风向角;(2)塔线体系模型的选取会较大的影响计算结果,应尽量接近真实情况的选取模型,从而得到更为准确的分析结果;(3)导地线初始张力可以一定程度上提高输电塔线体系的极限承载力,在条件允许的情况下可以适当增加导地线的初始张力。     

上砂下黏地层中桩‑筒复合基础V‑H承载特性∗

海上风机基础不仅受自重等竖向力V 作用,也因水流、波浪和风等影响而承受水平荷载H。为探讨上砂下黏地层中一种由单桩和吸力筒组成的新型海上风机桩-筒复合基础受V?H 组合作用时的承载特性,自主设计完成了一系列室内桩-筒复合基础V?H 组合加载模型试验,获得不同组合参数下桩-筒复合基础的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布曲线,并绘制出V?H 承载力包络线。在此基础上,采用ABAQUS 建立了上砂下黏地层中桩-筒复合基础三维数值分析模型,经模型验证与参数分析,进一步讨论了砂土厚度、筒径、筒高以及加载高度等参数对桩-筒复合基础承载特性的影响曲线,并拟合出桩-筒复合基础承载力简化计算公式,分析结果表明：桩-筒复合基础能显著提高桩身水平承载力,增幅达30%~90%,且增加筒径比增加筒高更有利于提高基础水平承载力;上部砂土层较厚时,桩-筒复合基础存在一个使复合基础水平承载力达到最大的预加竖向荷载最佳值,其值随不同载荷工况在（0.4~0.7）Vult范围内变化。     

冷却塔检测鉴定及有限元计算分析

某冷却塔已使用20多年,存在一定程度的老化和破损,对其外观缺陷、混凝土碳化程度、钢筋锈蚀程度及倾斜度等进行检测鉴定,应用有限元方法,计算该冷却塔在风荷载、温度作用、重力荷载单独作用和组合作用下的内力和变形,并取组合作用进行整体稳定性和局部稳定性分析,验算塔身裂缝发展情况。结果表明,冷却塔刚度、承载力、安全系数、整体稳定性和局部稳定性均能满足现行规范的规定,塔身裂缝除局部筒壁不满足最大裂缝宽度限制的要求外,其它范围均满足。根据检测鉴定及有限元计算结果,对冷却塔采用粘碳纤维布、混凝土表面防碳化处理、钢筋除锈防锈等加固补强措施。     

抗震液化的总应力合成分析方法

基于总应力动力分析法,运用二维显式有限差分程序FLAC对某大坝在地震荷载作用下的动力响应进行模拟分析。编制了分析大坝液化的数值模型的分析模块并与FLAC接口。分别考虑了水平、竖向地震荷载以及两个方向的耦合和不同水位深度对大坝动力特性的影响,得到了大坝在地震荷载作用下液化区域和位移矢量的分布态势。     

基于修正惯用法的埋深对圆形隧道地震反应影响∗

采用修正惯用法,在考虑土拱效应对圆形隧道结构受力状态影响的基础上,研究了埋深对地下结构地震反应的影响规律。首先,对比分析了不考虑和考虑土拱效应时、地震荷载作用前,隧道结构内力分布及随埋深的变化规律;将作用于隧道结构上的水平地震荷载等效为围岩土体变形导致的土压力的改变值;继而探讨了考虑土拱效应后,地震荷载引起的隧道结构内力的改变,研究了不同地震动强度下,埋深对圆形隧道结构地震反应的影响规律。 研究结果显示,地震作用下,圆形隧道结构的内力随着埋置深度的增加呈现出先增大后减小或趋于稳定的趋势,即圆形隧道结构地震反应存在一个抗震关键埋深。     

组合网壳屋盖结构风振响应分析及等效静风荷载

结合惠州会议展览中心风洞试验结果,对波浪形组合网壳结构的风荷载和风振响应进行了分析,包括:24个风向角下屋盖荷载分布特性分析;结构整体和局部的自振特性分析;根据风洞试验结果对6个风向角(0°、30°、45°、90°、135°和180°)进行结构的风致动力响应分析.根据风振响应分析结果,基于响应的不同振动特点,提出将屋盖...     

