柔性防护系统环形拦截网分区等代模型

环形网是被动柔性防护系统中的重要结构单元,其冲击变形具有明显的多柔体非线性动力学特征,其计算模型的构建是柔性防护结构理论研究的难点与关键点. 为了建立环形网的计算模型,首先通过柔性被动网整体结构足尺冲击试验,获取了环形拦截网的区域化变形特征以及网环的典型变形状态;其次通过网环拉伸试验与数值仿真计算的方式得到了各典型变形状态下,网环的荷载位移关系,建立了分区等代计算模型;最后通过与网片顶破试验、动力冲击试验展开对比计算的方式校验了模型的准确性. 研究结果表明:环形拦截网具有明显的分区域变形特征,网环（环形网的基本单元）具有3种典型变形状态,各变形状态的网环均具有两阶段受力特征;据此采用连接于圆心、初始长度为网环半径的“X”形4桁架单元模拟单个网环,将典型变形状态下网环的荷载位移关系等效为桁架单元应力应变关系,连接对应节点形成整片网的单元模型,根据网环所处的变形区域赋予桁架单元相应的应力应变关系,建立了整片环形网的高效率分区域等代模型;通过与静力试验及动力试验的对比,模型计算误差小于10%.      

柔性接头地铁隧道穿越地裂缝的地震响应

采用振动台模型试验,模拟地震荷载和地裂缝场地沉降,分析了穿越地裂缝区域且设置柔性接头的分段地铁隧道的动力响应,研究了地裂缝场地沉降、裂缝发育特征、地铁隧道加速度响应特征、土压力与隧道各区段不同部位的应变规律。分析结果表明:由地裂缝场地沉降与地震荷载耦合作用所产生的差异沉降和裂缝多集中于柔性接头部位;各区段地铁隧道间的运动具有一定独立性,上盘靠近地裂缝的地铁隧道的加速度峰值是下盘隧道的3.2倍;距离地裂缝越近土压力越大,且在耦合荷载作用下,上盘土压力是下盘土压力的6.7倍;地铁隧道各区段左右拱腰应变较大,底板处应变次之,拱顶部位应变较小;柔性接头设置后各区段应变增率减小,在距离地裂缝较近部位未出现明显的应变增加现象。可见,在地震荷载与地裂缝场地沉降耦合作用下,柔性接头能够减小地铁隧道地裂缝位置处的集中应力与地裂缝场地的变形。     

基于CR列式的壳屈曲分析

为解决薄壁结构屈曲分析的非线性计算问题,针对壳单元大位移、小应变分析,提出了基于更新拉格朗日CR列式的计算方法.该方法采用更新拉格朗日列式建立壳单元在大位移下的平衡方程,利用能量原理得到单元刚度矩阵.求解过程中,采用极分解方法计算变形后单元的随动坐标和单元节点的刚体转动;引入有限转动理论,从总位移中扣除刚体位移,得到节点变形,进而采用小应变理论计算单元应力,得到当前荷载步下的单元状态.最后,通过编制的程序对2个薄壳结构受力后的屈曲行为进行了分析.算例表明,用基于CR列式的非线性分析方法求解壳失稳问题具有较高的效率和精度.     

基于平面壳单元的分阶段成形结构平衡方程

为探讨基于平面壳元的分阶段成形结构终状态的影响因素,建立了包含平面壳元无应力状态量的结构平衡方程.以等参平面壳单元为研究对象,建立了单元内任意一点的无应力状态量与单元高斯积分点处无应力状态量的关系;以单元的无应力状态作为零点计算结构的总势能,并根据最小势能原理,导出了包含平面壳元无应力状态量的结构平衡方程,获得了结构终状态与平面壳元无应力状态量的关系.分析结果表明,当结构体系、外荷载和边界条件一定时,如能保证壳元的无应力状态量一定,则结构的终状态是一定的,与分阶段成形过程无关.      

