软土-铰接桩体系隔震性能的振动台试验研究

设计并实现了软土-铰接桩体系隔震性能的振动台试验,通过试验研究了这种新型隔震体系对上部结构动力反应的影响。本试验采用块状海绵作为模型土,并采用两端铰接的新型群桩基础,以模拟剪切模量较小的软土地基。此外,采用振型分解法的计算机程序对试验模型进行了计算。研究结果表明,软土地基情况下结构的自振周期远大于刚性地基上结构的自振周期,软土地基情况下的结构阻尼远大于刚性地基情况下的结构阻尼,结构的地震反应有所减小,加速度反应减幅达到40%以上。这说明这种新型的软土地基起到了隔震减震的作用。所提出的软土-铰接桩体系,是地基-基础-上部结构动力相互作用的发展与应用。     

有限元模拟土-箱基-框架结构大比例模型动力相互作用研究

通过野外大比例模型试验,对土-箱形基础-框架结构体系进行动力测试,研究在土-结构相互作用影响下,不同质量分布情况下,结构体系的动力特性变化规律以及其在顶部稳态激振试验中的动力反应;此外,通过有限元软件MSC.Marc建模计算与试验对比分析。研究结果表明:考虑土-结构相互作用影响后,结构的自振频率减小,周期延长;通过堆载改变结构楼层质量分布后,基频减小,结构的动力特性变化规律满足动力相似关系。有限元计算与现场试验吻合较好,为研究如何利用土-结构共同作用指导结构设计提供了参考。     

钢框架-桁架新型结构体系抗震性能分析

为改善钢框架-支撑结构体系中支撑易屈服问题,简化钢框架-钢板剪力墙结构体系中剪力墙的受力,结合钢框架-钢板剪力墙结构体系中钢板剪力墙"拉力带"受力特性和两侧开缝钢板剪力墙简化模型,提出了一种新型结构体系——钢框架-桁架结构体系。对钢框架-桁架新型结构体系进行了介绍,通过SAP2000建立了钢框架-桁架结构体系模型,对这一新型结构体系进行了模态分析、反应谱分析和线性时程分析并与钢框架-钢板深梁结构体系和纯钢框架结构体系进行了对比。分析结果表明钢框架-桁架结构体系有较高结构抗侧刚度;在地震作用下,钢框架-桁架结构体系与钢框架-钢板深梁结构体系具有相似的动力特性,在一定条件下利用钢框架-桁架结构体系简化和等效钢框架-钢板深梁结构体系是合理的。     

城市轨道交通桥梁列车制动力试验研究

为研究城市轨道交通桥梁列车制动力及其传递规律,在某新建高架标准跨槽形梁上进行列车制动试验,得到车体最大减速度、有效制动力及钢轨附加力。测试结果显示:钢轨制动附加力远小于高速铁路无缝线路桥梁,且上部结构采用槽形梁可显著减小挠曲附加力;最大轨面制动力率为0.13,有效制动力率为0.10,轨面制动力率按现行规范取0.15偏于安全。建立梁轨相互作用有限元模型,计算试验荷载下钢轨附加力,将测试值与理论计算值进行比较,二者吻合较好。计算结果表明:有效制动力率随墩顶纵向刚度增大而增大,对常用跨度简支梁,有效制动力率可从0.09～0.15范围内选取。     

基于土-结构动力相互作用的结构隔震研究

利用土-结构动力相互作用中的地基隔震效应,提出换填地基进行结构隔震的新途径.依据成层地基中的单桩水平阻抗函数研究了土层动力特性对桩基阻抗的影响,指出在较坚硬场地上,只对桩身一定范围内的地基进行软化换填时,就可明显减弱桩基阻抗作用,降低其传递给上部结构的地震作用,从而达到上部结构隔震的效果.算例表明这一隔震途径的可行性和合理性.     

CFG桩复合地基柔性荷载试验研究

通过自行研制的现场静力柔性载荷试验设备模拟不同刚度的基础,对不同基础刚度下CFG桩复合地基的桩及桩间土的荷载分担特性、荷载发挥系数等进行了分析研究.试验结果表明,CFG桩复合地基上部基础刚度越大,复合地基桩分担荷载越多、荷栽发挥系数越大,而桩间土荷载分担的越少、荷载发挥系数越小.     

基于高速列车振动荷载的桩-土-结构相互作用分析

通过总结高速列车振动荷载相关研究,给出高速列车振动荷载简化表达式。将端承桩看作连续分布水平弹簧-阻尼单元的动力Winkler地基梁模型,建立不考虑轴向力影响的动力平衡微分方程,利用Laplace变换求得动力荷载作用下的水平动力阻抗,通过群桩模型计算结果验证其频率相关性,随着荷载频率变化,水平动力阻抗出现大幅度振荡。建立86 m×142m×86 m 3跨高速铁路刚构桥有限元模型,分析高速列车通过时考虑与不考虑桩土相互作用的桥梁动力响应。对比计算结果,考虑桩-土相互作用的影响,结构将产生更大的位移响应,而上部结构节点力却相应减小;随着列车运行速度变化,桩土相互作用强度也同时发生改变;土层材料参数的变化也将影响桩-土相互作用强度,而且浅层土的影响大于深层土。     

