深水悬臂桥墩动力特性及地震响应分析

利用ADINA中的势流体单元对一已建成的深水高墩建模,桥梁上部结构对桥墩的影响以墩顶集中质量的形式体现,分别对不同水深条件下桥墩-水体系的动力特性和地震动响应进行了系统的求解;为了检验Morison方程在深水桥墩动力分析中的有效性,将基于忽略速度力项的Morison方程的计算结果与基于势流体的结果进行了比较.研究结果表...     

动水压力和PSI对深水高墩桥梁抗震性能的影响∗

以我国西部地区某库区一深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑动水压力、桩-土相互作用以及二者联合作用的影响,确定了六类不同的分析工况,利用OpenSEES源代码分析平台分别建立有限元模型,通过输入两组空间地震波进行非线性时程分析,讨论了动水压力和桩-土相互作用对深水高墩大跨桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明,考虑动水压力和桩-土相互作用会降低高墩大跨桥梁的振动频率,且二者的影响主要体现在下部结构振型参与率较高的高阶模态;动水压力效应会增加高墩在地震作用下的动力响应,但桩-土相互作用对非线性分析结果的影响没有明显的规律;同时考虑动水压力和桩-土相互作用时,深水高墩桥梁的地震响应并不是简单的相互促进或相互抵消,而与地震动的大小、频谱特性等相关;强地震作用下桥梁结构的桩顶水平位移较大时,抗震设计中更适合采用"p—y曲线"法模拟桩-土相互作用效应。     

橡胶水泥土动力特性的试验研究

通过动三轴试验,研究了橡胶水泥土复合试样的动强度、动弹性模量和阻尼比等动力参数的变化规律,着重研究了橡胶粉掺量、围压和应变3个主要因素的影响并分析了内在机理。在围压不变的情况下,随着橡胶粉掺量的增大,橡胶水泥土复合试样动强度降低。围压越大,动强度越高,受橡胶粉掺量的影响越小。随着围压的增大,动弹性模量增大而阻尼比减小;随着橡胶粉掺量的增加,动弹性模量减小而阻尼比增大。通过数据拟合,得到了橡胶水泥土动弹性模量和阻尼比的计算公式。橡胶粉可以提高水泥土吸收能量的能力,采用橡胶水泥土作为地基处理材料时,能够起到减震的作用。     

地震下RC空心墩弯‑剪数值模型及混合试验验证∗

地震作用下钢筋混凝土空心截面中高桥墩多发生弯剪破坏,而其弯剪耦合反应的数值模拟方法尚不完善。 针对当前弯剪串联模型中的剪切模型未考虑空心截面特征的问题,提出基于关键参数的剪切模型修正方法,并通过混合试验进行验证。分别从桥墩的剪跨比、混凝土开裂后剪切刚度、等效截面面积、桥墩有效高度与墩身混凝土斜裂缝倾角等参数入手,提出剪切模型关键参数的修正方法;基于修正的开裂剪切强度、开裂剪切位移、剪切极限承载力及其对应的剪切位移与剪切破坏位移,提出适用于空心桥墩剪切性能模拟的三折线型骨架曲线建立方法; 通过组合剪切模型与基于纤维单元的弯曲模型,建立空心墩弯剪耦合反应的数值模型;与一座空心高墩桥混合试验结果对比,其桥墩子结构的物理试验结果验证了数值模拟方法。分析表明：通过本文所提数值模拟方法得到的空心桥墩弯剪滞回曲线与真实地震加载路径下的试验曲线匹配良好,能够模拟空心墩在真实地震作用下的弯剪滞回行为。     

地震作用下锚固滑坡动力响应研究

为研究地震作用下锚固滑坡的动力响应,开展大型振动台模型试验,以汶川波、El Centro波以及不同频率的正弦波为输入波,研究在逐级增大加载强度条件下锚固滑坡的动力特性、加速度响应及地震动参数对加速度响应的影响等动态响应特征。结果表明:①地震作用下,锚固滑坡的破坏形式主要为框架之外素土部分上部的张拉破坏和坡底的剪切破坏。②锚固滑坡对输入地震波具有放大作用,且沿坡高方向向上,PGA放大系数呈递增趋势。③不同类型的地震波作用时,由于其频谱特性的差异,锚固滑坡的加速度响应不同。低强度地震波作用时,输入波的频率越接近锚固体的自振频率,坡面加速度放大效应越强;高强度地震波作用时,输入波的频率越低,坡面加速度放大效应越强;低频波作用时,加载强度越大,坡面加速度放大效应越强;高频波作用时,加载强度越大,坡面加速度放大效应越弱。研究结果对锚固滑坡的抗震设计具有一定的参考意义。     