刚柔复合式路面沥青面层动态应变试验研究

为深入研究刚柔复合式路面沥青面层车辙病害机理,采用复合路面结构车辙试验模拟路面荷载动态作用,借助光纤光栅应变检测技术测试不同方向、不同荷载、不同类型混合料和不同温度下沥青混合料的动态应变,从荷载大小、混合料类型和温度3个方面分析复合式路面沥青面层车辙变形特征。结果表明:动态荷载作用下刚柔复合式路面沥青面层的横向应变小于纵向应变,荷载消除后横向应变可恢复60%,而纵向应变仅可恢复20%;一定范围内沥青混合料动态应变与荷载大小成正线性关系,应变的恢复能力与荷载大小成反向线性关系;SMA的应变比AC小12%,而变形恢复能力高出约60%;高温环境下,荷载间接作用也会引起沥青混合料的应变,SMA的抗变形能力明显高于AC沥青混合料。     

荷载接触形式对路面结构力学指标的影响分析

传统沥青路面结构力学模型通常将车辆荷载假定为圆形、椭圆形、矩形,与实际路面结构在非均布荷载作用下的真实受力状态有一定的区别。应用3D-Move Analysis有限层软件,建立黏弹性材料特性下力学响应模型,对比分析了静载和动载情况下,不同荷载接触形式对路面结构剪应力、路表弯沉、面层底部拉应力、土基顶部压应变最大值及位置的影响;分析了水平力系数和轴载变化时,各指标最大值的变化规律。结果表明:不同荷载状态、荷载接触形式作用下,各力学指标最大值及位置有较大的区别;汽车匀速行驶时,按照传统静载计算结果进行力学指标设计是偏于安全的;汽车制启动时,计算结果比静载偏大,并随着水平力系数的增加持续增大,仍按传统静载结果设计容易导致车辙、疲劳开裂等早期损坏现象;不同荷载接触形式,各力学指标均随轴载的增加而增大。     

基于固有应变法的钢箱梁结构双侧同步焊变形预测研究

基于固有应变法,并采用T型接头双侧同步焊有限元模型,对钢箱梁结构的焊接变形作出预测分析。结果表明:固有应变法可以达到传统热弹塑性有限元法计算的精度;采用壳单元网格划分接近实体单元的计算结果。运用固有应变法及壳单元模型,对钢箱梁结构的双侧同步焊接变形作了预测分析,得到顶板焊接变形较大,底板变形主要集中在板边缘中部区域。在研究结果的基础上,给出了夹具、肋板数量、焊缝位置等具体措施用于钢箱梁结构双侧同步焊的建议。     

荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型

为探讨盾构隧道管片结构的空间力学行为，采用厚壳、弹簧、空间实体和接触单元分析盾构隧道管片衬砌的内力状态，提出了荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型．该模型考虑了管片间接缝处的挤压作用、管片与螺栓接头之间的咬合作用、地层对管片的径向与切向抗力作用、环向接头的正负抗弯刚度差异以及封顶块的插入角等因素．算例表明，壳-弹簧-接触模型与梁-弹簧模型的计算结果相差较小；轴力和剪力在壳体上的分布具有明显的空间性．     

一般半刚性节点连接框架结构分析方法

研究对象为任意节点连接和任意支撑的平面框架。一般梁单元由等截面直杆及其杆端的轴向弹簧、切向弹簧和转动弹簧组成,推导得到此类单元的刚度矩阵、单元在8种基本荷载作用下的等效节点荷载。采用Matlab语言编写了适用于一般节点非线性连接框架的静力分析程序,非线性形式为指数函数或多项式函数,可以得到结构不同连接刚度下的节点位移、杆端位移和杆端力。算例显示出节点柔度对结构受力和变形的影响。     