超大跨径CFRP主缆悬索桥合理结构体系研究

采用非线性有限元软件BNLAS进行超大跨径CFRP主缆悬索桥与超大跨径钢主缆悬索桥的静动力特性对比分析,从加劲梁约束体系、主缆安全系数、主缆矢跨比、主缆弹性模量4个方面进行超大跨径CFRP主缆悬索桥合理结构体系研究。结果表明:采用CFRP做超大跨径悬索桥主缆可大幅提高主缆应力中活载应力百分比和自振频率,但活载挠度大幅增加;随着跨径增大,加劲梁约束体系对超大跨径悬索桥的动力特性影响减小,3跨连续漂浮体系作为超大跨径CFRP主缆悬索桥加劲梁的约束体系较优;增大主缆安全系数可提高结构的竖向刚度、竖弯基频和扭转基频,但对横向刚度和横弯基频基本无影响;减小矢跨比可提高结构的竖向和横向刚度以及竖弯基频和横弯基频,但会降低扭转基频;增大CFRP主缆的弹性模量可大幅减小活载竖向挠度,提高竖弯基频和扭转基频,但对横向刚度、横弯基频以及主缆线形和应力基本无影响。     

循环荷载作用下超长桩动力特性研究

考虑桩基土体在动力作用下强度弱化的基础上,通过拟合数值模拟结果和试验结果,验证强度折减法在FLAC3D中实现的可能性。建立超长桩的动力数值模拟模型,从循环荷载的频率、荷载幅值、恒载部分、循环次数、桩土刚度比和桩长方面对超长桩的动力特性进行分析。研究结果表明:循环荷载频率越大,超长桩桩顶累积沉降越小;荷载幅值越大,对应的超长桩桩顶累积沉降越大;循环荷载的恒载部分对超长桩的动力沉降影响不大;桩顶沉降随循环荷载次数增加而逐渐增大,并随循环次数的增加逐渐趋于稳定;桩土刚度比越大,对应的超长桩桩顶累积沉降越大;桩长越长,对应的超长桩桩顶累积沉降越小。     

粘弹塑性地基双桩共同作用分析

从地基土的流变特性出发分析桩土体系的共同作用,地基土体采用粘弹塑性流变本构模型,桩采用弹性杆有限元分析,根据位移协调原则,得到体系平衡方程,应用"时步-初应变法"获得了不同时刻的桩土共同作用响应.通过分析得到了桩土体系中各主要因素,对桩沉降达到相对稳定所需要的时间T及桩始末沉降比Rs的影响.分析还表明了由于双桩之间的相互作用,桩的长期沉降显著降低.     

变截面双肢薄壁高墩基础约束刚度动力识别方法

以汝郴高速公路山店江大桥1号高墩为工程背景,基于Rayleigh能量法和South—well频率合成法导出变截面双肢薄壁桥墩结构复合振动基频计算公式,将基频表示成各惯性元和变形元所组成子系统的频率合成。在此基础上建立结构基础约束刚度识别方法,利用结构固有基频和地基约束刚度的关系,采用脉动实验测得桥墩2个不同施工阶段的振动频率,估算出基础约束刚度,并与设计值进行比较,为桥梁桥基~k_T-质量评估提供了科学依据。     

整备状态下的轨道交通车辆车体模态计算分析

推导了多自由度刚体振动系统振动频率和特征向量的解析方法,研究了轨道交通车辆车体设备悬挂方式及其垂向悬挂刚度与车体系统振动频率和车体各阶振幅之间的关系。以某轨道交通车辆车体模态分析为例,对车体模态分析过程中悬挂设备的模拟方法、车体内装和设备的刚度,以及乘客质量对车体一阶垂弯和扭转频率的影响进行了深入分析和试验对比。研究结果表明,设备悬挂方式和悬挂刚度的选择对车体频率有非常显著的影响;与试验相比,考虑设备悬挂刚度、内装和设备自身刚度时对车体主要振动模态有显著提升,应在车体结构设计时予以注意;乘客质量对车体主要振动模态频率几乎没有影响。     

铁道客车系统的垂向减振分析

建立铁道客车垂向振动系统数学模型,计算客车系统幅频特性曲线,根据曲线峰点来确定系统自振频率,给出客车系统自振频率计算的简单近似解析方法和精确数值方法。提出客车系统各刚体振型共振速度的概念和计算公式,得出共振速度只与系统本身的自振频率和结构参数如车辆定距和转向架固定轴距有关。对客车系统在有无动力吸振器情况下的简谐和随机振动进行分析,认为采用吸振器确实能够在一定程度上抑制车体某些频率成分的振动,适当增大吸振器质量、刚度和阻尼,可以达到较好的减振效果。     

