在用简支梁桥横向地震动研究

为了研究在用简支梁桥的抗震性能,将弹性基础上桥墩的总变形分为三部分,即桥墩自身的弹性变形、基础转动和平动所产生的变形;以该变形曲线作为桥墩的振型函数,利用Lagrange方程推导了任意跨简支梁桥的横桥向地震振动方程,得到了相应的基频和振型参与系数的计算公式,在此基础上给出了包含地基综合参数在内的地震力的求解方法.利用冲击力锤法对室内模型桥进行了模态试验.试验结果表明:实测频率值与理论振型计算的频率值相差在5%以内,将桥墩的静力挠度曲线作为桥墩的振型函数是可行的;该计算方法可供简支梁抗震评估参考.     

软粘土地基非线性一维大变形固结的有限差分法分析

在几何非线性分析的基础上考虑软粘土的非线性本构关系，采用张量指标记号推导出物质描述的一维非线性大变形固结的控制方程，采用有限差分方法对非线性控制方程进行数值求解，编制了计算程序。数值计算结果表明：在相同的非线性本构关系前提下，软粘土地基的非线性大变形固结沉降始终小于非线性小变形固结沉降；且随着荷载水平的增大，大变形固结和小变形固结的沉降量的差别越来越大，几何非线性对软粘土地基沉降影响是不可忽略的。     

三种非线性弹性地基梁的变形和内力研究

研究地基反力与地基梁挠度成非线性关系对长、中、短3种类型地基梁的变形和内力的影响。基于实验数据,分别将地基反力与梁的挠度拟合成线性关系和三次多项式关系;然后采用有限差分法和牛顿迭代法编程,解出非线性弹性地基梁和经典线弹性地基梁的挠度、转角、剪力和弯矩随地基梁长度变化的曲线。算例计算表明:对于短梁,非线性弹性地基梁和经典线弹性Winkler地基梁的变形和内力一致;对于中、长梁,二者的相对误差可达到10%~20%,因此在实际工程中应尽量考虑地基反力与沉降的非线性关系;中等长度非线性弹性地基梁和线弹性地基梁变形和内力的相对误差随梁长度变化而变化,而对于长的地基梁二者的相对误差不随梁长度改变而变化。     

考虑轴力的管线变形控制微分方程及其优化解

为计算地铁施工引起的既有管线附加变形,将地埋管线视为弹性地基梁,受到地层竖向和水平位移荷载作用,考虑管线变形的几何非线性,建立了管线变形的控制微分方程组.采用优化方法进行模型求解,进行了案例计算和离心模型试验.将有限元解和试验结果同优化解进行了对比,验证了优化方法的正确性.分析了地层水平位移和几何非线性对管线变形和内力的影响.结果表明:管土摩擦系数较小时,管线在开挖影响范围内全长受拉.管土摩擦系数较大时,管线在隧道开挖中线附近受压,在其余范围内受拉,在管线变形计算中应同时考虑压应变和拉应变.较大的地层沉降使管线变形呈现几何非线性,表现为管线竖向位移引起管线轴向伸长,且管线弯曲变形与轴向变形存在一定的相互影响.     

桥墩碰撞在多参数影响下的水平位移

基于数值仿真原理,采用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对桥墩碰撞在多参数影响下的水平位移进行了仿真计算。考虑了材料非线性、几何非线性和接触非线性,建立了桥墩碰撞有限元模型,分析了桥墩在水平撞击荷载作用下的变形响应特征,并运用参数化分析方法,研究桥墩的混凝土轴心抗压强度、纵向钢筋配筋率、箍筋配箍率和截面惯性矩等参数对其在水平撞击荷载作用下变形响应的影响。结果表明:增大桥墩的混凝土轴心抗压强度、截面惯性矩和箍筋配箍率,均能不同程度地减小桥墩在水平撞击荷载作用下中截面的最大位移和残余位移,增强桥墩的抗撞击性能;而纵向钢筋配筋率对位移影响较小。     

基于能量原理的框架桥墩地震力分析

用Lagrange方程导出了框架桥墩地震振动方程，并给出了相应的基频和振型参与系数的近似计算公式。根据框架桥墩结构特点构造基本振型函数，将框架桥墩的横向总变形分解为墩身的弹性变形与基础转动和平动所产生的刚体位移的叠加，其中弹性变形由墩顶水平推力和约束力矩联合产生。分别讨论了横向设置防震限位构造与不设限位构造对框架桥墩地震力的影响。研究表明，现行公路桥梁抗震规范方法计算值偏小。本文方法适应于各种基础类型的桥墩，对新抗震规范修订具有参考价值。     

