强震作用下损伤井架结构的力学演化规律

为了研究强震作用下损伤井架结构的力学演化规律,利用有限元建立某矿山井架结构的数值模型.在模型中,按15％失重率的梯度递增考虑井架立柱的局部损伤.首先对井架模型进行静力和模态分析,静力分析结果表明:随失重率的增加,井架结构损伤处应力和顶层最大位移均增大,并且呈现出二次函数关系;模态分析显示,在所选的失重率范围内,井架结构的局部损伤对其模态频率影响不大.接着对模型进行了强震作用下的动力分析,结果表明:随着地震波峰值加速度的增加,井架顶层最大位移、最大层间位移角和损伤处应力均呈现出线性增长.同时在地震波峰值加速度相同的情况下,失重率对井架结构顶层位移影响显著,和无损井架结构相比,结构顶层最大位移增幅达到76.89％.     

在役升降网架结构的力学性能检测与评估

结合公安部天津消防研究所试验馆升降网架结构,研究了老龄化升降网架结构力学性能的检测和评估方法.制定了一套检测方案,对网架结构的支座、吊点、整体挠度、锈蚀等情况进行了全面检测,分析了吊顶在升降过程中重要构件的应力变化.基于检测数据,建立了吊顶网架锈蚀前后的数值模型,分析了锈蚀厚度对不同工况下网架结构主要力学指标的变化情况.检测结果表明:网架基本情况较好,支座、吊点均连接稳固,整体最大挠度79,mm,满足要求.网架升降过程中,多数杆件处于弹性工作阶段,经过升降过程,能恢复到初始状态.4个吊点附近应力变化明显,部分杆件出现明显弯曲现象.进一步分析锈蚀模型,发现在起吊和未起吊两个工况下,网架的最大应力和最大位移均随着锈蚀厚度的增大呈现二次曲线增长.     

考虑土-结构共同作用悬挑网架多遇地震时程分析

针对某悬挑网架,分别建立网架整体有限元模型(model1)和考虑土-结构共同作用网架有限元模型(model2),通过在三维多遇地震时程作用下网架结果的对比分析,重点考察悬挑网架悬挑端最大位移和与支座相邻杆件应力的变化情况.结果表明,考虑土-结构共同作用时,悬挑网架悬挑端最大竖向位移较整体模型时增大,部分与支座相邻杆件应力增大.建议在工程设计中对中软场地土上的悬挑网架考虑土-结构共同作用.     

考虑杆件初弯曲的单层球面网壳稳定性能

基于通用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序,针对是否考虑杆件初弯曲的单层球面网壳结构进行对比分析.采用随机缺陷模态法进行了考虑杆件初弯曲的2800余例K8型单层球面网壳的弹塑性荷载-位移全过程分析,掌握了弯曲角度、幅值随机变量对网壳稳定性能的影响规律.论证了一致缺陷模态法和特征缺陷模态法计算杆件初弯曲对网壳极限承载力影响的适用性.提出了适用于计算考虑杆件初弯曲影响的网壳极限承载力修正的一致缺陷模态法.采用修正的一致缺陷模态法进行了300余例考虑杆件初弯曲的K8型单层球面网壳的弹塑性全过程分析.结果显示:采用修正的一致缺陷模态法可以计算考虑杆件初弯曲的单层球面网壳极限承载力的最小值.杆件初弯曲能够降低单层球面网壳的极限承载力,并改变其屈曲模态和塑性发展分布.当最大允许初弯曲为杆件长度的1/1 000时,网壳极限承载力最大下降5%以上;当最大允许初弯曲为杆件长度的2/1 000时,网壳极限承载力最大下降10%以上.     

桁架结构强度计算研究

分别采用轴力杆单元、弯曲-轴力梁单元和三维实体单元的有限元法对桁架结构进行静力分析.计算结果表明:采用轴力杆单元和采用梁单元的轴向应力接近,采用实体单元节点处的最大等效应力远高于杆单元模型和梁单元模型的应力,采用实体模型的位移大于杆单元和梁单元的位移;理想桁架中应力为零的杆件,用梁单元和实体单元计算应力并不为零;桁杆两端和节点存在应力集中,等效应力数值远大于杆件的应力.理想桁架的计算方法的杆件轴向应力虽然计算精度较高,但是不能反映节点的应力集中,桁架的强度计算应该考虑节点的应力集中.文中研究结果可以用于井架及电塔结构的强度设计.     