框支剪力墙土-结构共同作用的抗震性能分析

采用有限元法对一框支剪力墙土-结构体系进行动力弹塑性时程分析。通过对计算模型的自振特性以及地震作用下的位移、层间位移角、等效刚度比和剪力等数据进行分析研究。研究结果表明:运用ANSYS建立框支剪力墙-土-结构共同作用模型对结构进行地震反应分析,能够真实地反映结构的抗震性能。转换层位置对结构自振周期影响较小;转换层附近的层间位移角和剪力均发生突变,且随转换层位置的提高而加剧;层间位移角较大值集中在结构中上部;框支柱剪力最大值发生在转换层中柱。建议抗震设计时,转换层位置可适当提高但不宜超过5层,等效侧向刚度比宜控制在0.8～1.3,除了底部框支柱加强外,还应该对中上部楼层采取减小层间位移的措施,对转换层中柱采取特殊加强。     

道床板隔振系统参数优化及其减振性能研究

针对地铁道床板隔振系统的振动特性和动力响应进行了分析研究,并通过对道床板隔振系统的动态参数进行优化设计,提出了较为完善的技术参数。优化分析结果表明:在选取的参数范围内,其隔振系统的第一阶固有频率都在10 Hz以上,可避开车轮和车轴经过轨道扣件的频率段。如道床垫刚度取0.018 N/mm3,道床板厚度取200 mm,扣件竖向刚度取4.0 k N/mm,则隔振系统的前三阶模态频率分别为14.38Hz、14.57 Hz和16.62 Hz,均在14~17 Hz之间;而在30~35 Hz之间无振型,可有效避开转向架经过轨道扣件的频率。     

有砟轨道动刚度特性研究

为充分了解轨道动力特性,对有砟轨道动刚度展开研究。通过建立有砟轨道力学模型,分析0~2 000 Hz范围内轨道动刚度的振动特性,得出:轨道动刚度相对于轨道静刚度是随激振频率变化的,轨道动刚度在低频段受激振频率变化影响较小,在中、高频段内轨道动刚度振动幅值随激振频率变化而变化,是系统的固有特性,需通过对构件刚度、阻尼等参数调节。阻尼系数对轨道动刚度的幅值有影响,但不改变轨道的共振频率。质量阻尼系数对轨道动刚度波动范围及幅值的影响小于刚度阻尼系数的影响。阻尼系数增大,轨道动刚度波动幅值增大。     

基于边界约束刚度参数优化的轨道扣件弹条防断裂设计方法

为了研究弹条服役状态下模态频率与波磨激励频率一致引发的共振断裂问题,建立潘得路FC快速弹条有限元简化模型,通过以弹簧为边界条件模拟弹条不同部位的约束,分析其模态频率随约束刚度的变化规律,提出基于弹条约束刚度参数优化的防断裂设计方法。结果表明:弹条扣压端垂向约束刚度(150～450 N/mm)对弹条第一、三阶模态频率(400、900 Hz)有显著的正相关作用,并对第三阶共振峰幅值有明显影响;弹条后跟下部径向约束刚度(400～1 600 N/mm)的变化,引起弹条第二阶模态频率(660 Hz)的变化,两者呈现正相关关系,同时对弹条第二阶共振峰幅值也有显著影响。弹条第二、第三阶模态频率为危险频率,防断裂设计时应重点考虑。     

特殊浮置板轨道隔振效果的三维数值研究

针对城市轨道交通可能引发的低频振动,采用特殊浮置板轨道进行室内激振试验.运用MIDAS/GTS程序,建立"轨道-隧道-地层"三维耦合模型,选取不同弹簧刚度和支承间距的4种组合,计算简谐荷载作用下的加速度响应,分析浮置板上、隧道底板上和地表的竖向、水平加速度级和不同位置的加速度级损失.结果表明:①在浮置板和隧道底板上,竖向加速度级量值比水平加速度级大;距隧道中线20 m处地表,水平比竖向加速度级大;②在支承间距不变的情况下,轨道的基频与弹簧刚度成正比;弹簧刚度不变时,轨道的基频与支承间距成反比;③弹簧刚度的降低和支承间距的增大,可提高隔离低频竖向振动的效果,加速度级损失可达47dB以上;④弹簧刚度越小、支承间距越大,则对于基频以上频段,隔离低频水平振动效果越好,对于基频以下频段,隔振效果越差.     

有砟轨道与无砟轨道动刚度特性差异研究

轨道动刚度是不同激振频率的荷载作用下,轨道抵抗变形的能力,由于有砟轨道与无砟轨道两种轨道的组成差异造成两者间存在较大动刚度差异。随着行车速度的提高、中高频段激振荷载的增加,有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异逐渐增大,这对于行车平顺性与结构耐久性会造成较大影响,但目前缺乏轨道动刚度的相关研究。为研究有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异,根据两种轨道的结构特点,建立相应的ANSYS有限元模型,通过对比分析,得出两种轨道的轨道动刚度在中低频段存在较大差异,轨下动刚度在全频段存在较大差异。为保证有砟-无砟轨道过渡段的行车平稳性与结构耐久性,需要考虑两种轨道间的动刚度过渡设计。此外,轨道动刚度特性分析可以指导高速铁路高低不平顺控制,从而保证行车平顺性。