基于APDL的地基非线性有限元分析

基于ANSYS的APDL语言,依据邓肯-张（Duncan-Chang）非线性弹性地基模型,编制了计算机仿真分析程序,该程序考虑了施工逐级加载的作用,能动态修改岩土特性各参数,进行地基非线性计算,充分发挥了ANSYS强大的计算功能。讨论了在进行非线性有限元分析时存在的有关问题及修正方法。算例结果表明,用本文所编制的计算程序是基本可靠的,能够计算非线性弹性地基的内力、变形及绘制相关曲线云图。     

非线性地基上圆形刚性基础的分析

为了评价土的各种非线性本构模型在分析基础与地基相互作用问题中的适用性，作者用有限元法编制了计算机程序，并用该程序分别对受竖向中心荷载作用的三个圆形刚性基础进行了计算和分析，地基模型分别采用不同的非线性弹性和弹塑性模型。计算结果表明，在浅基础分析中采用上述模型能较好地反映土的非线性或非弹性性质。     

地震表面波引起高桥墩的动力屈曲分析

考虑大变形的影响,建立高桥墩在地震表面Rayleigh波引起的地基椭圆运动时的非线性动力学基本方程式.通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程.对时间变率的非线性微分方程进行数值求解,给出了同一地震波不同强度下高桥墩的位移响应曲线以及从产生横向振动到失稳的全过程,得到了地震波冲击时高桥墩失稳的临界地震加速度和失稳时刻.通过数值算例比较了地震波幅值、高桥墩柔度以及桥面质量大小对位移幅值响应曲线、临界地震加速度和失稳时刻的影响.     

弹性地基上连续梁桥顺桥向地震振动分析

根据位于弹性地基基础上连续梁的变形特性,假设桥墩的基本振型函数由自身变形、基础转动和平动引起的变形3部分组成.由拉格朗日方程建立全桥的顺桥向的地震振动方程,得到了包含地基特性综合参数的结构自振频率以及振型参与系数.仿真计算结果表明,连续梁桥前两阶频率分别为8.06 Hz和16.53 Hz,其试验值分别为7.43 Hz和16.80 Hz,两者误差在8%以内.     

高架桥下基坑开挖次序对桥墩变形的影响分析

以某市双地道基坑开挖对既有高架桥桥墩变形影响为研究背景,重点研究在轻轨高架桥正常运营情况下利用数值模拟对不同施工方案造成高架桥桥墩位移变形以及在实际施工过程中收集桥墩变形数据总结相关规律。运用MIDAS-GTS建立三维整体计算模型来模拟地道基坑施工开挖次序,进而动态预测基坑支护结构及高架桥桥墩的位移变形状态,分析了双地道开挖在两种不同施工方案下的数据,得出更有利于施工安全建设的方案。计算结果表明:地道基坑开挖高架桥桥墩水平位移最大值为-3.68 mm,竖向位移最大值为2.14 mm;地道基坑支护结构水平位移最大值为11.89 mm。数值模拟结果与主要监测数据对比分析表明,地道基坑开挖在各个阶段对高架桥桥墩的变形影响均在规范限值以内并与实际监测数据走向基本一致。研究结果表明:该项目数值模拟施工过程中优先施工距桥墩较远的基坑对桥墩产生的扰动较小;较好的体现实际施工过程中桥墩的变形趋势以及变形程度;基坑施工至承台位置时对桥墩变形增量达到最大。     

软弱地基上的碾压混凝土拱坝应力与位移分析

某工程在软弱基础上修建的碾压混凝土拱坝坝高大于100m,基础软弱,应力和位移大,尤其是坝肩向下游位移大。提出设置推力墩新结构来增强拱座受力,限制其变形。示例对水压荷载作用下坝体的应力和位移进行三维仿真分析,表明仅设置30m长的推力墩能消减50％的坝体下游面(水压荷载)拱向拉应力;位移减小20％;坝肩基岩几乎处于微压状态,水压应力向推力墩转移,加大坝基底面减小坝体沉陷。由于推力墩结构减小了拱跨度,增强了拱坝的整体性,分担了主要的坝肩荷载,可使拱坝应力得到改善,位移得到控制。     