整体式斜交连续梁桥抗震性能

采用SAP2000软件建立了某整体式斜交连续梁桥的三维有限元模型,通过非线性时程分析,研究了整体式斜交连续梁桥在地震作用下的受力特性及抗震性能,并探究了跨数、斜交角、台后土密实度和墩高等主要结构及基础参数对该类桥梁地震响应的影响。研究结果表明:整体式斜交连续梁桥中震害变形主要集中于桥台桩,桩顶截面在峰值加速度为0.4g的地震作用下形成塑性铰时,墩顶支座无破坏,且桥墩几乎无损伤;桥台桩位移及纵桥向弯矩的最大值均位于桩顶,而横桥向弯矩最大值可能位于桩顶或桩身反向弯矩峰值处;随着跨数的增加,整体式斜交连续梁桥的地震响应尤其是墩顶支座剪切应变及桥面转角明显增大,当跨数由单跨增加到4跨时,地震响应均增加了1倍以上,墩顶支座剪切应变甚至增加近2倍;随着斜交角的增加,桩顶纵桥向位移、桩顶截面屈服面函数值及中跨转角明显增大,斜交角为60°时,桩顶纵桥向位移增加了3倍以上,斜交角为45°时,墩顶支座剪切应变最大;随着台后土密实度的增加,各构件纵桥向位移响应与墩顶支座的纵向剪切变形降低,桥台桩、桥墩纵桥向位移及墩顶支座纵向剪切变形分别减小了12.9%、9.3%和9.5%;随着墩高的增加,墩顶位移明显增加,而支座剪切应变明显降低,但桩顶位移及桩顶截面屈服面函数值几乎不变;当墩高从4 m增大到9 m时,墩顶漂移率增大了42.1%,墩顶支座剪切应变减小了57.5%。      

循环荷载下重塑黄土变形特性

为研究主应力方向和大小耦合变化对土体应力-应变状态及非共轴性的影响, 采用空心圆柱扭剪仪对饱和重塑黄土开展一系列循环扭剪试验, 分析了应力-应变状态和非共轴角的变化规律及影响因素。试验结果表明: 轴向应变始终处于压缩状态, 环向应变先负向累积再正向累积, 径向应变基本处于受拉状态, 剪切应变的受拉与受压状态交替出现, 轴向、环向和剪切应变曲线的波动特性明显, 而径向应变曲线的波动特性弱, 说明循环荷载作用下各应变分量表现出不同的发展规律; 轴向和径向应变及环向和剪切应变变化幅值随中主应力系数的增大先增大后减小, 说明中主应力系数影响各应变分量的累积; 随着主应力方向角旋转范围的增大, 轴向和径向应变逐渐减小, 环向应变由负向往正向变化的趋势提前, 剪切应变变化幅值逐渐减小, 说明主应力方向角旋转范围影响各应变分量的发展趋势; 剪切和正偏应力-应变曲线滞回现象明显, 且刚度发生循环强化, 但剪切刚度的循环强化比正偏刚度更明显, 说明土体出现次生各向异性, 这是引起非共轴现象的内在因素; 非共轴角变化曲线随中主应力系数的增大先下移后上移, 随循环次数的增大而逐渐上移, 随偏应力幅值的增大其变化范围增大。可见, 循环荷载下中主应力系数、循环次数和偏应力幅值可显著影响饱和重塑黄土的应力-应变状态及非共轴性, 在黄土工程设计和本构关系研究中应加以考虑。      

大跨度上承式钢桁架拱桥的地震损伤演化模拟

为评估大跨度钢拱桥在多维地震作用下的损伤状态，以一座铁路上承式钢桁架拱桥为研究对象，首先借助OpenSEES平台建立桥梁弹塑性纤维单元模型；接着选取“双参数”损伤指标和应变指标进行损伤评价；最后通过增量动力分析，从构件和全桥两个层面进行损伤评估，并对比两种指标对桥梁主要构件（钢管、钢管混凝土、钢筋混凝土）的适用性. 研究结果表明:基于变形和能量的双参数损伤指标比应变指标的评价结果会严重1～2个等级；相比于地震波纵向作用，大跨度钢桁架拱桥在横向地震作用时损伤更小，在峰值加速度（PGA）为1.5g时全桥仍处于轻微损伤状态；3种类型构件中，钢管构件损伤数量较多但是损伤程度轻，钢管混凝土构件（拱脚）损伤较早但是损伤程度轻，钢筋混凝土构件（交界墩）损伤最为严重，在抗震设计时，应对相应位置予以重视.      