低硬度大直径橡胶隔震支座竖向荷载作用下钢板应力研究

采用大型通用有限元程序,对低硬度大直径橡胶隔震支座在竖向荷载作用下的基本性能进行了精细有限元分析.分析了在竖向荷载作用下支座上下封板、内部钢板的各种应力分布,以及支座顶部是否施加竖向同位移约束、支座孔径比、橡胶材料G值、内部单层橡胶厚度与内部单层钢板厚度之比对支座内钢板受力的影响.结果表明,内部钢板最大Mises应力、...     

双线盾构多因素引起地下管线的附加荷载研究

研究了地下管线与双线盾构垂直时地下管线附加荷载的分布规律。采用弹性力学Mindlin解,推导出双线盾构在掘进过程中多因素引起的土体附加应力计算公式。基于Winkler土体模型,推导出双线盾构施工中土体损失引起的竖向土体附加应力计算公式。算例分析结果表明:双线盾构施工中盾壳摩擦力和盾尾注浆压力引起的地下管线附加荷载较大;正面附加推力引起的附加荷载较小;土体损失是引起竖向附加荷载的主要原因;随着先行、后行盾构开挖面前后距离Q的减小,后行盾构上方管线的附加荷载变化比较明显;随着先行、后行盾构轴线水平间距L的增大,x和z方向的附加荷载峰值减小。     

锥型组合桩竖向承载力模型试验研究北大核心CSCD

阶梯型变截面桩竖向承载力大,但其在变径处应力集中现象明显,限制了该桩型的适用范围,为减轻其在变径处的轴力突变,将水平变截面设置为一定倾角,形成锥型组合桩。为了摸清该新桩型的竖向承载性能,基于室内模型试验对锥型组合桩在竖向荷载作用下的力学响应进行测试,并与传统等截面桩、阶梯型桩进行对比,揭示锥型组合桩的竖向承载机理。模型试验依据相似理论进行设计,在试验中保持三种桩型的体积近似相等,竖向荷载采用分级加载,获取桩顶沉降曲线以及桩身轴力分布。研究结果表明:(1)等截面桩的竖向承载力最小,阶梯型桩的竖向承载力居中,锥型组合桩的竖向承载力最大;(2)等截面桩的轴力随深度增大近似线性减小,阶梯型桩在截面变小处轴力发生突变,产生应力集中,锥型组合桩在上下两个截面变化处轴力未发生显著突变,在下变截面处往下一定位置产生轴力极大值,轴力分布较为均衡;(3)等截面桩侧阻力占比随荷载增大急剧减小,阶梯型桩侧阻力占比随着荷载非线性变化,锥型组合桩侧阻力占比稳定在55%左右;(4)锥型组合桩既可以发挥阶梯型桩承载力大的优点,又可以克服阶梯型桩在变截面处的轴力突变问题,竖向承载力大于阶梯型桩,具有良好的工程应用价值。     

竖向荷载作用下承插式球墨铸铁供水管道接口破损试验与数值模拟研究∗

管道接口是影响市政供水管网日常运行安全的关键薄弱环节。然而,目前的研究大多集中于地震荷载和轴向荷载作用下管道接口的力学性能,对于竖向荷载作用下承插式球墨铸铁供水管道接口的弯曲力学性能研究较少,造成这一类型的管道接口无法进行全面的综合评价。鉴于此,以承插式球墨铸铁供水管道接口为主要研究对象,开展了竖向荷载作用下的破损试验和数值模拟。研究结果表明：(1)接口橡胶密封圈接触失效是管道出现渗漏的主要原因;(2)管道接口的相对转角与竖向荷载整体呈正相关关系;(3)管道发生漏水时的相对转角为 12°左右。 因此,为避免管道接口在接触滑移、旋转、拉拔等不同受力情景下的失效,建议对供水管道的接口构造,尤其是橡胶密封圈进行精细化设计,以提高管道接口的最大允许转角,同时发挥橡胶密封圈良好的压缩和变形能力。     

风雨联合作用下风向对大跨度悬挑屋盖的压力分布影响研究

强降雨通常伴有强风作用,风向成为影响结构表面压力分布的重要因素之一。目前大跨度挑檐屋盖设计基本只考虑垂直于结构表面的单独雨荷载作用,对风雨联合作用下建筑表面压力分布研究甚少。研究风雨联合作用下,不同风向对大跨度悬挑屋盖表面的压力分布影响特性。基于数值模拟平台,采用欧拉-欧拉方法,模拟得到了不同风向工况下大跨度悬挑屋盖结构表面平均压力分布规律,并研究得到了一次自然降雨过程中最不利抗风雨位置,对相应大跨度悬挑结构设计提出了有益参考。     