朱昌河特大桥4#主墩基础边坡岩体稳定性的数值模拟分析

利用岩土工程软件FLAC-3D对朱昌河特大桥4#主墩基础边坡岩体在自然条件下,桩及承台施工过程、锚杆(索)加固过程以及施加设计荷载状态下的变形及稳定性进行了三维数值模拟分析。结果表明:在上述条件下,4#主墩基础边坡岩体是稳定的,水平位移量和垂直位移量均在设计范围以内。从长远来看,为确保大桥的安全运行,对4#主墩基础边坡进行加固是必要的。     

冲击荷载作用下地基土变形及动力特性

为研究冲击荷载作用下地基土变形及动力特性,在ABAQUS框架内,采用Mohr-Coulomb模型、刚体冲击荷载、非线性大变形有限元算法及ALE(arbitrary lagrangian eulerian)自适应技术,计算了变形、应力和加速度。计算与现场试验结果基本一致,验证了模型的合理性。以该模型为基础,研究了不同能级、不同冲击次数、不同土体弹模对地基土体变形、应力、速度及加速度的影响。结果表明:夯沉量、隆起高度与夯击能呈线性关系,夯沉量和弹性模量近似呈线性关系;冲击荷载作用下土体呈弹塑性变形→弹性变形逐渐恢复→仅剩塑性沉降变形;冲击能量沿40°～45°向下传递且不断衰减,在施工过程宜合理确定夯间距,分遍错位夯实,确保土体得以有效处理;竖向应力时程曲线呈近似三角形形状,仅出现一次峰值应力。     

锚墩框格梁预应力锚索体系受力分析

锚墩框格梁预应力锚索体系的分析涉及土、框格梁和锚墩的相互作用，故受力机理复杂，在将锚墩框格梁预应办锚索体系离散成横向长梁、纵向长梁和锚墩的基础上，提出了锚墩框格梁预应力锚索体系分析模型，与已有模型相比，该模型数学表达式考虑了土、锚墩与框格梁之间的相互作用，还根据框格梁受力特征，提出了锚墩的合理间距范围，实例分析中计算所得的内力分配与现场测量的结果吻合良好。     

齿轮轴3D综合弹性变形和齿向修形曲线的研究

本文根据典型实例进行计算分析,整理出大量数据和曲线,掌握了齿轮轴的整体变形状态并对弯、扭弹性变形作出定量分析,得出齿轮轴的“三维综合弹性变形曲线”,进而提出了“三维齿向理论修整曲线”。文中还分别给出了齿轮轴的弯曲变形量、扭转变形量、轴向压缩变形量、齿的弯曲变形量和轮齿啮合接触区局部弹性变形量等五种弹性变形量的对比数据。并在此基础上提出了“目标修形”(OM)的观点,为轮齿的合理修整提供了新的设想和依据.     

基于改进MSD法的软土深基坑支护侧移规律

软土地层中建造大型深基坑工程时往往面临着较大的风险和挑战,支护结构易发生变形且难以预测.对已有的可动强度设计(mobilizable strength design,MSD)理论进行总结,引入围护结构的弯曲应变能和内支撑的压缩弹性势能,完善基坑变形过程中的能量守恒体系,改进MSD法计算公式,并以济南黄河隧道北岸盾构工作井基坑工程为依托,对软土地层深基坑连续墙的变形进行预测,同时利用有限元分析法进行预测,并将预测结果与现场监测数据进行详细的分析比对,论证改进MSD法+有限元分析法预测体系的可靠性,分析误差来源,提出降低误差的措施,供类似工程参考.     

变截面桥墩复合振动基频近似算法

为了快速准确地估算出桥墩的振动基频,在瑞利法和Southwell频率合成法的基础上导出了变截面桥墩复合振动基频的计算公式.将基频表示成各惯性元和复原元所组成子系统的频率合成,其中惯性元为墩身分布质量和墩顶集中质量;复原元包括基础变形、墩身弯曲和剪切变形.然后用有限元建模来验证该方法,并分析了不同变截面系数和墩顶附加质量比对桥墩基频的影响.计算结果表明,导出的公式与有限元计算结果很接近.该方法适用于各种基础类型的桥墩和高耸结构基频的估算.