故宫太和殿减震构造分析

中国木结构古建筑以良好的抗震性能著称于世,这与其构造特征密切相关.为探讨古建筑侧脚、斗拱、榫卯连接、厚重屋顶和填充墙体等构造的减震性能,采用数值模拟方法,以故宫太和殿为例进行分析.采用ANSYS有限元分析程序,基于上述构造特征,建立太和殿的有限元模型.通过模态分析,讨论了不同构造特征对太和殿自振周期的影响;通过地震响应分析,研究不同构造特征下,模型典型节点的位移、加速度响应峰值的变化特征,定量获得了不同构造对太和殿减震性能的贡献作用.结果表明:不同工况条件下,不考虑墙体时太和殿模型的基本自振周期最大,不考虑榫卯连接时太和殿模型的自振周期最小;地震作用下,不同构造对减小太和殿结构位移响应的贡献程度大小顺序为:墙体>榫卯节点>斗拱>侧脚>厚重屋顶;不同构造对减小太和殿结构加速度响应的贡献大小顺序为:榫卯节点>墙体>斗拱>侧脚>厚重屋顶.     

故宫太和殿抗震性能研究

为合理保护太和殿,采取有限元分析方法研究其抗震性能.基于太和殿的典型构造特征,采用三维弹簧单元模拟榫卯节点及斗拱构造,建立太和殿有限元模型.通过模态分析,获得太和殿的基频及主振型;通过施加水平双向单点谱,分析太和殿在8度地震作用下的内力和变形,评价太和殿的抗震性能.结果表明:太和殿主振型以平动为主,且在水平向的振动关联很小;8度常遇地震作用下,太和殿的变形和内力很小,可满足抗震要求;8度罕遇地震作用下,太和殿的变形在容许范围内.此外,太和殿墙体对限制太和殿木构架侧移、减小部分木构架内力具有一定贡献.     

虚拟横梁的刚度对多片箱梁桥内力影响的研究

预应力混凝土箱梁是目前桥梁工程中经常使用的结构,具有跨径大、受力性能优良的优点。多片箱梁在横桥向往往通过横隔梁和纵向湿接缝连接成为整体,横隔梁为多片箱梁提供了强大的横向刚度,然而,纵向湿接缝对其横向刚度的贡献同样不可忽视,而在横向计算中,通常将纵向湿接缝等效为虚拟横梁以计入其刚度。目前对虚拟横梁的模拟,存在多种方法,该文基于工程实例,分别比较了常用的几种模拟方法。研究表明:基于等高度法计算所得的虚拟横梁刚度最大,能为桥梁横向提供较大的刚度,使内力和位移在横向的分配较为均匀,加载梁和周边梁的受力差异最小;基于等位移法时,桥梁横向刚度最小,内力主要集中在加载梁上,不能很好地向周边传递。     

不同加载模式下全直桩码头结构Pushover分析

以江苏某全直桩码头结构段为研究对象,建立空间有限元模型,选取五种具有代表性的加载模式,采用SAP2000软件,分别对全直桩码头横向和纵向进行Pushover分析。研究了加载模式对结构对称性、结构顶点位移与基底剪力的关系曲线、屈服破坏机制等的影响。结果表明：五种加载模式对码头横向的分析结果总体差别不大,但对码头纵向,由于桩基刚度对纵轴不对称,一阶振型加载模式的分析结果与其它四种加载模式相比有较大差异;码头结构横向抗震能力高于结构纵向抗震能力;桩基塑性铰一般由陆侧向海侧发展,同一桩基,由底端向顶端发展。     

宽轨机车水平悬挂参数对临界速度的影响

针对某型宽轨机车,建立了机车转向架临界速度分析模型和10自由度蛇形运动微分方程,利用特征根法求解转向架的临界速度,分析机车水平悬挂参数对临界速度的影响以及一系横、纵向刚度和二系横向减振器参数之间的匹配关系。研究结果表明：二系水平悬挂参数对机车临界速度的影响相对较小;一系横、纵向刚度与二系横向减振器刚度的适度增大均可提高机车的临界速度,合适的二系横向减振器阻尼值可使临界速度达到最高;二系横向减振器最优阻尼值随一系纵向刚度的增加而减小,并逐渐到达稳定值;二系横向减振器最优阻尼值随二系横向减振器刚度的增大而增加;随一系横向刚度的增加,二系横向减振器刚度较小时,二系横向减振器最优阻尼值先减小后增大,二系横向减振器刚度较大时,减振器最优阻尼值也增大。     

