爆炸作用下浅埋拱结构轴向荷载分布

为探究土中浅埋直墙拱结构轴向荷载分布规律,利用LS-DYNA软件模拟了在不同爆炸距离和装药量条件下结构的轴向荷载分布情况。对比不同装药质量及不同爆炸距离作用下轴向荷载的分布形态发现,对于发生整体响应的结构,其轴向荷载分布形态仅受爆炸距离控制,并可用正态分布函数描述。基于对爆炸距离与荷载分布形态的函数关系拟合,得出了爆炸作用下拱结构轴向荷载分布形态的计算方法。基于正态分布置信区间理论,计算不同置信区间的结构响应,提出了一种确定拱结构轴向荷载计算范围的方法。     

地基中结构物动力响应的一维解析方法

提出了一种用于浅埋式地下结构物抗震设计的简化方法。采用任意侧向位移下地震土压力理论 ,推得在土 -结构相对位移较小的情况下 ,结构物所受的土作用力与它们的相对位移近似成线性关系 ,并提出了确定解析解中需要的地基结构动力相互作用系数的方法。在将土体和结构物均简化为只发生水平位移的粘弹性剪切梁及地震输入为竖直向上传播的剪切波等假设条件下提出了一种分析水平地基中结构物在地震荷载作用下的响应的一维解析方法 ,并用该方法对地震时结构物的位移和土压力及其变化过程进行了计算分析     

爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的动力响应

弹性支撑是常用的隔振减振手段,研究爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的动力响应对提高地下防护工程内部人员及设备的战场生存能力具有重要意义。应用ANSYS/LS DYNA非线性显式动力有限元分析程序,模拟了爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的模态和动力响应,得到了低阶自振圆频率变化曲线和拱顶、拱肩、拱脚动力响应时程曲线。结果表明：弹性支撑减小结构固有频率,延长结构自振周期,具有良好隔振减振作用;临界刚度系数导致结构的一、二阶模态易同时激发,结构设计时应予以避免;与刚性支撑地下拱结构相比,弹性支撑地下拱压力、应力峰值减小,出现时间延长,竖向位移峰值增大,抗爆承载力提高;弹性支撑的刚度系数并非越小越好,应根据结构抗爆承载力和极限位移设计要求合理设置。     

爆炸冲击荷载作用下拱结构动力屈曲研究

用数值模拟方法,研究了爆炸冲击荷载作用下拱结构的动力屈曲问题,重点分析了拱结构矢跨比对其动力响应和动力屈曲的影响。结果表明:对于矢跨比大于0.1的拱结构,在弹性振动阶段,拱顶位移幅值数量最大,当出现塑性变形以后,结构最大位移点在约1/6拱跨处;当爆炸冲击持续时间在某一范围内时,结构发生动力屈曲以后会出现反直观动力响应,位移幅值-荷载幅值关系曲线出现2个拐点,第1个拐点对应的荷载可看作动力屈曲临界荷载,第2个拐点对应的荷载可看作动力失效荷载。当拱结构的矢跨比小于0.1时,结构发生动力屈曲以后不会出现反直观动力响应,动力屈曲临界荷载即动力失效荷载。当爆炸冲击持续时间一定时,拱结构矢跨比越小,动力屈曲临界荷载越小。     

水平荷载对沥青路面结构的影响

轮胎与路面间的接触压力具有很明显的非均布特性,不同于传统的双圆均布垂直荷载。根据轮胎胎面花纹类型,并参考接触压力的测试结果,提出车轮对路面作用的荷载简化模型。通过计算分析,得到不同水平荷载大小和荷载分布形式下路面结构内的剪应力变化情况。结果表明,水平荷载的大小对路面10cm内的影响较大。     

侧向点爆炸作用下浅埋圆拱结构塑性破坏规律

考虑近场侧向爆炸时荷载的非对称性、不均匀性和局部性,利用几何关系推导侧向爆炸时结构表面荷载的解析式.针对不同的结构截面受力模式,利用轴力和弯矩共同作用下的截面塑性破坏准则,并基于四铰破坏机制,提出浅埋圆拱结构塑性破坏简化计算方法.基于Matlab软件,判断圆拱结构塑性破坏时截面的受力模式,并确定结构塑性铰分布.结果表明:在2个拱脚附近、荷载峰值作用处,以及背爆面一侧拱肩位置产生塑性铰;在爆炸偏角较小时,塑性铰先出现于背爆面的拱脚和爆源投影点位置;随着爆炸偏角的增大,第1个塑性铰出现于迎爆面的拱脚位置.在实际工程中,大偏压是较为理想的破坏模式.     

