非均匀地基在矩形移动荷载作用下的动力响应

利用半解析法研究矩形移动荷载作用下非均匀地基的动力响应问题.基于双向Fourier级数展开技术,建立矩形移动荷载作用下非均匀地基的动力计算模型,其中考虑地基剪切模量为随深度任意变化的连续函数.经过理论推导,给出非均匀地基在矩形移动荷载作用下地基中位移级数形式的解析解答.通过数值算例分析并讨论地基非均匀参数、荷载移动速度以及地基表面的剪切模量等对地基力学响应的影响规律.从数值计算结果看,表面土体的剪切模量越大、非均匀程度越大、移动荷载速度越小,都会使土体中各点的竖向位移减小.     

运动荷载作用下Vlazov地基上梁的动力分析

采用Vlazov地基模型,研究了运动荷载作用下弹性地基上梁的动力响应问题.运用Fourier积分变换和留数定理对动力控制方程进行求解,得到了平面应变条件下覆盖于基岩的均质弹性层和非均质弹性层地基上梁的动力响应解析解,并进一步分析了荷载运动速度、地基厚度及地基非均质性等对梁变形的影响规律.研究结果表明,荷载运动速度、地基厚度及地基土的非均质性对梁的变形影响较大.     

移动荷载列作用下多层梁系统的动力响应分析

为研究多层梁系统在任意移动荷载列作用下的动力响应,基于有限傅里叶变换,提出一种求解移动荷载列作用下多层梁系统动力响应的解析计算方法.利用本研究的解析计算方法分析了梁的抗弯刚度、层间阻尼及层间刚度对一跨长32 m的梁-轨系统动力响应的影响,分析结果表明:改变轨道抗弯刚度、层间刚度或层间阻尼对主梁跨中动力响应的影响可以忽略;随着轨道抗弯刚度、层间刚度或层间阻尼的增大,轨道的跨中动力响应都缓慢减小;随着主梁抗弯刚度的增大,轨道及主梁的跨中动力响应均显著减小.     

简谐移动荷载作用下饱和土地基上无限长梁的动力响应

根据Biot理论及Euler-Bernoulli理论,建立饱和土体地基上的无限长梁受简谐移动荷载作用模型;由梁-土体系的变形协调条件,推导梁-土体系的等效刚度;由Fourier变换得到时间-空间域的梁-土体动力响应;分析荷载速度、频率、饱和土体的参数对梁-土体系的影响。研究结果表明:当荷载在某一低频时,随着荷载速度增大,梁的最大竖向变形、弯矩也增大,而当移动荷载的频率较高时,荷载速度对梁的变形及内力的影响较小;对于饱和土体地基上的无限长梁,当荷载速度超过土体剪切波速时,梁仍然存在一系列其他模态所对应的关键速度,此时,梁有最大变形出现。     

随时间任意变化荷载下砂井地基固结分析

对随时间任意变化的荷载作用下砂井地基固结问题进行研究。首先推导考虑涂抹效应、井阻作用、土体内径竖向组合渗流、变荷载以及涂抹区水平渗透系数线性连续变化等因素的解析解;然后,将上部荷载进行傅里叶变换转化为三角级数的形式,即将复杂荷载分解为很多简单的正余弦函数之和,通过简单荷载作用下响应的叠加得到原复杂荷载作用下的响应,由此得到一种便于工程应用的简单方法;编制计算程序,与传统解析解进行对比;最后,分析几种荷载模式下砂井地基的固结性状,包括多级线性加载、三角形循环荷载、矩形循环荷载等一般模式,并通过用多段直线段逼近曲线的方法,分析抛物线形循环荷载作用下地基的固结特性。研究结果表明:本文方法合理,具有广泛的适用性。     

地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应分析

为研究地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应,建立地面移动荷载作用下隧道数学模型.以济南市顺河快速路南延地下结构工程为背景,将地面交通荷载进行合理近似简化;利用动力方程推导围岩波势函数表达式,结合边界条件确定的波函数展开项系数,得到移动荷载作用下隧道的动力响应,并利用数值模拟的方式对结果进行验证;讨论移动荷载速度及隧道埋深对动力响应的影响.结果表明:径向应力响应在隧道拱顶处引起较大响应;切向应力则在拱顶处和两侧均引起较大响应;车辆速度及隧道埋深是影响动力响应大小的因素.     

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.     

冲击荷载下固支梁弹塑性动力响应分析

为了研究在冲击荷载下固支梁的弹塑性动力响应,首先利用能量法推导固支梁在冲击荷载下动力响应的简化计算方法,将跨中挠度和冲击荷载响应作为梁动力响应的评价指标;然后通过一些算例对固支梁与简支梁的动力响应进行对比来探讨不同边界条件对受力的影响,为结构抗冲击安全设计提供指导;最后利用有限元软件ANSYS/LSDYNA模拟固支梁在外部冲击物碰撞作用下的动力响应并与解析结果进行对比,在分析时考虑材料应变率和接触变形.结果表明:提出的弹塑性动力响应判别方法、动力响应简化计算方法和评价指标都是可行的;固支梁相对于简支梁更有利于承受冲击荷载;当质量比与冲击物速度比较适中时,跨中挠度和冲击荷载响应的解析解和数值解相符较好;在相同的冲击能量下,冲击物质量和速度所占的比例不同,动力响应所经历的时间历程不同.     