超高性能混凝土铺装层对钢桥面板疲劳性能影响

目的以港珠澳大桥钢箱梁为例,在面板上增加一层超高性能混凝土形成钢-UHPC组合桥面板,分析超高性能混凝土层对钢桥面板各细节疲劳性能的影响.方法利用有限元软件ABAQUS建立带UHPC铺装层和不带铺装层的局部钢箱梁节段模型.结果对于加了UHPC铺装层的正交异性钢桥面板,纵肋与盖板连接处盖板纵向处的最不利细节横向位置及对应的最不利横向加载点均未发生变化;纵肋与盖板连接处纵肋纵向处、纵肋与横隔板连接处纵肋腹板处和纵肋与横隔板连接处横隔板腹板处的最不利细节横向位置未发生变化,但其对应的最不利横向加载点发生变化;横隔板腹板切口自由边和纵肋下缘对接焊缝处的最不利细节横向位置及对应的最不利横向加载位置均发生了变化.结论 UHPC层大幅度增加了钢桥面板的刚度,进而大大降低了各疲劳细节的应力幅水平,减少了各细节发生疲劳开裂的几率.     

压钩力下重载机车关键参数对其动力学性能的影响

采用某2(B0-B0)轴式机车动力学模型研究了纵向压钩力作用下,重载机车关键二系悬挂参数对机车运行动力学性能和车钩水平偏转行为的影响.动力学模型包括两节B0-B0机车和考虑缓冲器非线性迟滞特性、钩尾与前从板圆弧面间摩擦特性和钩尾扁销止挡特性的扁销钩缓装置.计算结果表明:机车二系横向止挡自由间隙和纵向间距、二系弹簧横向刚度对机车运行安全性指标有较大影响,随着二系横向止挡间隙和纵向间距的增大,当钩尾止挡不发挥作用时,机车轮轴横向力和车钩转角会逐渐增大,当钩尾止挡发挥作用后,钩尾止挡分担偏转力矩,机车轮轴横向力会逐渐减小;随着二系弹簧横向刚度的增大,机车自身稳钩能力增强,轮轴横向力和车钩转角逐渐减小.     

基于有限元技术的传统木结构关键构造节点的性能研究与分析

中国古代木结构关键节点有大屋顶和柱头的榫卯连接等,为研究其对结构整体性能的作用,使用贴近分析木结构需要的有限元软件ABAQUS,根据木结构营造法式,构建包含台基层、柱架层、铺作层的大木作结构模型,采用了合理的网格划分措施用于研究在水平往复载荷和地震波作用下结构能的耗散和刚度变化。通过控制结构上覆的用来模拟屋架层的竖向荷载大小,得到结构不同竖向荷载时在往复加载下的滞回曲线、骨架曲线,表明一定程度上,木结构的大屋顶质量越大,耗能越可观,且结构整体刚度越大;结构刚度随水平力的增大出现恒量、刚度退化、刚度崩溃的变化阶段。通过结构静力推覆实验,得到柱头榫卯连接的破坏机理,表明古建木构架的修缮关键应加强节点处榫卯连接。通过分析节点的破坏方式,找出结构的薄弱部分,能为结构检测提供依据,并指导古建木结构的加固改造工作。     

大断面异形盾构衬砌结构纵向力学性能

首先通过建立异形盾构三维有限元计算模型研究了多种因素对异形盾构纵向力学性能的影响,数值结果表明,异形盾构纵向整体向下位移、变形模式符合三次多项式形式;纵向刚度有效率随横向刚度有效率的增加先减小后增大,但纵向刚度受横向刚度的影响较小,异形盾构横向刚度有效率设计建议值为0.65;纵向刚度有效率随埋深增加而减小,错缝拼装能明显提高异形盾构的纵向刚度;纵向刚度有效率随基床系数的增加呈线性增长,其对异形盾构纵向刚度的影响最为明显;纵向螺栓预紧力对纵向刚度有效率的影响呈线性增加关系,但对异形盾构纵向刚度的影响并不明显.基于实测环缝张开量值建立了适用于异形盾构的纵向等效刚度和纵向刚度有效率简化解析模型,解析模型计算结果与数值计算结果吻合,证明该理论模型的有效性.     