爆炸荷载作用下浅埋综合管廊野外试验与弹性动力响应分析

为了研究管廊结构在爆炸荷载作用下的荷载分布规律、动力响应及破坏机理,评估管廊工程的防护潜力,获取管廊在爆炸荷载作用下的试验数据,设计并开展了管廊结构的抗爆试验.本文主要分析了在比例爆深为2.000,1.587,1.260 m/kg^1/3三种工况下管廊顶板中心处的动力响应.试验测得了三种工况下爆坑大小,以及顶板中心底部纵筋和箍筋及侧墙中心内侧箍筋应变时程曲线、加速度时程曲线、反射压力时程曲线和位移时程曲线.试验数据表明,顶板中心底部箍筋应变远大于纵筋,且振动使管廊产生的反复位移大小相当,建议管廊采用对称配筋、箍筋加密、混凝土保证抗压强度.通过常规武器效应计算软件CONWEP计算并验证了反射压力峰值的准确性,进一步得到了作用于管廊的总压力并将其简化为均布荷载,计算出弹性响应阶段顶板中心的最大位移,与实测位移进行比较,吻合较好.     

基于等效单自由度方法非均布爆炸荷载作用下单向钢筋混凝土结构的动态剪切力分析

设计钢筋混凝土结构的一个重要考虑因素是当遭受爆炸荷载作用时,确保结构具有足够的荷载承载能力,因而分析不同爆炸载荷作用下结构的动态剪切力十分重要.基于一种介绍钢筋混凝土结构动态剪切力历史的静态模型,提出了一种有效公式计算剪切单自由度方法中单向钢筋混凝土结构在非均布爆炸载荷作用下的动态剪切力,该动态剪切力为动态抗力函数和动态荷载之间的关系,基于两个相互耦合的等效SDOF系统,并且考虑可靠的材料模型和连续模型,能够同时分析弯曲和剪切模式的动态响应.     

双层均布荷载作用下混凝土悬臂箱梁抗弯性能试验研究

对大比例混凝土悬臂箱梁在弹性范围内的抗弯性能进行试验研究与分析,重点研究该混凝土悬臂箱梁的悬臂部分在双层均布荷载或单层均布荷载作用下,其荷载-挠度曲线、顶板纵向应变的横向分布情况以及顶板剪力滞系数的横向分布情况.研究结果表明：双层均布荷载或单层均布荷载作用下,支座截面处存在正剪力滞现象,离支座1/2悬臂长度截面处存在负剪力滞现象;荷载量级的增加对剪力滞系数没有影响;该混凝土悬臂箱梁在顶板均布加载作用下产生的剪力滞效应相对于其在顶板、底板同时均布加载作用下产生的剪力滞效应较为明显.     

飞机荷载重复作用次数的简化计算方法

对力学-经验型沥青道面结构设计方法中的飞机交通荷载分析方法进行研究,探讨了一种简化的荷载重复作用次数计算方法.通过理论分析,提出了以应力(应变)扩散斜率和等效宽度为中心的荷载重复作用次数简化计算概念.双层体系的结构响应分析表明,等效宽度是结构厚度和上下层结构相对刚度的函数.经过回归分析,给出了等效宽度和结构厚度的线性关系式,回归计算结果与基于道面空间响应得到的等效宽度之间的误差在5%以内.对于多层的道面结构,建议按照力学等效的方法转换成双层结构后进行计算.在此基础上,提出了单轮的荷载重复作用次数计算方法,并详细分析了横向多轮和纵向多轴的影响.基于单机型的计算分析,进一步扩展提出了混合交通条件下的荷载重复作用次数简化计算方法.     

静水压力下无铰圆拱稳定的截面优化设计

采用泛函极值分析方法,推导出圆拱截面函数和挠曲函数的稳定方程,并用瑞利-里兹法,近似求解静水压力作用下,无铰圆拱呈反对称屈曲和正对称屈曲状态的临界荷载及截面的优化形式.优化结构较好地体现出工程设计的经济性要求,所采用的分析方法适用于各种边界条件、各类截面形式和任意荷载作用的圆拱稳定问题.     

大跨度深水高桩码头纵梁形式优化设计研究

本文针对深水高桩码头的纵梁结构形式进行了拓扑优化计算,本文首先进针对在400kN/m均布荷载作用、不同矢跨比条件下行了一系列拓扑优化计算,并对优化计算结果中的小矢跨比模型建立了精细有限元模型进行验证。于此同时,本文还计算了不作加强处理的拱圈荷载响应和仅作简单加强的拱圈荷载响应。计算结果显示,优化计算结果可以更加有效的减小拱式纵梁结构的最大挠度和大主应力值。     

超长桩荷载传递机理有限元分析

在对试桩实测资料进行分析的基础上,采用数值分析方法,研究了深厚软土地区单桩在竖向荷载作用下由短桩至超长桩随桩长增加时的荷载传递性状.结果表明:非嵌岩超长桩Q-s曲线仍可能发生陡降;由于超长桩的桩身压缩量较大,超长桩侧阻与端阻不同步发挥的现象较桩长不大时显著得多,极限荷载和承载力特征值下的端阻比通常均小于10%;在工作荷载下,短桩过渡到超长桩时,轴力主要承担部分由桩身下部逐渐转为桩身中上部,侧阻由三角形分布转为单驼峰分布;超长桩沉降计算中将侧阻简化为三角形分布可能会导致较大的计算误差.     

