波浪荷载下沉箱式防波堤失稳模式及稳定性分析

沉箱式防波堤作为一种典型的防波堤结构型式,应用非常广泛。本文依托工程实例,利用ABAQUS有限元软件建立沉箱结构-地基相互作用的三维弹塑性有限元模型,逐级施加波浪荷载,根据沉箱式防波堤的结构特点,提出此种结构稳定性分析的两种判别标准,研究砂土地基上重力式沉箱式防波堤的稳定性与失稳破坏模式分析方法。研究表明:针对本工程,在设计波浪力以内,结构的位移很小,处于弹性状态,结构是稳定的;在波浪荷载作用下沉箱式防波堤发生倾覆破坏,失稳模式为绕沉箱底面以下中轴线偏右某点发生转动失稳。     

土体震致剪切变形条件下斜坡桩的受力特性

为了研究斜坡土体震致剪切变形条件下桩基的受力特性,结合土体多屈服面模型和桩土动力弹簧模型,建立了斜坡—桩基体系整体数值模型。通过输入幅值为0.480 9 g的EI-centro地震波,考虑不同的坡角和桩径条件,进行了非线性动力时程计算。结果表明:在地震荷载作用下,不同深度处斜坡土体剪切变形存在差异,斜坡群桩基础受力不均衡。斜坡坡角对斜坡土体剪切变形发展和桩身残余弯矩起控制作用,而桩径对其的影响相对较小。本研究工作对斜坡桩基抗震设计具有一定的参考意义。     

地铁隧道非线性地震响应动力分析

地铁隧道抗震研究是当今地震工程界重要的研究方向。对广州地铁四号线地铁隧道进行了地震响应非线性有限元分析。采用动力有限元数值分析方法,提出估算地铁隧道地震响应永久变形的有限元计算模型。通过动力有限元方法确定地铁隧道的残余变形量,将各个时刻重复通过计算所确定的残余位移累加得到地震作用后地铁隧道的永久变形量。通过分析地铁隧道的永久变形量确定地铁隧道地震响应稳定性,为地铁隧道地震稳定性分析提供了参考依据。     

直立式透空防波堤周围非线性波浪传播的数值模拟

基于改进的Boussinesq方程的数学模型,对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变形进行了数值模拟.实例实验证明,该模型可对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变化作出准确的预测,对透空式防波堤工程有一定的参考价值.     

塔式起重机地震响应研究

针对地震载荷造成塔式起重机严重受损的问题,采用时程分析法和有限元法进行了典型塔式起重机结构三向地震作用下的动态响应研究.首先在ANSYS环境下建立了塔式起重机有限元模型,在研究其动力特性之后,选用El Centro波、Taft波和宁河天津波三条真实地震波记录,进行烈度为Ⅷ度的地震作用下塔式起重机动态响应分析.研究结果表明,塔臂受地震波作用影响最为显著,竖向地震波是造成塔臂断裂的主要原因.     

风暴状态下自升式平台非线性动力分析模型

以风暴状态下的自升式平台为研究对象 ,建立了用于分析平台结构的非线性动力模型。该模型采用改进的NewWave模型描述随机波浪 ,借助非线性弹簧模拟平台结构的桩—土之间的相互作用 ,综合考虑了影响平台结构动力响应的动力敏感性、非线性以及波浪载荷的随机性因素 ;同时以波面极值出现前后的若干载荷循环作用下的结构响应结果作为对平台结构响应的估计 ,大大节省了计算时间。建立了简化的三维有限元结构模型。通过具体实例分析 ,给出了使用该模型进行风暴状态下自升式平台动力响应的计算步骤 ,并对分别采用非线性弹簧模型和传统的铰接模型时的平台结构动力响应进行了对比。计算结果表明 ,风暴状态下自升式平台甲板位移响应极值服从对数正态分布。使用该模型进行自升式平台动力响应分析时 ,能够兼顾模型复杂程度和计算效率 ,这为今后进行自升式平台结构动力可靠性分析奠定了基础。     