考虑横向约束作用的锚杆锚固参数优化

为了探究锚杆不同锚固参数对顺层岩质边坡稳定性的影响,基于综合考虑锚杆轴向作用力和横向作用力的锚杆数值模型,嵌入离散元软件UDEC(universal distinct element code)中的局部加固单元LOCAL REINFORCE单元,针对某顺层岩质边坡,分析了锚杆长度、锚固角、锚杆间距和布设方式对边坡稳定性的影响,并基于正交试验提出了锚固优化方案.结果 表明:锚杆存在有效长度,在有效长度内,锚杆长度和边坡安全系数存在线性关系;锚杆存在最优锚固角,且锚杆长度越大,最优锚固角越小;锚杆间距越大,边坡安全系数越小,且安全系数下降速率随间距的增大逐步减小;以边坡安全系数和锚杆用量为评价指标,通过正交试验对等长支护锚固参数进行了优化设计,得出了较佳的两个锚固试验方案;各锚固参数对边坡稳定性影响由大到小分别为:锚杆间距、锚杆长度、锚固角;锚杆布设方式对边坡稳定性的提升由大到小分别为:由长到短型、等长布置型、由短到长型.在考虑锚杆布设方式时,应使锚杆穿越的岩层与边坡位移情况相匹配.     

教学用三维游戏引擎的层次结构分析与初步实现

从横向和纵向角度分析了游戏引擎结构,根据游戏系统(Game Software System)结构提出了一个由底层、中间层、游戏相关层组成的三层游戏引擎层次结构,比传统的一层或二层游戏引擎结构重用性更好,更适合游戏教学;最后根据该层次结构实现了一个简明清晰的教学用游戏引擎.以简洁明了的方式展示了精灵加载、简单模型动画、用户多角度观察等基本组件功能的实现方法.     

基于MMLS3的沥青路面结构模型的尺寸研究

通过在室内试槽中铺筑并振动碾压成型路面结构模型,然后使用小型加速加载试验设备1/3行车荷载模拟系统(MMLS3)进行加载,采集结构内多点的应变并加以分析,据此判定结构模型的合理尺寸.目前主要对水泥稳定碎石基层沥青面层结构模型进行了测试.初期试验结果表明:在荷载影响区内,沥青层底的任一点上的横向拉应变远大于纵向的应变;随着荷载的移动,纵向应变发生压-拉-压的变化,横向应变始终为拉应变;根据面层底的应变分布情况,考虑到MMLS3轮载的特点,建议结构模型的纵向尺寸不少于100~120cm,横向尺寸不少于50~60cm.     

新型装配式砼框架中柱节点抗震性能试验与模拟

基于课题组前期的试验研究,对新型装配式砼框架中柱节点的5种型号做有限元模拟,并将效果最佳的模拟参数用于变尺寸模型中,试图得出抗震性能最好的节点类型。研究表明,在往复加载下,NFC-3与NFC-4的模拟与试验的滞回曲线较完美贴合,其余型号仅在负向极限荷载上有所差距;施工缝变尺寸模型在总耗能方面,中柱边梁与后浇区在纵向的接触面积越大,总耗能越强;而后浇区与边梁的横向接触面积过大或过小,均不利于纵向接触耗能的发挥;边梁下部或上部纵向长度越长,刚度退化影响越小。模型S123的耗能能力与刚度退化表现突出,即边梁阶梯高度为梁高的一半,阶梯延出长度为0.3 m的新型节点抗震性能最佳。     

大断面矩形盾构隧道等效抗弯刚度研究

矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度是衡量隧道受力变形的重要参数,对于指导施工及隧道纵向结构设计具有重大意义。将横向刚度与纵向等效抗弯刚度联立起来,由力学平衡条件确定中性轴位置,根据弯矩平衡条件及等效连续梁转角公式推导得到大断面矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度解析解,并探讨了管片宽厚比、长短边螺栓分布、管片厚度等对纵向等效抗弯刚度的影响。研究结果表明:截面长宽比由1增长100%时,隧道纵向等效抗弯刚度有效率η由2.787 5降低为原来的15.3%,最终值为0.426 2;中性轴距离c减小了49.6%,最终值为2.273 0 m;截面厚度t由0.25增长到0.55时,中性轴距离c由2.188 5 m降低0.62%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.099 m增加7.8%;长短边厚度比由1增长到2时,中性轴位置c由2.174 9 m增长0.34%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.106 7降低了21.27%;截面螺栓个数从30增加到80时,c由2.150 4增长1.43%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.121 6降低了12.25%。考虑螺栓分别沿隧道截面长短边均匀分布时,纵向等效抗弯刚度及抗弯刚度有效率大约为理想情况下螺栓均匀化分布时的2/3。在截面螺栓总数不变的前提下,适当降低截面短边螺栓所占比例可有效提升截面抗弯性能。     

