泥石流块石冲击下钢框架动力响应分析

探究在泥石流块石冲击下山地地区钢框架结构建筑物的动力响应,运用显示动力学方法对5层钢框架结构计算模型进行数值模拟,分析不同速度的冲击物作用在结构不同位置时的动力响应.结果表明:在冲击物速度不变的情况下,冲击荷载作用于结构的不同位置时,其动力响应差别较大,节点处的响应明显小于梁、柱部位,边跨节点响应要大于中间跨节点;冲击物作用于节点时结构中边跨节点的材料最先进入塑性,且最容易发生破坏,而中间跨节点处相连接的3根梁受到的等效应力最大,材料最先进入塑性;通过对比沿冲击方向梁上某些单元的等效应力,可知在冲击物作用下节点处所承受的能量比梁的要大,撞击所引起的动力反应是局部性的;柱子在冲击过程中吸收的能量最多,是结构受到冲击时最容易发生破坏的部位.     

不同类型拦挡坝拦蓄特征试验研究

由于陇南泥石流灾害破坏性强,拦挡坝拦蓄性能不清晰,因此通过无泄水涵洞拦挡坝、有泄水涵洞拦挡坝及不设拦挡坝的对比试验,模拟了泥石流发生后坝体的拦蓄性能和流体特征。通过试验获取了坝后淤积物体积函数模型,并讨论了拦挡坝振动加速度、冲击力和槽底不同位置处含水率变化情况。结果表明：加拦挡坝减弱了泥石流对试验槽壁和槽底的陶蚀振动,无泄水涵洞拦挡坝因坝体封闭,短期内淤积了大量泥石流,导致其对试验槽的振动小、流通间隙短,对坝前的冲击力整体减弱,水石分离变差;有泄水涵洞拦挡坝因涵洞的汇流、疏通作用,导致其对试验槽振动较大、流通间隙较长,其坝后淤积量为无泄水涵洞拦挡坝的1/3,且因涵洞的分流作用,使其对坝前冲击力整体增大。分析含水率数据得出,淤积区和未淤积区的分界处,其含水率较其他部位低。基于上述单拦挡坝的性质,再加之陇南多数拦挡坝已淤满,因此,构绘了多坡度新型拦挡坝,其主要特征为,在坝体的背面设置了不同坡度的冲击面,其很好地减弱了泥石流的冲击力,多坡度面分别为跌水区、缓坡区、大角区。     

内置H型钢泥石流拦挡坝抗块石冲击性能研究

为了解决普通重力式泥石流拦挡坝在泥石流灾害中容易被大块石损毁的问题,充分利用H型钢塑性韧性好、抗冲击性能好的优点,提出了一种内置H型钢的新型泥石流拦挡坝(简称内置H型钢新型坝).运用有限元ABAQUS软件对其进行块石冲击作用下的数值模拟,从坝体的坝底支反力、顶部位移、加速度、能量吸收等方面与普通重力式泥石流拦挡坝进行动力响应的对比分析,结果表明:内置H型钢新型坝的支反力比普通坝可减小约1/2,新型坝的顶部位移是普通坝的9/13.混凝土与H型钢形成双重拦挡的效应,在混凝土崩裂后,H型钢仍具有较好的承载能力与变形能力.加入H型钢的新型坝改善了普通重力式泥石流拦挡坝的抗冲击性能,可有效减弱泥石流块石冲击的灾害.     

基于水槽试验的泥石流拦挡坝泄水涵洞调控性能

拦挡坝体上布设泄水涵洞对泥石流破坏力的调控能力问题长期未得到强有力的证实。为此,采用室内水槽试验模拟泥石流对3种类型拦挡坝(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)的作用过程,从中获取拦挡坝坝后泥位、振动加速度、体积含水率和孔隙水压力等力学参数的变化数据,对比分析泥石流拦挡坝泄水涵洞的调控性能。结果表明：拦挡坝布设泄水涵洞会促使泥石流快速完成水石分离,减轻泥位的剧烈变化;加设拦挡坝后,泥石流的振动加速度会大幅减弱,且3种类型拦挡坝的坝后振动加速度数据比较接近,说明拦挡坝是否布设泄水涵洞对其遭受泥石流冲击力的大小几乎无影响,拦挡坝布设泄水涵洞并不会明显降低坝体安全性;Ⅰ型拦挡坝对体积含水率影响大,Ⅱ型、Ⅲ型拦挡坝体积含水率瞬间增大后又快速回落,说明布设泄水涵洞对减小坝前雍水的效果明显;预留泄水涵洞后,可以明显减轻下游坝体的孔隙水压力破坏,达到保护下游坝体的目的。以上试验现象说明,拦挡坝增设泄水涵洞可显著降低泥石流的破坏作用。     

泥石流冲击作用下砌体结构破坏机理研究

利用LS-DYNA建立了某二层砌体结构的有限元模型,研究了泥石流冲击作用下砌体结构的破坏机理,对比了黏性泥石流和稀性泥石流冲击作用下结构的整体响应,讨论了泥石流速度对结构破坏位置和位移的影响.结果表明:在黏性泥石流冲击作用下,结构仅碰撞位置发生破坏;在稀性泥石流冲击作用下,结构在碰撞位置和底部支座处均发生破坏;碰撞过程中,结构整体位移很小,除被撞横墙外,其余部位均处于弹性状态;结构的位移响应随泥石流速度的增加而增大,当速度增加到一定程度时,结构位移响应不再符合上述规律.     