风暴状态下自升式平台非线性动力分析模型

以风暴状态下的自升式平台为研究对象，建立了用于分析平台结构的非线性动力模型。该模型采用改进的Newwave模型描述随机波浪，借助非线性弹簧模拟平台结构的桩-土之间的相互作用，综合考虑了影响平台结构动力响应的动力敏感性、非线性以及波浪载荷的随机性因素；同时以波面极值出现前后的若干载荷循环作用下的结构响应结果作为对平台结构响应的估计，大大节省了计算时间。建立了简化的三维有限元结构模型。通过具体实例分析，给出了使用该模型进行风暴状态下自升式平台动力响应的计算步骤，并对分别采用非线性弹簧模型和传统的铰接模型时的平台结构动力响应进行了对比。计算结果表明，风暴状态下自升式平台甲板位移响应极值服从对数正态分布。使用该模型进行自升式平台动力响应分析时，能够兼顾模型复杂程度和计算效率，这为今后进行自升式平台结构动力可靠性分析奠定了基础。     

铅芯橡胶基础隔震结构在多向地震作用下的分析与研究

本文分别建立了传统结构与隔震结构的三维有限元模型,通过对这两种结构进行动力特性分析和考虑单向、双向、三向地震作用下的动力时程分析,研究多向地震作用对框架结构的影响。研究分析表明：对于水平隔震,在三向坚硬场地波的作用下,结构的反应增大;对于竖向隔震,隔震结构比传统结构的地震响应都要大,且在双向与三向地震动时,结构的层间剪力和底层柱轴力有较大的影响。因此,在进行铅芯橡胶基础隔震设计时,要考虑结构多向地震作用,尤其是竖向地震作用对结构的影响。     

防淤积型透空式防波堤波浪爬高试验及预测研究

波浪爬高是防波堤堤顶高程设计和预估工程造价的重要影响因素．以防淤积型透空式防波堤为研究对象，采用1∶10的模型比尺，在64组不同工况下开展防波堤的物理模型爬高试验，并记录了不同工况下防波堤迎浪侧的最大波浪爬升高度，探究了防波堤的波浪爬升特征．分别运用多项式回归方法、速度水头方法与M5’模型树算法并结合物理模型试验波浪爬高结果，发展透空式防波堤波浪爬高的预测公式．利用统计参数对3种方法发展的预测公式进行对比分析．结果表明：透空式防波堤背浪侧的波面变化滞后于迎浪侧，其最大波浪爬高小于迎浪侧，防波堤具有良好的消波效果；采用多项式回归方法与速度水头方法发展的预测公式能够在一定程度上实现对防波堤波浪爬高的预测，前者仅考虑了波高而忽略了其他波浪条件及防波堤结构参数对波浪爬升高度的影响，后者对波浪爬高的预测结果与试验值偏差较大，二者在实际应用过程中都存在一定的局限性；M5’模型树算法发展的波浪爬高预测公式利用无量纲参数综合了各项波浪要素以及防波堤的结构参数等，拥有良好的统计指数，能够更好地预测透空式防波堤的波浪爬高，具有较高的实际应用价值．     

高速铁路门式墩-桥梁-轨道系统地震响应特征

为研究地震作用下门式墩结构对梁轨系统受力特性的影响,以合福线高速铁路某门式墩上3跨32 m简支梁桥为例,采用经验证的梁轨接触模拟方法,建立门式墩-桥梁-轨道系统精细化动力仿真模型。研究在多维地震作用下门式墩上简支梁桥-轨道系统动力响应特征,探讨节点连接方式、横梁刚度等关键设计参数对系统受力特性的影响规律。研究结果表明：采用门式墩结构后,结构体系刚度相对较小,系统自振频率降低;在地震作用下,采用门式墩结构的简支梁桥上钢轨纵向应力包络线呈菱形分布,其应力峰值均发生于墩、台及桥梁跨中附近;与普通墩相比,门式墩立柱底最大纵向剪力明显增大,钢轨节点的横向位移减小;水平地震激励角对门式墩系统受力、变形影响较大,在分析过程中需要加以考虑;在竖向地震作用时,钢轨及门式墩墩顶的竖向挠曲随着门式墩梁柱节点刚度的增大略减小;鉴于刚性节点可能导致结构延性降低、残余应力增大等,建议门式墩梁柱节点采用半刚性连接。     