大跨高墩连续刚构桥内力状态及其对地震反应的影响

为研究实际施工过程和混凝土收缩徐变对连续刚构桥成桥内力状态的影响以及不同内力状态下主桥的地震反应差异,以某大跨高墩连续刚构桥为背景,建立了MIDAS/Civil施工阶段分析模型,并讨论了各施工因素对主桥内力状态的影响;基于等效荷载法提出了适用于连续刚构桥的内力等效荷载计算方法,通过将主桥内力进行分解,以若干简单的内力等...     

基于稳定等效的覆雪屋盖静力风荷载计算方法

为了避免屋盖结构在暴风雪中发生动力失稳,建立了基于稳定等效的静力风荷载计算方法.采用计算流体动力学方法模拟了屋面积雪漂移现象;根据Budiansky-Roth准则判定了覆雪屋盖的动力稳定性;借鉴阵风荷载因子法构建了基于稳定等效的静力风荷载计算方法;最后,对实际双层柱面网壳进行了动力稳定性设计.研究结果表明,强风下覆雪屋盖出现较为明显的失稳阶段,当风速为设计基准风速的1.0倍时,屋盖发生动力失稳,静力失稳计算可得临界风速为35.8 m/s,该结果可作为该屋盖设计的动力失稳临界风速.      

强震作用下带屈曲约束支撑的K型网壳整体结构性能分析

以K6型网壳为研究对象,考虑网壳支承结构的弹性效应,并在支承结构中设置屈曲约束支撑（BRB）,考虑在9度区强震作用下,通过不同的屈曲约束支撑布置方式对结构进行动力弹塑性分析.结果表明,在考虑整体网壳支承结构共同工作时,结构主要节点位移和杆件内力响应都有所减小;网壳上部结构设置屈曲约束支撑能够有效降低节点位移和杆件内力响应;考虑上部和下部设置屈曲约束支撑共同工作对于K6型网壳减振耗能有很好的效果.     

基于多因素分析的抗震结构阻尼耗能研究

阻尼耗散能量是基于能量性能抗震设计方法的重要指标,需要深入研究不同的地震动和结构特征参数下阻尼耗能的分配特征.以3种场地下的214条近断层地震记录为输入,以简化为理想弹塑性（EPP）、双线性（BL）和刚度退化（SD）滞回模型的单自由度体系的抗震结构在大量近场地震作用下的阻尼耗能分析为基础,从地震动特征和结构特性参数两种角度分别定量讨论了多种因素对结构阻尼耗能比值谱的影响规律.分析表明,场地土类型和断层距对阻尼耗能比的影响并不明显,持时和地震动峰值加速度在不同的周期和延性条件下对阻尼耗能分布比例有一定程度的影响,决定阻尼耗能分配比例的主要因素是结构阻尼、变形延性系数和结构自振周期.通过与计算结果的对比,指出了Akbas所建议计算方法存在的不足.研究成果对于探讨提高阻尼耗能的有效方法,发展基于能量原理的结构性能抗震设计方法具有参考价值.     