明挖卸荷引起桩侧摩阻力作用下的地铁隧道竖向变形计算

为研究基坑明挖卸荷时复合地基中桩侧摩阻力对下卧地铁隧道竖向变形的影响,基于Mindlin应力解,推导得到复合地基中桩的侧摩阻力作用下地铁隧道的总竖向附加应力,利用双面弹性地基梁模型和两阶段分析方法,计算得到地铁隧道总竖向位移,并与前人理论计算结果、实测数据对比验证。最后,分析桩形状、桩截面面积、以及不同区域桩长度、间距的改变对桩侧摩阻力引起地铁隧道竖向位移的影响。结果表明:无论桩参数如何改变,复合地基中桩侧摩阻力对隧道竖向位移的影响范围始终不变,约为1. 1倍基坑纵向长度;材料用量相同的方桩与圆桩相比,方桩可更有效地控制下卧地铁隧道竖向变形;适当地增大隧道斜上方的桩长度,可使其更有效地控制地铁隧道竖向变形;隧道正上方的桩间距存在一个合理的取值范围;适当减少桩纵向间距比减少桩横向间距可更有效地控制下卧地铁隧道竖向变形。     

非饱和全空间埋置隧道动力响应半解析模型

将非饱和地基土视为由固、液、气组成的三相介质,圆形隧道衬砌简化为无限长的Flügge薄壁圆柱壳,分别采用Helmholtz矢量分解定理以及分离变量法求解非饱和地基土的波动方程和Flügge薄壁圆柱壳的振动控制方程。结合位移和应力连续性等边界条件,建立移动简谐荷载下非饱和地基土中埋置隧道动力响应的半解析模型。基于该模型,探讨了非饱和地基土-隧道系统的动力响应特征及饱和度对系统动力响应的影响。结果表明,饱和度对土体的动位移、动应力、超孔隙水压力及土体临界速度等影响较大,计算时应考虑饱和度的影响。     

动载荷作用下无限长FGM梁在分数阶粘弹性地基上的精确解

基于分数阶微分Zener型粘弹性地基模型,建立动载荷作用下无限长FGM梁在分数阶粘弹性地基上的运动控制微分方程。利用傅立叶和拉普拉斯变换将控制微分方程简化为代数方程,首先在频率域内得到解答,然后利用傅立叶和拉普拉斯逆变换以及卷积定理将解答再转换回时间域内,得到粘弹性地基上FGM梁的挠度、速度、加速度、弯矩和剪力响应的精确解。最后,计算了冲击荷载作用下弹性地基FGM梁的动态响应,给出了x =0处梁的垂直速度和弯矩的响应曲线,其形状特征和均匀材料梁相同,且材料梯度指标p对结果的影响较小。     

弹性半空间地基梁的水平动力等效刚度

基于弹性动力学的基本方程、考虑弹性梁和弹性半空间的动力相互作用,建立力学分析模型,并利用Fourier积分变换,得到弹性半空间地基梁的水平动力等效刚度的解析表达式.通过数值算例分析地基梁的水平动力等效刚度及其阻尼的变化情况.结果表明:地基梁的水平动力刚度和阻尼系数不为常数,而是与弹性梁中传播的相速度有关,当相速为Rayleigh波的速度时,水平动力等效刚度达到峰值,此时弹性梁的纵向振动向弹性半空间传递的能量最大.水平动力等效刚度与弹性地基梁的频率和波数密切相关,随着波数增大,水平动力等效刚度的实部和虚部均相应增大.     

任意形状隧道围岩应力与位移的解析延拓求解

考虑隧道断面开挖轮廓线为任意不规则形状的情况,基于复变函数方法中的解析延拓法对弹性半无限空间内隧道的围岩应力与位移进行求解,建立了任意形状隧道围岩中任意一点处的应力值和位移值的隐式解析表达式。然后以圆形断面隧道作为特例,同时考虑隧道衬砌等内支撑法向反力作用的影响,求解出弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解的具体显式表达式,其中假设隧道埋深与隧道直径之比较大,从而不用考虑重力梯度的影响,将重力简化为作用在边界上的均布外荷载。最后与已有的非均匀受压圆断面水平巷道围岩的应力和位移解公式进行对比,证明了该方法的准确性。该求解方法拓展了解析延拓法的应用,并能快捷地评估任意断面形状隧道开挖中的围岩应力状态及位移变形情况。     

考虑双重剪切的弹性地基梁分析

考虑地基的抗剪能力和梁的剪切变形影响,建立了双参数地基Timoshenko梁的平衡方程,导出了初参数解和传递矩阵法,利用初参数解建立了有限元列式.当地基的抗剪劲度为0时,双参数地基可退化成Winkler地基,当梁的抗剪劲度无穷大时,Timoshenko梁可退化成Euler 梁.利用本文有限元法分析了双参数地基倒T形Ti...     