新型倒T式防波堤结构长期变形特性预测方法

新型倒T式防波堤结构是可供深水环境软土地基选用的一种新型港工结构型式。深水环境中结构所受波浪力、水流力等长期循环荷载作用显著,但其长期变形特性尚不清楚。为探讨该类结构长期变形特性,基于波浪等循环荷载长期作用下软黏土变形与循环次数之间相互关系同静荷载作用下土体蠕变与时间之间相互关系类似的特性,借鉴蠕变理论,采用幂指数函数拟合饱和软黏土循环三轴试验结果,结果显示二者吻合较好,说明基于蠕变理论采用幂指数函数预测饱和软黏土长期变形的方法是可行的。进一步,利用ABAQUS二次开发平台Creep子程序实现了这一方法的有限元计算手段,建立了预测饱和软黏土长期变形的有限元实用简化计算方法。最后,采用该方法探讨了新型倒T式防波堤结构的长期变形特性。     

新型倒T式防波堤结构长期变形特性预测方法研究

新型倒T式防波堤结构是可供深水环境软土地基选用的一种新型港工结构型式。深水环境中结构所受波浪力、水流力等长期荷载作用显著,但其长期变形特性尚不清楚。为探讨该类结构长期变形特性,本文基于波浪等循环荷载长期作用下软粘土变形与循环次数之间相互关系同静荷载作用下土体蠕变与时间之间相互关系相似的特性,借鉴蠕变理论,采用幂指数函数拟合饱和软粘土循环三轴试验结果,结果显示二者吻合较好,说明基于蠕变理论采用幂指数函数预测饱和软粘土长期变形的方法是可行的。进一步,利用ABAQUS二次开发平台Creep子程序实现了这一方法的有限元计算手段,建立了预测饱和软粘土长期变形的有限元实用简化计算方法,最后,采用该方法探讨了新型倒T式防波堤结构的长期变形特性。     

大圆筒结构-土-波浪相互作用的动力响应分析

针对新型的大圆筒薄壳结构的复杂动力特性,建立大圆筒结构-土-波浪相互作用的三维非线性有限元模型.通过设定无厚度的接触面单元,来模拟薄壳圆筒-土之间的非线性接触特性;采用土体的非线性本构模型,并同时计入波浪等动荷载的作用对结构进行动力响应分析,得到大圆筒上的x方向及y方向应力分布规律,以及应力随波浪力和埋深的变化规律;最终给出了圆筒结构的应力分布函数式及合理的壁厚尺度.     

循环荷载下天津软黏土不排水强度弱化模型研究及应用

波浪等循环荷载作用下,饱和软黏土产生超孔隙水压力,土体强度弱化,导致地基承载力和防波堤等近海结构稳定性降低.基于土体强度弱化的原理,建立一种表示土体不排水强度在不同动应力水平下随循环荷载作用次数变化的强度弱化模型.模型通过建立软黏土不排水强度与孔隙水压力增长规律的关系,表示出软黏土不排水强度弱化的具体过程.在有限元软件ABAQUS上进行二次开发,对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算,并与试验数据对比.结果表明,文中建立的强度弱化模型简单准确,能够较好地表示土体不排水强度弱化过程.将模型应用到波浪荷载作用下部分回填换砂处理的软土地基上沉箱结构进行沉降变形分析,并与未考虑土体强度弱化的静力、拟静力有限元分析结果进行对比,研究了强度弱化对结构沉降变形的影响.     

透空式防波堤随机波浪反应的TLD控制

将调谐液体阻尼器(TLD)应用到透空式防波堤的减振控制中,建立了在随机波浪作用下安装了TLD的透空式防波堤的动力反应方程,通过算例讨论了TLD的参数对控制效果的影响.计算结果表明,适当选择TLD的参数可以有效地控制透空式防波堤的随机波浪反应.     

