兴教寺玄奘塔频域地震响应分析

为了研究兴教寺玄奘塔在地震作用下的动力响应,考虑了地震作用的随机性并引入地基阻抗系数,分析了砖石古塔与地基相互作用系统频域响应的计算模型,通过线性等效的方法,推导了结构响应的功率谱密度函数。并结合玄奘塔的场地与地基条件,建立了玄奘塔地基与结构相互作用体系的计算模型,按场地条件输入三向地震波,计算了结构的频域动力响应,给出了各楼层顶的位移放大系数及加速度功率谱。结果表明,影响玄奘塔位移放大系数及加速度功率谱响应的频带均较宽,其中南北方向及竖向位移响应、底层的竖向加速度的频域响应具有两个峰值,且响应的峰值所在的楼层为第3层及顶层。因此,玄奘塔在地震作用下结构的危险截面位于3层及顶层,与砖石古塔的历史震害规律一致。     

崇寿寺砖塔结构地震损伤数值分析

为研究陕西省蒲城县崇寿寺塔在地震作用下的损伤机制,依据古塔原位动力测试结果修正结构等效弹性模量,并引入砌体损伤参数确定受拉与受压损伤因子,建立了古塔结构的数值计算模型,按场地条件选择EL-Centro波作为输入地震动,分别按中震及大震要求输入相应峰值的地震波,完成动力计算得到了崇寿寺塔在各工况条件下结构楼层的受拉及受压损伤云图,分析了结构损伤累积的模式。结果表明,中震作用下崇寿寺塔不发生受压损伤,受拉损伤开始于第7层,并逐步往下扩展至第4层;而在大震作用下古塔中轴线部分区域产生受压损伤,受拉损伤开始于第6层并逐步累积并扩展至其它楼层,最终除顶部两层外,其余楼层均发生受拉损伤。由计算结果可见,崇寿寺塔地震损伤模式为中部楼层受拉损伤累积而扩展至其它楼层,从而使结构发生破坏。     

砖石古塔纠偏技术分析

结合砖石古塔及纠偏技术的特点,对古塔纠偏方案的选择进行了分析,阐述了各纠偏技术对古塔纠偏的适用性,同时探讨了西安大雁塔的倾斜机理,就“成孔—软化”纠偏方案对该塔的纠偏进行了适用性研究。     

基于多层中轴点拟合的古塔变形检测

提出一种新的古塔倾斜测量及质量评价方法.针对古塔层层收分、斗拱檐口及棱角模糊导致变形测量特征点难以确定的问题,提出利用圆拟合的方法确定古塔各层中轴点.在古塔中心轴线拟合中,引入整体最小二乘法进行平差解算,克服了系数矩阵存在误差的问题.除计算古塔整体倾斜度,还计算各层倾斜度和扭曲度以反映古塔的详细变形情况.相比传统的简单利用塔顶和基座的相对位移和塔高来计算古塔倾斜的变形检测方法,采用多层中轴点拟合的检测方法更加准确和详细地反映了古塔的变形.     

基于空间直线拟合的古塔变形趋势研究

采用粒子群算法求出古塔各层的中心点坐标,并对塔层中心进行空间直线拟合.根据拟合直线的方向向量算出塔体每年偏转角度的近似值.对塔层中心的投影点作直线拟合,以投影点在拟合直线上的疏密程度判断塔体局部弯曲程度;以投影点偏离拟合直线的远近及分布判断塔体局部的扭曲程度.研究结果为古塔变形趋势研究提供了新方法.     