钢管拱桁架在地震作用下的动力响应研究

研究了单榀钢管空间拱桁架在地震荷载作用下的动力响应。采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力分析程序,探讨了该结构在竖向输入El-centro地震波作用下的动力响应,以及在各级地震荷载作用下,如何计算拱桁架的动力响应。指出结构的位移和内力响应随地震加速度峰值的增加呈非线性变化;支座附近的杆件塑性应变响应最大,发展最快,首先达到材料的极限应变而退出工作;在地震响应中,该结构支座附近的杆件是最薄弱的部位。     

复合主拱圈加固石拱桥极限承载力参数研究

 研究了复合主拱圈加固石拱桥时极限承载力的受力特点。以一座在加固的等截面圆弧拱桥为例,考虑了加固结构二次受力的特点和新旧结构不同材料的力学性能,分析了其主要结构参数,如加固层高度、加固层宽度、加固层纵筋率和加固层箍筋率对加固后主拱圈承载力的影响。经过结构参数计算分析发现,当加固层高度为原拱圈0.25～0.50倍时,承载力增大值较明显;当加固层宽度超过原拱圈宽度的67%,承载力增大缓慢;加固层纵筋率超过1.162%,承载力增大值较小;增加加固层箍筋率对加固后拱桥的承载力影响较小。分析结果为复合主拱圈加固石拱桥设计提供了结构参数选取的建议,可为此类桥梁的设计提供有利的参考。     

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。     

冲击波和预制破片复合作用下H型

为探究H型钢柱在近距爆炸冲击波和预制破片复合作用下的抗爆性能,基于非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,通过在圆柱形TNT炸药柱身外贴预制破片来模拟爆炸产生的冲击波和破片对钢柱的损伤破坏。分析了冲击波载荷、破片群载荷及复合载荷作用下H型钢柱动态响应的差异。同时,通过参数化分析方法,探究了在冲击波和预制破片复合作用下轴压比、钢材强度、长细比和截面类型等因素对H型钢柱损伤效应的影响规律。结果表明：近爆作用下冲击波和预制破片的复合载荷作用具有叠加增强效应,复合载荷作用大于单一载荷作用效果的线性叠加;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力,钢材强度等级为Q235时,轴压比不宜大于0.4。应合理选择钢材强度等级,而不要盲目选择高强钢材。通过改变柱高来改变长细比对钢柱破坏影响不大。圆管型截面钢柱的抗爆能力最好,H型截面次之,箱形截面最差。本文成果可为钢结构抗爆理论和防护技术提供参考。     

锤击作用下钢筋混凝土框架倒塌性能试验研究

为研究钢筋混凝土平面框架结构在局部构件失效后的静、动力特性,完成了两榀两跨单层平面框架试验,其中一榀框架用于静载试验以获取框架静力特性数据,另一榀框架分别在空载、均布线荷载情况下采用锤击法进行动力试验,获取试验框架的位移、加速度和钢筋应变等动力响应数据.通过对比分析静载与动力试验结果,研究框架梁在锤击过程中的受力特性.试验结果表明:在大当量力锤锤击作用下,动力位移幅值与输入冲量近似呈线性关系,随着锤击力的增加,结构阻尼变化较小,频率下降.布有均布线荷载的框架梁在锤击荷载作用下产生了拱效应,刚度略有提高.尽管力锤最大锤击力超过框架梁最大抗力,但冲击能量不可使其发生倒塌.     

膨胀岩隧道二次衬砌结构受力特性及工程对策分析

膨胀岩对水敏感性强,遇水发生膨胀变形,并产生膨胀压力。为探究膨胀岩隧道在膨胀压力作用下的结构受力特性,以实际隧道项目为工程背景,基于荷载结构法理论,对膨胀岩浅埋隧道在不同的膨胀位置、不同仰拱矢跨比和不同仰拱厚度时的二次衬砌结构的受力特性及变形规律进行了分析和研究,研究结果表明：隧道常规设计断面下,当围岩发生膨胀时,结构承载力不足;当围岩在隧道仰拱和边墙处发生局部膨胀,此工况下的仰拱及拱脚位置处的内力最大,仰拱隆起变形最大,对结构的危害最大;提高仰拱矢跨比和加大仰拱厚度可降低结构内力和抑制仰拱隆起变形,发挥重要作用,但二者提高到一定范围后作用减弱,工程中应视实际情况选择最优仰拱矢跨比和厚度;当围岩在隧道全环发生膨胀时,可通过提高结构混凝土强度等级和配筋率增大结构承载能力。