剪切变形对厚壁圆形贮液池的影响

将池壁厚度较大的圆形贮液池当作中厚壳圆筒,考虑剪切变形的影响,建立贮液池结构分析的中厚壳理论,其微分方程与Winkler地基上Timoshenko梁的微分方程一致,当贮液池池壁剪切刚度取无穷大时,其可退化成相应薄壳理论,是一个通用模型.利用初参数法,推导微分方程的解和有限元列式,分析底部固结、顶部自由圆形贮液池在三角形分布荷载和池顶弯矩作用下,其环向力系数、弯矩系数随池壁厚度、高度的变化,并与不考虑剪切变形影响的计算结果进行比较.数值计算结果表明:在圆形贮液池中考虑剪切变形影响的挠度等计算结果偏小;壁厚越大,计算结果越小;剪切变形对环向力和径向位移的影响比对弯矩和剪力的影响大,其影响程度与贮液池结构、边界条件及作用荷载形式有关.     

分布随从力作用下双参数非线性弹性地基上简支输流管道的参激振动

建立了非线性Pasternak地基上分布随从力作用下输流管道在振荡流作用下的运动方程,采用Galerkin法将系统的偏微分方程离散为常微分方程组。计算了简支输流管道的非线性动力响应,并利用分岔图、相平面图、Poincare映射图,分析了分布随从力、平均流速、地基剪切刚度对系统周期运动和混沌运动的影响。结果表明:以分布随从力为分岔参数,系统交替出现混沌运动和周期运动;以平均流速为分岔参数,系统具有非常复杂的动态响应,出现大范围的混沌运动和倍周期运动;增大地基剪切刚度不仅可以增加系统的稳定性,同时还对混沌运动有抑制作用;随着随从力增大,系统的稳定性下降。     

系列移动荷载下周期性弹性支撑连续梁的共振及消振效应

基于Fourier变换、系列Fourier变换及传递矩阵方法,研究了移动荷载列作用下周期性弹性支撑连续梁的共振及消振效应。通过Fourier变换和系列Fourier变换,把单个移动载荷所引起的动力响应表示为响应函数沿代表跨的积分。利用梁和弹性支撑处的传递矩阵,建立了周期性弹性支撑连续梁的响应函数和特征方程。根据叠加原理并利用单个移动载荷的解,得出了等间距移动载荷列作用下周期性弹性支撑连续梁的动力响应表达式。根据单个移动载荷引起梁的频域响应,建立了周期性弹性支撑连续梁在等间距移动载荷列作用下的共振和消振条件。计算结果表明:当移动载荷列的速度及间距符合共振条件时,将会发生共振效应;当符合消振条件时,将会发生消振效应。     

有源Josephson结线上的相对振荡

本文用摄动法求出了阻尼正弦Gordon方程及某些初边值问题的相对振荡解和定向振荡解,并确定了行波解的两个临界速率。     

溶槽地段双跨连拱隧道的结构计算与分析

双跨连拱隧道以设置地基梁的方式穿过大型溶槽地段.根据地基梁与隧道结构的关系并结合施工的实际情况,确定计算模式与作用荷载;讨论连续跨越不同地基弹性地基梁的受力状态,同时对仰拱的作用及中墙在隧道结构中的重要性进行分析.研究结果表明:2种不同地基介质的交界处是地基梁的最危险点,容易发生剪切与拉裂破坏;溶槽充填物的物理性质对地基梁具有显著的影响,充分考虑充填物的承载能力是合理的;仰拱能明显改善衬砌鲻结构的受力状态,但对分散地基梁的荷载作用不大;中墙是隧道结构的关键部位,对其在施工过程中的偏压状态,应该采取工程措施予以改善.     

复杂工况下盾构隧道车辆智能调度系统开发及应用

为解决长大隧道施工时多作业车辆行驶时车辆拥堵、安全风险高、调度难的问题,依托上海轨道交通市域线机场联络线超大直径盾构隧道工程,设计了具有位置确认、信号传输、定位应用功能的智能调度系统。分析施工物料优先性,以减少车辆等待时间为目标确定车辆调度次序,建立了车辆调度模型。基于隧道车辆定位系统和车辆调度模型,开发了复杂工况下隧道车辆智能调度系统,通过在上海轨道交通市域线机场联络线工程度~凌区间隧道进行验证应用,提前20~35 s为相对行驶车辆进行避让预警,在相距50 ~ 200 m范围内进行车辆安全车提醒,提高了超大直径盾构隧道物料运输效率,提升了长距离隧道单车道多车辆行驶安全。