基于预制累积损伤模型的大跨径梁桥损伤响应分析

针对大跨径PC梁桥建造过程中存在的局部损伤及构件损伤问题,提出预制累积损伤模型及基于此模型的大跨径PC梁桥结构损伤响应分析方法.考虑桥梁施工阶段两种累积损伤效应组合,建立基于预制累积损伤的两类累积损伤工况结构响应模型,对累积损伤导致的梁桥应力和变形状态影响效应做定量和定性分析研究.结果表明,大跨径梁桥在考虑钢筋锈蚀损伤参与组合时,预应力效应损伤引起结构位移明显上拱或下挠;箱梁应力变化影响亦受预应力损伤度控制.     

考虑不均匀沉降的大跨网架结构地震反应分析

针对不均匀沉降对大跨网架结构地震反应的不利影响,提出在柱顶设置不同隔震支座以减小不均匀沉降下结构的地震反应.建立大跨网架结构数值模型,进行模态分析,对比其动力特性.耦合不均匀沉降与地震作用,数值分析得到未发生不均匀沉降和发生不均匀沉降的三种结构在水平地震和竖向地震作用下的动力反应.结果表明,不均匀沉降导致结构发生内力重分布,使不同类型的杆件有大小不同的附加应力;不均匀沉降增大了网架结构的地震反应,也降低了隔震效果;三维隔震支座的竖向刚度较小,能够适应不均匀沉降带来的竖向变形,且对竖向地震作用的隔震效果显著,在发生不均匀沉降时仍具有一定隔震效果,而水平隔震支座则没有.     

锈蚀断丝对拉索力学性能影响的数值研究

钢丝锈蚀、断裂损伤是影响拉索力学性能的主要因素.首先,建立了钢丝径向、索长方向锈蚀损伤分布模型;然后,基于锈蚀钢丝断口形态,分析锈蚀及荷载联合作用下钢丝断裂规律,建立了基于应力强度因子的锈蚀钢丝断裂准则;最后,考虑钢丝间摩擦作用,采用有限元法对拉索钢丝锈蚀、断裂过程进行模拟,研究了拉索中钢丝逐层锈蚀断裂对拉索力学性能的影响.结果表明:拉索钢丝锈蚀断裂后,钢丝应力重分布,断丝对拉索钢丝应力的影响沿截面径向逐渐减小,紧邻断丝层的锈蚀钢丝应力增幅最大,最内层钢丝应力增幅最小;由于钢丝间摩擦作用,断丝应力在恢复长度内呈对数形式恢复且基本同步;恢复长度随断丝百分比增大而增大,与断丝百分比呈二次抛物线关系,并将收敛于3. 3m;拉索索力损失率随断丝百分比增大而增大,拉索少量钢丝的锈蚀断裂对索力影响较小,当拉索锈蚀断丝百分比小于10%时,引起的索力损失率小于4%.     

黄土隧道围岩局部浸水静力特征分析

我国西北地区湿陷性黄土分布广泛,由于其具有孔隙大,强度低等性质,导致黄土隧道修建时面临极大的困难与挑战。为了深入研究黄土隧道围岩局部浸水后对隧道结构稳定性的影响,本文依托定西锦屏隧道,借助Midas/GTS建立隧道模型,分别针对正常开挖后和局部浸水两种工况进行对比分析。研究局部浸水后黄土隧道围岩和衬砌结构的变形规律和力学特征。结果显示：正常开挖与浸水后,围岩最大沉降值均出现在隧道拱顶,开挖后最大沉降值为9.60mm,局部浸水后围岩最大沉降量增大到13.18mm;隧道开挖后围岩最大主应力为59kPa,浸水后,围岩最大主应力出现在拱顶与仰拱处,最大值为89kPa。黄土隧道围岩局部浸水后,衬砌结构的最大压应力为5.06MPa,最大拉应力2.08MPa。最大压应力只达到设计强度的42%,最大拉应力超过抗拉设计强度。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,通过混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0 m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。     

基于增量动力分析方法的单层球壳结构强震损伤分析

为研究地震作用下空间网格结构的倒塌过程及其破坏行为,进而揭示结构的倒塌机理,基于增量动力分析方法(dynamic analysis method, IDA),以单层球面网壳结构为研究对象,考虑材料损伤累积效应,模拟网壳结构在地震作用下的倒塌过程,并分析不同杆件截面尺寸、矢跨比、初始几何缺陷、支座约束数量等参数对结构抗倒塌能力的影响。结果表明:强震作用下,考虑损伤后网壳结构的动力极限承载力比未考虑损伤时其极限承载力下降了20%左右,塑性单元比例上升10%左右;其他参数一定时,加强杆件截面以及矢跨比的减小,均能提高网壳的动力极限承载力,网壳对初始几何缺陷十分敏感,缺陷为跨度的1/100时其极限承载力比完整结构降低30%左右,支座约束减半后,损伤累积效应使结构的地震承载力降低10%左右。因此在结构设计之初,应考虑材料损伤累积效应的影响。     