地震作用下BFRP锚固结构动力响应试验研究∗

地震作用下锚固结构动力响应研究的是锚杆(索)杆体-注浆体、注浆体-围岩之间的动力学作用机制,是岩土锚固工程的研究重点和发展趋势.通过振动台模型试验,研究了地震作用下BFRP锚固结构的动力响应,利用粘贴在BFRP锚索杆体上的应变片,测得地震波激励过程中不同高度位置、锚固深度锚索断面上的应变波响应,对锚固段内BFRP锚索沿锚固深度轴力峰值和应变波时程曲线进行了分析.结果 表明:(1)BFRP锚固结构的动力响应与输入地震波强震段的发生时间和持续时间基本一致;(2)随着输入地震波加速度峰值的增大,BFRP锚索轴力峰值在数值上随锚固边坡屈服状态发生变化,其中锚固段前半段受影响较大;(3)锚索残余轴力受地震作用的影响,随着锚固结构内测点位置相对高度的增大而增大,这一现象在靠近锚固体端部的位置更为明显,在工程应用中应重点关注锚固段端部注浆材料损坏而导致的锚固系统失效破坏.通过小波包分解得到锚固结构的应变波主频,进一步表明了锚固体端口、中部、尾部的主频差异较大,会导致锚索与注浆体之间出现"差拍"作用,引起锚索与注浆体之间的不协调运动,导致锚固体内第一界面不断地受剪揉搓,形成损伤到破坏的时间累积效应.     

基于增量动力分析的近场框架结构楼层加速度响应研究∗

地震作用一般可分解为两个水平分量和一个竖向分量。近场地震的竖向分量较大,但水平与竖向地震动共同作用下楼层组合加速度响应的影响鲜有研究。以三个不同高度的规则钢框架结构作为研究对象,选择与竖向目标谱匹配的竖向地震动及对应的水平向地震动共同作为地震输入,定义楼层水平和竖向绝对加速度的 SRSS 值为楼层组合加速度,研究结构最大水平加速度与组合加速度的比值沿着楼层高度的变化趋势。随后开展增量动力分析,经 KS 检验,发展了最大水平加速度与组合加速度比值的超越概率模型,分析水平加速度占比与地震强度的关系。最后,提出水平加速度占比沿结构高度分布的经验拟合公式。结果表明,随着结构楼层相对位置高度的增加和地震强度的增大,水平加速度占比逐渐减小,且近场非脉冲地震动下的水平加速度占比大于脉冲地震动。提出的拟合公式能够较好地反映水平加速度占比的变化趋势。     

分层液化土中桩基侧向动力反应机理的试验研究

饱和砂土中的桩基侧向动力响应研究一直是岩土工程界与地震工程领域关注的热点,尤其是群桩侧向动力响应机制是需要重点研究的课题之一。基于振动台试验,通过输入2种不同的波形,采用FBG光栅传感系统对饱和砂土中的单桩与群桩侧向动力响应特性和典型测试点的桩土动力p—y滞洄曲线进行研究。研究结果表明:振动初期,单桩和群桩试验孔压增长不大,随后单桩孔压迅速上升,振动后期逐渐下降至0.5,而群桩孔压则上升缓慢;单桩试验土表加速度在振动初期逐步升高后又迅速降低,且加速度放大值略大于台面加速度值,群桩试验土表加速度在振动初期逐渐升高时就达到了最大,且随着孔压比的升高,加速度没有继续放大,而是逐渐减小,直到后期与单桩试验土表加速度重合;饱和砂土液化对单桩承台加速度和位移的影响较大,群桩承台侧向动力响应对液化的敏感程度略低于单桩承台;在振动输入和承台输入相同的条件下,液化后的群桩基础比单桩基础能更好地抵抗侧向力的作用。     