古塔层何以奇数居多

提起古塔,人们自然会想到西安大雁塔、杭州六和塔、辽阳白塔等名塔。据载,我国现存的古塔大约有2000余座,塔的种类和样式繁杂众多,但塔的层数却大都是奇数,尤以七至十三层居多。如杭州灵隐寺的石塔为七层,著名的西泠印社的严经塔是十一层,最多的云南大理南沼塔是十七层。少林寺塔林中的墓塔亦属奇数之列。而偶数层的古塔在全国寥寥无几,仅北京房山有一座六层塔,再者云南大理崇圣寺的千寻塔是十六层。     

采用弹塑性损伤力学的砖石建筑遗产结构性能非线性有限元分析

为了研究中华门城堡的结构安全性能及残损病害的成因,在Drucker-Prager屈服准则的基础上,引入受拉和受压损伤变量.基于ANSYS的usermat子程序,开发砖石建筑遗产的弹塑性损伤本构模型,并采用本构模型对中华门城堡进行有限元模拟分析.通过子程序中的受拉和受压损伤变量,反映结构整体的损伤状况.研究结果表明:中华门城堡最大拉应力出现在拱券与南部城砖砌体墙的交接处、东西及南侧条石砌体墙的上部,最大压应力出现在南侧条石砌体墙下部;损伤变量的分布与中华门城堡现状残损较为吻合.     

砖石古塔的动力特性分析模拟及抗震性能评估

为了模拟泉州六胜古塔的结构动力特性,进而评估其抗震性能.采用时域分析与频域分析方法对古塔结构的脉动和爆破观测数据进行处理,计算分析了古塔结构的动力特性;创建古塔有限元结构模型,通过拟合实测与理论计算爆破波加速度时程进一步验证有限元模型的准确性,并运用有限元模型分析了古塔的结构动力响应.研究结果表明:在地震力作用下,古塔...     

古塔的变形问题研究

中国古塔由于外界环境、时间变化、人为损毁等因素的影响而产生形变,变形的因素有很多,我们主要对古塔的变形量:倾斜、弯曲和扭曲这3个方面进行分析研究,对这些影响因素做更为精确的量化.利用每一层中心点构成的直线与原始的中心轴构建直角三角形,计算得出塔的倾斜角度,用倾斜角θ来量化古塔的倾斜程度.通过研究古塔每个顶点在地面的投影,利用计算机Mathmatica软件作古塔顶点集在地面投影的直线函数拟合,从而计算扭转后与扭转前两条直线的夹角α,用扭转角度来衡量古塔的扭曲程度.通过分析古塔倾斜角和扭曲度随着时间的变化情况,从而来估测n年以后古塔的变形情况.     

古塔的变形模型与预测

针对古塔的变形问题,根据所给的四年观测数据,利用塔层散点原始数据及其投影分别拟合确定古塔各层中心点的位置,根据观测点数据和中心点位置分析该塔的倾斜、弯曲、扭曲情况,关于时间作拟合,推测出未来古塔的变形趋势．     

管桩-塔脚机械型连接接头及其轴向性能分析

为解决传统桩-塔脚现浇型连接接头存在的受拉性能差、施工周期长等问题,提出了一种新型预应力混凝土高强管桩(precast high-strength concrete pile,PHC)管桩-塔脚机械型连接接头。先通过理论分析对新型连接接头中的圆筒和腹板最小厚度进行确定,再利用ABAQUS软件对其进行轴向性能有限元分析,并将其与传统现浇型连接接头进行对比。研究结果表明:当圆筒厚度为10 mm、腹板厚度为10 mm时,其能满足单项承载力要求、整体承载力要求及经济性要求。在受压荷载下,传统现浇型连接接头最终因塔脚全域受压屈曲而破坏;机械型连接接头最终因连接主体中的圆筒和腹板全域屈服而破坏,其可满足同型号管桩-塔脚的受压设计承载力要求,且可选择增大圆筒厚度和腹板厚度来提高整体受压承载力。在受拉荷载下,现浇型连接接头最终因预埋件中锚筋与混凝土锚固力不足而发生拔出破坏,拉伸位移均为预埋件刚体位移,连接接头具有很差的延性。机械型连接接头最终因啮合式连接接头中的连接销受拉变形过大而破坏,其受拉承载力远大于现浇型受拉承载力且具有较好的延性。     