超载车辆作用对钢桁架梁式悬索桥的影响

针对钢桁架粱式悬索桥工程实例,通过Midas/Civil建立模型计算,运用子空间迭代法得出该桥型的动力特征;再以不同的荷载工况分析主缆和吊索的位移时程曲线及各杆件的内力变化.结果表明:车辆荷载作用下桥跨发生最大位移的部位在1/4跨处;当车辆单侧行驶时,较小荷载引起主缆两侧位移变化不大;随着车辆荷载的增大,未加载侧主缆位移变化明显小于加载侧主缆位移变化;桥梁端部吊杆与桥塔间距大于标准吊杆间距,车辆荷载作用下端部吊杆应力较大;桥梁最不利位置在端部支座位置处以及跨中位置,应重点监测桥梁端部吊杆及钢桁架下弦杆的应力变化,防止由此引起的重大事故发生.     

加筋锈蚀对氯离子侵蚀海底隧道锚固支护结构影响分析

由于长期氯离子侵蚀及干湿交替环境作用,海底隧道锚固支护结构易于加筋锈蚀,造成支护结构强度的降低.结合某海底隧道Ⅲ级和Ⅳ级围岩锚固支护结构设计,基于前人研究理论及试验成果,采用数值分析软件FLAC3D及有限元强度折减思想,探讨加筋锈蚀对锚固支护结构体系承载作用的劣化影响.研究表明,(1)锚杆锈蚀削弱了锚固支护结构的支护强度;随着加筋锈蚀的增加,隧道加锚围岩的变形逐渐增大;锈蚀对隧道加锚围岩起拱线处的收敛变形影响最明显,Ⅲ级围岩位移锈蚀影响度最大可达56.7%,Ⅳ级围岩位移锈蚀影响度最大可达62.98%.(2)锚杆锈蚀降低了锚固支护结构的锚固作用,锈蚀对锚固注浆体的黏结作用的损失影响比对锚杆应力作用的损失影响大;Ⅲ级围岩锚杆最大应力锈蚀影响度最大为11.6%,锚固注浆体最大剪应力锈蚀影响度最大达18.6%;Ⅳ级围岩锚杆最大应力锈蚀影响度最大为12.3%,锚固注浆体最大剪应力锈蚀影响度最大达20.1%;说明锈蚀对Ⅳ级围岩锚固支护结构影响比Ⅲ级围岩略大.研究结果可为海底隧道锚固支护结构运营风险评估提供一定的数据依据.     

悬臂碳纳米管纯弯问题的非局部弹性解

基于Eringen非局部弹性理论和圆柱壳半无矩理论,研究了悬臂碳纳米管的纯弯曲问题。计及小尺度效应的影响,给出了单臂碳纳米管的应力-应变关系,得到了内力场和位移场的理论解。研究结果表明,对半径较小的碳纳米管,尺度效应较为明显。随着碳纳米管的半径增大,尺度效应逐渐减小。当碳纳米管的半径大于或等于8 nm时,可以忽略尺度效应的影响。     

抗剪栓钉对隔震桥梁地震响应的影响

目的研究抗剪栓钉对城市轨道交通隔震桥梁纵向地震响应的影响,分析考虑栓钉的摩擦摆支座组合刚度.方法以某在建城市轨道交通矮墩连续梁桥为研究对象,基于非线性时程分析方法,对比了不同工况下桥梁结构关键部位的地震响应,并分析了不同栓钉抗力对桥梁地震响应的影响.结果曲线、制动墩墩底纵向弯矩时程曲线及梁端纵向最大位移有较大影响;当栓钉剪断时,栓钉抗力对制动墩支座纵向最大位移几乎没有影响,制动墩墩顶纵向最大位移、制动墩墩底纵向最大弯矩随着栓钉抗力的增大而增大,抗剪栓钉的极限抗剪能力宜控制在竖向荷载的6%以内.结论对于城市轨道交通矮墩连续梁桥,进行摩擦摆支座减隔震设计时,要充分考虑抗剪栓钉抗力的影响.     