新型开孔工字板组合式防波堤消浪特性与波浪力试验

为了进一步提高透空板式防波堤的消波性能,减小防波堤结构的波浪力荷载,提出了一种由多个开孔工字板组成的透空板式防波堤结构。基于物理模型试验,研究了规则波作用下新型开孔工字板组合式防波堤的消浪特性和波浪力荷载,探讨了防波堤透射系数、反射系数、能量耗散系数和波浪力荷载随着波陡H/L、堤顶相对潜深h/d、相对水深d/L的变化规律。研究结果表明,该防波堤的透射系数随着堤顶相对潜深h/d的增大而增大,随着相对水深d/L的减小而急剧减小;防波堤波浪力荷载以竖向受力为主,防波堤竖向总力远大于水平总力,且波浪力随着波陡H/L的增大而急剧增大。在试验范围内,该结构具有良好的消浪效果,且波浪反射较小,波浪能量耗散较大。     

考虑支座失效的基础隔震结构振动台试验研究

为研究隔震结构在多向动力耦合激励下的动力响应和荷载传递路径,进行了一个缩尺比例为1∶4的三层平面不规则RC隔震框架结构振动台试验. 通过研究结构的加速度响应、位移响应、隔震支座内力响应、损伤跨梁混凝土和钢筋应变等,揭示了多向动力耦合激励下的抗倒塌性能. 进一步利用OpenSees有限元软件,分析了损伤跨梁内力和支座损伤指数分布规律. 研究结果表明：在双向水平地震和单个隔震支座突然失效引起的竖向不平衡荷载耦合激励下,失效点位置处结构的竖向动力响应显著增大,并发生明显的竖向变形;支座瞬时失效产生的动力效应对各支座内力均有影响,特别是对相邻支座的内力影响更加明显;支座瞬时失效产生的竖向不平衡荷载由空腹效应和梁端弯矩共同抵抗;支座瞬时失效对相邻支座损伤指数影响最大;在多向动力耦合激励下失效区域的动力响应比仅考虑竖向不平衡荷载下更显著,隔震层损伤指数分布相比地震单独作用下更加离散.     

波浪与地震荷载共同作用下桩的动力响应

海洋风机单桩基础会受到波浪荷载的循环作用,同时会面临地震荷载的威胁,因此,海洋单桩基础所处的环境较为复杂.然而,目前大多理论研究主要考虑波浪荷载或地震荷载作用下的桩基动力响应问题.本文采用有限元方法建立了波浪-地震-桩-海床耦合模型,数值分析方法基于Abaqus隐式动力分析.采用Morison方程模拟波浪对于桩基础的作用,海床采用Mohr-Coulomb弹塑性模型,桩为弹性介质,地震波通过加速度的形式添加在模型底部.主要研究埋置在海床中桩的动力响应问题,如:加速度、位移、弯矩以及剪力等.结果表明:地震荷载对于海上风机单桩基础具有重要影响.在地震荷载作用下,桩的加速度以及位移响应均有一定程度的放大.土体性质以及桩的参数对于海上风机单桩基础设计至关重要.     

平面刚架结构对地震载荷动力响应的几个特点

本文利用有限元方法,分析了平面刚架结构对地震载荷的随机动力响应问题。一个具体算例的数值结果表明:当平面刚架结构受水平或竖向地震的单独作用时,位移的响应值均与载荷保持线性关系,但后者比前者在数值上高一至二个量级;当结构受水平和竖向地震共同作用时,位移的响应值主要决定于竖向地震的大小,只有当水平地震的强度远大于竖向地震时,才需考虑水平地震的影响;再者,正确地模拟结构的基础约束,对响应值的正确预测关系甚大。     

波浪作用下结构的动力响应研究

波浪力是作用在港口工程结构物上的主要荷载之一,由于波浪的特性,结构物在波浪作用下会产生振动、疲劳等危害。利用有限元软件ANSYS模拟墩台结构,计算分析了该结构在波浪荷载作用下的内力、位移和振动等动力响应问题。计算由四个部分组成:重力作用下的结构静力响应、结构模态分析、结构谐响应分析和波浪作用下结构瞬态动力分析。