八地脚塔脚板受拉承载力及其设计参数影响分析

针对我国输电铁塔基础结构中八地脚螺栓塔脚板的相关设计理论研究不成熟,尤其是现行设计规程关于其受拉承载力的计算公式还存在明显不合理的问题,对八地脚螺栓塔脚板开展了受拉承载力试验和仿真研究。设计并搭建塔脚板轴心受拉承载力试验测试系统,对16组塔脚板试件进行单调静力加载,通过试验现象观察和测试数据分析,获得塔脚板在加载进程中的受力机理和破坏模式,为仿真研究提供重要验证依据;基于试验结果,研究八地脚螺栓塔脚板有限元建模方法,通过大量仿真计算结果进一步探讨塔脚板受力机理和破坏模式,探究符合设计安全有效的塔脚板受拉承载力确定方法,并分析底板宽厚比、螺孔位置和加劲肋等塔脚板重要设计参数对其受拉承载能力的影响规律。以上研究将为八地脚螺栓塔脚板受拉承载力计算以及塔脚板参数优化设计提供一定的基础理论和设计参考。     

基础刚度对砖石古塔受力机理影响研究

以西安万寿寺塔纠偏工程为研究背景,对纠偏加固后的砖石古塔的在不同基础刚度条件下的受力机理分析.分别建立增加圈梁、圈梁-地梁组合以及圈梁-地梁-托盘组合模型下的塔体与基础协同工作模型.通过数值计算对比分析基础刚度改变引起的塔体受力的变化;同时探讨基础刚度对塔体动力特性的影响.结果表明:基础刚度增大,塔体应力随之削弱,改善了塔体静力作用下的受力状态和稳定性;基础刚度增大,塔体的自振频率增大,基础刚度变化对高阶振型影响较为明显.     

开明寺唐塔地震反应及抗震能力分析

为了研究开明寺唐塔地震作用下的动态效应,通过力学性能试验确定塔的材料参数,建立塔体的数值模型,计算了结构动力特性,并根据场地条件选取El-Centro波作为地震动,分别按照7度小震、中震和大震进行输入,计算了塔体的动力响应,分析了加速度放大系数、层间位移、层间位移角随楼层高度的变化关系,研究结果可为古塔抗震能力评定提供参考。     

配筋超高性能纤维增强混凝土梁抗冲击性能的多目标优化

为解决超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)梁的抗冲击性能和经济成本之间的主要矛盾,对其开展了多目标优化研究。首先,建立以最大冲击力和比价能为目标响应,UHPFRC梁截面高宽比、UHPFRC强度、受拉钢筋配筋率和体积配箍率为设计变量的多目标优化数学模型。然后,基于响应面试验设计选取样本点,通过非线性接触有限元分析,建立高阶的响应面代理模型;利用方差分析等统计分析技术进行整体拟合效果的验证及预测精度的评估,并分析参数变化的敏感性。最后,将响应面代理模型与多目标遗传算法结合,形成了UHPFRC梁抗冲击性能多目标优化分析方法。研究结果表明:在UHPFRC梁中适当地增加受拉钢筋配筋率及提高截面高宽比,采用强度较低的UHPFRC材料,能显著提高其比价能,并降低冲击瞬间的抗力;提高截面高宽比能改善梁的抗冲击性能,但也会导致接触力增大;提高UHPFRC强度,会增强表面接触刚度,造成冲击瞬间抗力增大,且对比价能的提升作用较小;受拉钢筋配筋率的提高不仅能改善UHPFRC梁的耗能能力,且对冲击力的影响甚微;箍筋用量的改变,不会对最大冲击力和比价能等响应产生明显效果;响应面代理模型可以有效用于UHPFRC梁冲击动力响应的预测及可靠度分析,与多目标遗传算法结合能得到满足不同设计要求的Pareto前沿面,并可给出每组目标函数值对应的设计参数;上述优化方法与思路能较好地应用于类似问题(如滚石撞击、车撞和船撞)的优化设计中,也可促进UHPFRC有效地应用于冲击防护结构中。     