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱地震损伤模型研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的地震损伤性能,对11根组合柱试件进行了低周反复荷载试验,分析了再生骨料取代率、轴压比、管径径厚比、型钢配钢率及型钢截面形式等对组合柱地震损伤性能的影响规律;通过数值反演法确定了再生骨料取代率和轴压比影响的组合系数,综合考虑了变形和能量的影响,对Park-Ang损伤模型进行了修正,建立了圆钢管型钢再生混凝土组合柱的地震损伤模型,并验证了损伤模型的有效性。基于试验研究,将组合柱划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌等5个性态水平,结合性态水平对损伤指标进行量化,建立了组合柱在不同抗震性态水平下相应的量化指标、损坏程度和损伤指标区,为抗震性能设计提供参考。     

风积土高铁路基震动波的人工合成

地震荷载作用形成的震动波具有非平稳性、随机性等特点。在室内动三轴试验中不能准确将实际的震动波施加给土体试样,也就无法准确研究风积土土体在地震荷载作用时的动力特性。文中首先基于对风积土路基周边地震资料的分析,以与抗震规范相容的功率谱为目标谱,确定需要控制的反应谱的坐标点和反应谱的容许误差,利用三角级数法和快速傅里叶变换法合成了人工地震波;然后利用M ATLAB和震动持时、频率和幅值等实测数据合成了具有一定频谱特性的人工波,从而极大地方便和简化了对震动荷载作用下风积土的动力特性的研究。     

考虑径向温度效应的能源桩荷载传递分析方法研究

针对能源桩受温度作用影响时的承载特性难以量化,提出考虑径向温度效应的荷载传递法对能源桩热-力耦合作用下的受力特性进行研究,评估温度变化对能源桩的影响,研究桩身轴力、桩侧摩阻力的分布状态,并以昆山能源桩的现场测试为依托,验证了本文方法的可行性。计算结果表明,温度作用对能源桩桩身应力应变状态有显著影响,当桩体受极限荷载与温度作用时,侧阻力发挥的作用几乎不大,在降温作用下能源桩桩顶会产生残余变形,因此在能源桩设计时应以降温作用时的沉降值为标准进行折减,考虑能源桩的设计承载力。     

循环荷载作用下三明治形加筋土挡墙的模型试验与数值模拟∗

为研究循环荷载作用下三明治形加筋土挡墙的受力特性,进行了一系列砂土加筋土挡墙和三明治形加筋土挡墙的动加载室内模型试验.针对不同的加载特征,分析加筋土挡墙的变形和应力响应.采用FLAC3D建立三明治形加筋土挡墙的数值计算模型,通过与模型试验的对比,验证了计算模型的可靠性,分析了循环荷载下挡墙的变形、加速度和潜在破裂面.研究结果表明:三明治形加筋土挡墙变形与竖向土压力随荷载幅值、荷载频率和激振器个数的增加而增大;荷载对土压力的影响随距振源距离的增大而减小;相同加载条件下,三明治形挡墙的顶部沉降更大;随着挡墙高度的增加,土压力的振动幅值逐渐增大,土压力峰值减小;挡墙沉降并非成层均匀沉降,内部分层沉降出现双峰值;随墙高减小加速度衰减,加速度峰值在挡墙上部的平均衰减率最大;三明治形加筋土挡墙与砂土加筋土挡墙破裂面位置相近.地面交通荷载引起的振动对挡墙结构产生不利影响是加筋挡墙的研究重点.     

循环荷载下温州超固结软土动强度与变形分析

通过循环三轴试验对循环荷载作用下温州超固结软粘土的动力特性进行了研究.重点分析正常固结、轻超固结和强超固结软粘土在循环荷载作用下动应力、孔压及轴应变随循环次数变化的规律.研究结果表明,循环荷载作用下超固结软粘土将产生负孔压.对于轻超固结软粘土,负孔压将发生转向;而对于强超固结软粘土,孔压始终向负孔压方向发展.随着超固结比的增大,土体的动应变累积速度减慢,转折应变随之减小,而临界循环应力比随之增大.随着超固结比的增大,土体的动强度增加.与正常固结比相比,超固结软粘土的动强度曲线更平缓,强度衰减速率更小.