考虑土-结构作用的层间隔震结构三维地震响应

实际地震具有多维性,只考虑水平向往往不够真实全面,且在考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)中更为复杂,缺少相关的研究分析。建立层间隔震结构模型,利用点弹簧模拟土体参数实现SSI效应,进行三维地震动下动力弹塑性分析。研究三维地震激励下,考虑SSI前后的层间隔震结构的地震响应,通过改变土体性质,探讨了考虑SSI对结构的影响规律。针对三维地震动,设置了三维隔震支座,并与传统水平隔震支座结构进行了地震响应分析对比。结果表明：三维地震下,考虑SSI层间隔震结构地震响应增大,周期有所延长,层间位移角增大,结构损伤加重;采用三维隔震支座后,考虑SSI层间隔震结构的层间位移角和基底剪力均明显减小,结构的损伤程度减轻,三维隔震支座减震性能更优。     

采用装配式滑支板式楼梯的RC框架结构抗震性能

基于ABAQUS对楼梯建立有限元模型,通过与试验楼梯的对比验证数值模型的适用性;用该基础模型分别对采用现浇抗式板式楼梯和装配式滑动支撑板式楼梯的钢筋混凝土(RC)高层框架结构模型进行时程分析,从位移响应、塑性损伤发展及地震响应的角度研究各方式对结构抗震性能的影响,比较了多高层结构滑支楼梯的抗震性能。结果表明:带现浇抗式连接楼梯的框架结构位移响应大,扭转效应加剧,应力更加集中,地震作用增大,结构损伤严重,更易发生受拉及受压破坏;带装配式滑动支座楼梯的框架结构位移较小,应力分布较均匀,构件损伤较小,能作为安全通道在震后得以保留,在位移响应、应力损伤及地震响应多方面的效果均优于带现浇抗式连接的框架结构;带滑动支座的高层相较于多层在整体应力、塑性发展、损伤范围及程度上均更严重,滑动效果表现更好。     

混凝土结构保护层开裂时钢筋的临界锈蚀率模型

基于弹性理论与Bazant理论模型,引入拉伸损伤的概念,对混凝土保护层内环向应力进行修正,建立了混凝土保护层开裂时的临界锈胀力与钢筋临界锈蚀率模型.考虑钢筋混凝土界面间隙及锈蚀产物在裂缝中的填充效应,探讨了完全弹性、Bazant理论模型与拉伸损伤3种不同的环向应力下,钢筋直径、保护层厚度、锈胀系数对临界锈蚀率的影响.结果表明:临界锈蚀率随钢筋直径的增大而减小,随保护层厚度、锈胀系数的增大而增大.弹性下的临界锈蚀率大于Bazant理论模型与拉伸损伤下的临界锈蚀率.最后,与Morinaga的基于试验的临界锈蚀率模型比对,验证了模型的合理性.     

太阳辐射下弦支穹顶叠合拱结构的温度效应

编制程序分析了茌平体育馆弦支穹顶叠合拱结构中室外钢拱在太阳辐射下温度场分布规律,结果显示太阳辐射下钢拱温度场为非均匀温度场,截面温度梯度和杆件平均温度较高.采用考虑太阳辐射影响的温度场研究了弦支穹顶叠合拱结构的温度效应,得到夏季太阳辐射对结构的温度变形和温度应力影响极大,且考虑太阳辐射影响的温度荷载为结构的控制荷载等重要结论.对支座约束刚度、钢拱合拢温度、钢拱刚度等影响弦支穹顶叠合拱温度变形和温度应力的参数进行了参数分析,研究表明,支座约束刚度对支座反力影响极大,但对结构温度变形和温度应力影响较小,钢拱合拢温度和钢拱刚度取值对结构的温度变形和温度应力影响极大.     

海绵城市雨水花园渗漏对邻近建筑地基的影响

以西咸新区海绵城市建设中某一实际工程为依托,针对雨水花园中雨水入渗对邻近建筑物地基的影响问题展开研究。根据工程资料,在Geo Studio软件中完成数值模拟建模;对不同工况进行数值模拟计算,分别得到各工况下雨水入渗对邻近建筑地基的渗流场、应力场、位移场的影响规律。结果表明:随着渗流持时、海绵设施底部压力水头的增加,渗流影响范围增大,但其变化率逐渐减小;渗流影响下土体应力发生改变,基础下部土体表现出更强的"塑性",但总的分布趋势变化不大;建筑地基完成初始沉降后,渗流影响下其主固结沉降(竖向位移)和水平位移相对无渗流时较小;且渗流持时越长,二者的沉降差越大。研究可为海绵城市建设中须考虑渗流影响的诸多问题提供参考。