脉冲型地震动对CFST拱桥抗震性能的影响分析

为了研究脉冲型地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用时程分析方法系统分析了其在非脉冲和脉冲型地震作用下的抗震性能. 首先,基于PEER地震衰减模型并采用谱兼容的方法选取了符合不同场地条件且具有不同脉冲周期的天然地震记录;其次,在综合考虑有无脉冲、脉冲周期以及地震动多维性的基础上,对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析. 研究结果表明:脉冲型地震动会对结构响应产生较为明显的影响,脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间,桥梁修建处的场地条件越好放大作用越明显;脉冲周期的不同也会对结构响应产生不可忽略的影响,结构响应的改变率在10～133%之间,脉冲周期越小脉冲效应对结构响应的放大作用就越明显;与非脉冲型地震动相比,地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小,但随着脉冲周期的减小,地震动多维性对结构响应的影响变大. 因此,在对断层附近的钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响,还需要考虑脉冲周期、地震动多维性以及桥梁修建处场地条件的影响,以免错误地估计结构响应.      

复杂多层隔震结构近场地震动位移响应特征分析

为了研究近场地震动特征参数对超长复杂基础隔震结构地震位移响应的影响特征. 首先，分析了128条近场地震动特征参数之间的相关性；接着，对超长复杂基础隔震结构输入地震动，分析脉冲型地震动和非脉冲型地震动的特征参数与结构位移响应之间的相关程度及变化特征. 结果表明:隔震结构的长周期值因接近速度谱中速度敏感性区域而远离加速度谱中加速度敏感性区域，使得结构位移响应与地面峰值速度（peak ground velocity，PGV）的相关程度大于与地面峰值加速度（peak ground acceleration，PGA）的相关程度；地面峰值位移（peak ground displacement，PGD）、输入能对较低楼层的层间位移影响程度大于较高楼层层间位移的影响程度，而PGV和PGA对较低楼层的层间位移大小影响程度小于较高楼层层间位移的影响程度；其他特征参数（除输入能和PGV之外）与基础隔震结构层间位移响应的相关程度大小，同该特征参数与地震动特征参数输入能（或PGV）的相关水平程度相一致；除此之外，近场地震作用下，结构端部及边角位置支座相对中心位置支座位移明显偏大，脉冲型地震动对结构层间位移和隔震层位移分别放大56.59%、58.33%，且对较低楼层的层间位移放大作用更加明显.      

考虑弹性应变阈值的频率相关等效线性化方法

传统等效线性化方法由于原理简单、参数获取方便而广泛应用于工程场地非线性地震反应分析中．实际工程应用中发现,这种方法由于对各个频率分量采用了等效剪应变水平,使得地面最大峰值加速度和高频段计算结果明显偏低．若干实验表明,应变幅值对土的力学行为起着关键性作用,当应变低于弹性应变阈值时,土体处于线弹性状态,弹性应变阈值主要与土的塑性指数有关．本文在对各种频率相关等效线性化理论方法分析的基础上,结合弹性应变阈值理论,建立了考虑弹性应变阈值的频率相关等效线性化方法,运用本文方法对海口某实际场地进行了土层地震反应分析,对比了与传统等效线性化方法的差异;同时对不同覆盖层厚度遭遇不同地震动强度的地震动进行了计算分析．总结了不同覆盖层犀度下本文方法和传统等效线性化方法计算结果的差异及规律．     

多落石冲击被动柔性防护体系的动力响应分析

应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对被动柔性防护体系在落石冲击作用下的变形和能量进行研究，采用ANSYS/LS-DYNA的显式分析方法，模拟了多块落石在不同运动模式下，其冲击荷载对被动柔性防护体系的动力响应，根据时程曲线，对比分析了多块落石在不同运动模式下的位移、冲击力、能量变化规律. 分析结果表明:随着落石初始冲击动能的增加，防护网达到最大位移所需时间总体呈现减少趋势，且冲击时间在0.11～0.14 s之间；落石的最大冲击荷载出现在0.04～0.07 s，且随初始动能增加逐渐增大；在落石冲击过程中，被动柔性防护结构发生能量耗散，其中钢丝绳网在落石为滚动状态下的能量大于落石为弹跳状态下的能量，且钢柱在落石为滚动状态下的最大峰值能量大于落石在弹跳状态下的最大峰值能量；在钢丝绳网被冲破时落石在滚动状态下钢柱的能量发生急剧增大.