传统风格建筑钢框架结构抗侧刚度试验研究

为研究传统风格建筑的抗侧力性能,进行了1榀单层两跨传统风格建筑钢框架结构的低周反复荷载试验.通过测试试件在侧向力作用下的位移角变形和承载力退化趋势,研究了传统风格建筑钢框架结构的抗震性能,分析了结构的弹塑性特征、整体框架抗侧刚度退化、结构在同级位移循环加载条件下的刚度退化规律以及加载位移与残余变形的关系.结果表明:传统风格建筑钢框架结构表现出较强的承载力和良好的抗侧能力,在水平荷载作用下,钢框架结构形成多道抗震防线,结构刚度退化表现出由快到慢的规律;结构破坏时位移角达到1/20,未发生承载力陡降的不利情况;传统风格建筑钢框架结构在水平荷载作用下形成梁铰破坏机制,满足规范提出的"强柱弱梁,强节点弱构件"的抗震设防要求.     

无伸缩缝桥梁荷载横向分布的影响参数分析

分析无伸缩缝桥梁荷载横向分布的影响参数,应用ANSYS有限元程序建立实桥的三维仿真模型.数值计算与实验数据的对比表明:所建有限元模型能很好地模拟该桥在荷载作用下的力学性能,且数值模型的承载力偏于安全.基于验证过的模型,评价等效桩长、桩的纵向抗弯刚度、桩的相对刚度、宽跨比等参数对荷载横向分布系数mc的影响性大小.结果表明:跨中mc随着等效桩长的增加而减小,当等效桩长超过一定值后,这一规律趋于收敛;桥梁边梁mc随着桩纵向抗弯刚度的减弱而变小;宽跨比越小,荷载横向分布影响线斜率越大,mc相应变大;宽跨比低时,mc没有显著差异,差值≤1.6%;宽跨比超过0.4之后,mc随着桥宽加大呈直线下降,最大差值达17.34%.     

汽车多楔带的力学性能实验测量

以汽车4PK998多楔带为实验测量对象,测量了多楔带的纵向静态和动态力学性能.通过纵向拉伸实验测量了纵向静刚度、弹性模量;通过横向振动实验,利用三坐标加速度传感器,采集纵向方向上的振动曲线,测量了带的阻尼、动态黏性阻尼系数和纵向动刚度,此种方法避免了实验时施加纵向激励引起质量块-带模型的横向摆动,且具有一定的准确性.     

车辆底部防护蜂窝夹层结构抗冲击性能分析

为满足车辆底部爆炸冲击防护需求,仿真分析爆炸冲击作用下单层纵向、横向布置蜂窝夹层结构与1.5层、双层横向布置蜂窝夹层结构的防护性能,对比分析不同蜂窝结构的压缩变形、吸能、车身地板加速度和假人小腿垂直方向受力,并对双层横向布置蜂窝夹层结构进行试验验证.分析结果表明:横向布置蜂窝夹层结构吸能性能较好,纵向布置蜂窝夹层结构刚度和强度较好,双层蜂窝夹层结构抗冲击性能较好.      

基于车-路耦合振动状态下沥青路面力学响应

利用ABAQUS,建立三维两自由度1/4车辆模型与黏弹性沥青路面模型,考虑橡胶轮胎以及轮胎与路面非线性接触,采用中心差分法求解,并与相关文献对比.结果表明:该模型具有一定可行性;静载作用下,上面层最大竖向压应力为0.402 MPa,1/4车辆动载为0.563 MPa,比静载增大40.05%;A,B和C级路面上面层最大竖向位移分别为0.589,0.698和0.941 mm,C级比A级大59.76%;上面层最大竖向压应力分别为0.497,0.702和0.739 MPa,C级比A级大48.69%;中面层出现最大竖向及横向压应变,下面层出现最大竖向拉应变、最大纵向压应变及最大横向拉应变,土基出现最大纵向拉应变;车速越大,路面响应越小;轴重越大,路面响应越大.     

传统木结构建筑斗栱力学性能研究进展

斗拱是我国传统殿堂型木结构建筑的重要结构部件,代表了我国传统建筑文化,体现了我国传统建造技艺的精髓.本文从斗拱竖向承载、水平承载、铺作层抗震和斗拱有限元分析4个方面,对斗拱力学性能的研究现状进行系统的回顾和总结.首先,介绍不同时期、不同类型斗拱的竖向和水平加载试验研究,总结试验研究中的参数变化和相应的破坏形态.其次,归...