S210线轻钢结构滚石防护棚洞动力响应与优化研究

以2013年芦山7.0级地震生命通道S210线滚石灾害防治为背景,在崩塌滚石灾害特征调查和研究的基础上,根据S210线应急抢险的需求,提出一种新型轻钢结构滚石防护棚洞技术:采用钢板和槽钢为主骨架,双层钢板夹EPS材料为顶板,并将顶板设为20°~25°以提高抗冲击能力。通过动力有限元数值模拟,开展滚石冲击荷载下轻钢结构棚洞动力响应机理与优化设计研究。计算结果表明:轻钢结构棚洞具有较强的抗滚石冲击能力,能承受1 500 k J滚石冲击能量,且施工方便快捷,不影响正常交通,是S210线应急保通较为理想的滚石防护措施。目前轻钢结构棚洞已在S210线滚石危险区段投入使用,效果显著,对确保震后S210线畅通和灾后重建发挥了重要作用,也可在类似山区公路滚石灾害防治中推广应用。     

圆钢管轻集料混凝土梁与混凝土桥墩连接节点试验研究

为了解决圆钢管轻集料混凝土梁与混凝土桥墩的整体连接问题,共设计了穿心钢筋、穿心钢筋加弯矩传递板和穿心工字钢3种节点连接形式,采用拟静力试验研究了刚节点在低周反复荷载作用下的抗震耗能性能。试验结果表明,3种节点都具有良好的抗震耗能性能,等效粘滞阻尼系数都超过了钢筋混凝土结构要求的0.1,延性系数都大于规范规定的2;在节点屈服以后,3种节点仍然具有一定的承载力,其中穿心钢筋和穿心工字钢节点的延性系数和等效粘滞阻尼系数基本相同,穿心钢筋加弯矩传递板较其他2种刚节点稍差。     

福建圆形土楼悬挑屋盖风荷载特性及气动抗风措施研究∗

福建圆形土楼悬挑屋盖属于风敏感结构,且处于我国台风多发区,为提升结构的风灾防御水平,保障其抗风安全,采用CFD 数值模拟方法对屋盖表面风荷载分布特性进行研究,同时提出了增强其抗风性能的气动抗风措施。研究表明：圆形土楼悬挑屋盖迎风面风压较大,其中,内、外悬挑屋盖端部风压系数绝对值最大,分别达到1.5 和0.75,属于风荷载敏感部位;在外悬挑屋盖端部加设竖直挡风板和波纹挡风板均可以一定程度地卸载上述风荷载敏感部位的风压值,综合比较,设置波纹挡风板较竖直挡风板对风压卸载效果更好;对于设置波纹挡风板,当其相对高度h/Hj=0.05（h 为波纹挡风板高度,Hj为地面到屋脊处距离）、倾角θ =-45°、波纹圆弧半径R = 5.5 m 时整体对屋盖表面风压卸载效果最优,其内、外悬挑屋盖端部风压系数卸载率分别达到40.1% 和54%,原因在于倾斜布置的波纹挡风板对悬挑屋盖表面来流起到阻挡作用,使得气流撞击形成的漩涡从屋盖悬挑端转移到挡风板表面,同时波纹的存在降低了内、外悬挑屋盖表面气流漩涡强度,从而达到卸载屋面风荷载的效果。     

外形变化对圆柱体结构绕流特性的影响∗

基于 CFD 流体计算平台 Fluent 计算软件,对雷诺数 Re=3 900 下波浪型圆柱体结构三维绕流问题进行了研究,主要分析波长比(λ/D_m=1.8~5.0)与波幅比(a/D_m=0.05~0.2)两个关键参数对波浪型圆柱体的绕流特性及其尾流场分布特性的影响且引入了光滑圆柱(UC)计算结果作对比,并进一步揭示其内在的尾流控制机理。研究表明：波浪型圆柱体尾流特性存在强烈的三维效应,节点处与鞍形处流场特性分布存在明显差异;波浪型圆柱尾流区的顺流向时均速度分布呈现出半对称 U 型,而轴向方向的时均速度分布则呈现出强烈的三维效应;波浪型柱体沿径向方向压力分布也呈现出强烈的三维效应,一般在节点处的压力达到最小值,在中间截面处压力值达到最大;随波幅比增大,阻力系数平均值与脉动性升力系数大致呈现出衰减趋势,并在 a/D_m=0.2 处达到最小值。波浪型柱体结构压差阻力的减少为结构流动控制提供相关支撑。     