弯应力作用下混凝土结构水力劈裂试验研究

混凝土重力坝坝踵在运行期间易出现拉应力,是坝体的薄弱区域。为研究该区域的水力劈裂问题,采用四点弯曲弯矩+高水压的联合施载方式,模拟混凝土重力坝坝踵受拉状态下的水力劈裂破坏过程。基于不同弯矩与水压值组合,研究坝踵因施工应力出现初始裂缝情况下的水力劈裂问题。结果表明,裂缝发展过程中,混凝土试件的应变可分为线性段及指数段,当应变进入指数段时,试样临近破坏;较小的荷载增量即会打破稳态,促使裂缝失稳扩展;劈裂水压与拉应力存在叠加效应,若最值作用位置相同,裂缝尖端应力集中现象明显,易引起水力劈裂破坏,若作用位置不同,则受拉截面应变分布较均匀,较大限度地发挥了混凝土受拉截面的抗劈拉能力,减弱了水力劈裂作用。     

冻融循环下砼力学性能与相对动弹性模量关系

研究冻融循环作用后混凝土受拉峰值应力、受压峰值应力、受拉峰值应变、受压峰值应变、受压极限应变及受拉初始弹性模量与相对动弹性模量之间的关系.对经过0,25,50,75,100和125次冻融循环作用的C20,C30,C40和C50抗拉试件进行单轴拉伸试验,对经过0,25,50和75次冻融循环作用的C20棱柱体试件进行抗压试验,得出各力学性能随相对动弹性模量变化的规律,回归得出相关的计算公式.结果表明:冻融循环作用后,随着相对动弹性模量的降低,混凝土的受拉峰值应力、受压峰值应力及受拉峰值应变等力学性能指标逐渐减小,而受压峰值应变及受压极限应变却逐渐增大.     

塔底铰接型独塔斜拉桥施工阶段力学特性分析

为了研究塔底铰接型独塔斜拉桥施工阶段的力学行为,通过有限元软件建立空间梁格的数值模型,研究了该结构在各个施工阶段桥塔、主梁的位移、内力和应力变化情况,并对塔底铰接和固结两种设计方案的整体力学行为进行对比分析。结果表明:桥塔最大弯矩位置随着施工阶段不同斜拉索的张拉而发生改变;张拉主梁拉索时,主梁曲率半径外侧受拉,内侧受压;塔底铰接对结构整体受力更加有利。可见塔底铰接型独塔斜拉桥与常规斜拉桥施工阶段的力学行为不同,研究结论可以为未来类似结构的设计、施工和监控提供参考。     

关于古塔变形的研究

基于2013年高教杯数学建模竞赛C题完成的对古塔的变形情况进行研究,针对古塔的倾斜、弯曲、扭曲等方面进行研究分析,并建立相应的数学模型。首先利用给空间平面拟合法确定古塔各层中心位置的通用方法,求解出古塔各层中心坐标;其次计算古塔的倾斜程度以及弯曲、扭曲的变形程度。最后,分析古塔的变形趋势。根据所建模型,得出古塔的变形趋势,对古塔的保护具有很大的指导意义和使用价值。     

山区输电塔滚石撞击响应分析及撞击力计算

输电线路穿越复杂山区和不良地质区域时极易受到侧方滚石撞击。为了掌握滚石撞击作用下山区输电塔受力特性,以某山区800 kV特高压输电线路T型输电塔为对象,采用非线性显式动力学方法,建立了输电塔滚石撞击有限元模型,研究了输电塔撞击区域杆件变形、应力及其时程变化,分析了滚石撞击位置、角度、速度以及滚石直径对输电塔撞击响应的影响规律,给出了输电塔滚石撞击力峰值计算公式,并与其他算法对比验证。结果表明：输电塔滚石撞击力呈现三角脉冲形态,持续时间短、冲击力大;输电塔撞击区域塔杆变形和内力较大,撞击时塔杆应力水平瞬时达到峰值,随后迅速振荡衰减,并逐渐稳定;滚石撞击后塔杆发生塑性变形,出现残余应力,但残余剪应力水平小于残余轴向应力;滚石撞击位置处于1/6～1/8塔高时,滚石撞击力峰值和杆件的残余轴向应力相对较大,撞击角度为0°时,输电塔的撞击响应最为剧烈,撞击速度和滚石直径对输电塔撞击响应影响较大;撞击力峰值拟合公式可用于输电塔滚石撞击力的估算。