基于振动台试验的桥墩复合损伤指标研究∗

为更准确描述钢筋混凝土矩形空心桥墩的损伤情况,提出一种综合考虑位移和能量的复合损伤指标。基于 9 个空心桥墩试件的振动台试验结果,分别计算出各试件的位移损伤指标、弹塑性耗能差率损伤指标以及复合损伤指标,通过对三种损伤指标结果对比以及多地震波作用下结果的统计分析,验证了复合损伤指标的适用性;进一步应用复合损伤指标考察了桥墩配箍率、轴压比、配筋率三种参数的变化对空心桥墩损伤性能的影响。研究结果表明：复合损伤指标值介于位移和弹塑性耗能差率损伤指标值之间,且与单一损伤指标相比,复合损伤指标的离散程度较小;应用复合损伤指标对空心桥墩的损伤进行参数分析可知,当轴压比、配筋率一定时,桥墩的损伤程度随配箍率的增大而降低;当配箍率、配筋率一定时,损伤程度随轴压比的增大而提高;当轴压比、配箍率一定时,损伤程度随配筋率的增大而降低。由此说明,复合损伤指标能够反映参数变化对桥墩损伤性能的影响,具有良好的适用性。     

不同水力条件下圆柱桥墩局部冲刷试验研究∗

桥墩冲刷是导致桥梁水毁的主要原因,研究不同水力条件下局部冲刷对桥梁的影响具有重要意义。通过开展不同流速和水深下圆柱桥墩模型冲刷试验,研究了圆柱桥墩周围泥沙的局部冲刷发展规律,特别是流速和水深对桥墩局部冲刷的影响。试验研究表明:随着时间的发展,最大冲刷深度与冲刷坑范围在前期急剧发展,随后发展逐渐缓慢,直到冲刷处于近似平衡阶段。最大冲刷深度最开始出现在墩前侧方,随后始终出现在墩正前方附近,最小冲刷深度出现在墩的正后方附近,墩后的冲刷深度不足墩前深度的50%。流速和水深是影响桥墩的局部冲刷的关键因素,最大冲刷深度和冲刷坑的范围随着流速和水深增大而增大,相比于水深,冲刷深度和冲刷坑范围受流速的影响较大。     

锈蚀钢筋混凝土圆柱抗震性能的试验研究

对不同锈蚀程度的钢筋混凝土圆柱进行低周反复试验,研究了不同轴压比下的钢筋锈蚀率对钢筋混凝土圆柱滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性及耗能能力的影响;给出了试件累积耗能、屈服荷栽、极限荷栽、荷栽最大值和位移延性系数与钢筋锈蚀率和轴压比的关系.研究表明,随着钢筋锈蚀率和轴压比的增大,试件的滞回曲线趋于干瘪,骨架曲线下降段变陡,试...     

圆形开口建筑火灾外立面热羽流温度演化研究∗

建筑火灾是火灾科学领域的重要研究方向之一,外立面热羽流温度是评价建筑火灾危险性的重要指标。基于弗洛德相似准则,利用缩尺寸单一开口燃烧腔室模型开展建筑火灾实验,对不同火源功率和开口尺寸下圆形开口建筑火灾外立面热羽流温度分布规律进行探究。研究结果表明：(1)在燃烧状态稳定下,对于确定开口尺寸和火源功率,圆形开口燃烧室内顶棚下方热气体温度基本均匀且保持一致;(2)在圆形开口建筑火灾中,火溢流和顶棚射流火焰的扩展工况下,外立面溢出热羽流温度演化与矩形开口火溢流工况相似;(3)基于热羽流温度实验数据, 分别建立了不同开口尺寸、火源功率下圆形开口建筑火灾顶棚射流火焰扩展和火溢流工况的外立面溢出热羽流竖向温度预测模型。     

水动力条件下蓝藻水华生消的模拟实验研究与探讨

蓝藻水华是当今世界共同面临的重大水污染问题之一。通过室内模拟实验,在温度、光照、初始pH值和营养盐等基本条件相同的前提下模拟水流流速分别为10cm/s、20cm/s、30cm/s、40cm/s时铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)水华的产生与消亡过程,在10～40cm/s流速区间里藻类生长周期随流速增大而变长,藻类最大现存量在40cm/s流速下最大,在10cm/s流速下最小,流速为30cm/s时藻类比增率最大,较适合藻类生存,在整个水华暴发过程中水体氮磷营养浓度呈下降趋势,水体的pH、DO和Ec变化不大。