冲击荷载下固支梁弹塑性动力响应分析

为了研究在冲击荷载下固支梁的弹塑性动力响应,首先利用能量法推导固支梁在冲击荷载下动力响应的简化计算方法,将跨中挠度和冲击荷载响应作为梁动力响应的评价指标;然后通过一些算例对固支梁与简支梁的动力响应进行对比来探讨不同边界条件对受力的影响,为结构抗冲击安全设计提供指导;最后利用有限元软件ANSYS/LSDYNA模拟固支梁在外部冲击物碰撞作用下的动力响应并与解析结果进行对比,在分析时考虑材料应变率和接触变形.结果表明:提出的弹塑性动力响应判别方法、动力响应简化计算方法和评价指标都是可行的;固支梁相对于简支梁更有利于承受冲击荷载;当质量比与冲击物速度比较适中时,跨中挠度和冲击荷载响应的解析解和数值解相符较好;在相同的冲击能量下,冲击物质量和速度所占的比例不同,动力响应所经历的时间历程不同.     

刚性吊杆拱桥主要受力构件冲击效应差异性

拱梁组合体系桥梁以主梁、吊杆和拱肋构成上部结构,为分析此类桥梁各主要受力构件的冲击效应差异性,对复杂桥梁的结构设计及承载能力评估提供冲击效应分析的方法参考,依托厦门天圆大桥,建立精细三维车桥耦合振动体系的分离迭代法,开展拱梁组合体系主梁、拱肋、刚性吊杆构件的冲击效应数值计算,分析行车速度、路面不平度、不同车辆模型、车辆行驶的车道位置等因素对各主要构件冲击系数的影响,并利用结构实测应变数据计算实测冲击系数,验证数值计算结果的可靠性.研究表明,拱梁组合体系桥梁3种主要受力构件的冲击效应存在显著的差异性,且比按照规范依据桥梁基频计算的冲击系数大;拱桥刚性吊杆尤其是短吊杆冲击效应较大,在桥梁运营及维护中应重视其动力问题引起的结构安全问题.     

泥石流大块石冲击作用下桩林结构的破坏形式及其优化分析

桩林结构在拦截泥石流大块石的实际应用中较为广泛,但由于理论研究匮乏,导致该类型拦挡结构在实际应用中主要凭借工程人员的经验来确定具体尺寸。选取了桩林结构的典型"品"字形桩林结构单元,创新性地建立桩林结构破坏的力学模型,分析得出桩林结构破坏的三种主要形式及相应的临界条件。利用ANSYS Explicit Dynamics软件对不同的荷载作用位置下,桩间距、排间距不同的"品"字形桩林结构进行了块石冲击下的动力响应模拟和分析,数值分析结果与力学模型分析得出的结果较吻合。对结果总结分析后,得出桩间距、桩排间距、荷载作用位置对桩林结构破坏形式的影响。     

泥石流大块石冲击作用下桩林结构的破坏形式研究及其优化分析

桩林结构在拦截泥石流大块石的实际应用中较为广泛,但由于理论研究匮乏,导致该类型拦挡结构在实际应用中主要凭借工程人员的经验来确定具体尺寸。选取了桩林结构的典型"品"字形桩林结构单元,创新性地建立桩林结构破坏的力学模型,分析得出桩林结构破坏的三种主要形式及相应的临界条件。利用ANSYS Explicit Dynamics软件对不同的荷载作用位置下,桩间距、排间距不同的"品"字形桩林结构进行了块石冲击下的动力响应模拟和分析,数值分析结果与力学模型分析得出的结果较吻合。对结果总结分析后,得出桩间距、桩排间距、荷载作用位置对桩林结构破坏形式的影响。     

桩板墙泥石流拦阻结构模型试验研究

我国地域辽阔,每年均发生大量的泥石流灾害,给人民的生命财产安全带来巨大威胁。随着我国的经济不断发展,越来越多的泥石流隐患被治理;但是泥石流的形成原因复杂,不仅仅与地形相关,还与气候、地质和地下水等因素有着密切联系,这也就导致泥石流治理工程中拦挡结构的形式必须要根据现场实际情况来确定。常见的拦挡结构有重力式坝等,近年来桩板墙也被引入到泥石流的治理工程,桩板墙具有强度高、节省材料和拦挡效果好等优点。以舟曲某泥石流沟中桩板墙泥石流拦挡结构为背景,设置了桩板墙模型,放置在水槽中模拟泥石流冲击桩板墙的过程,通过布置在桩板墙迎水面的压力传感器来分析桩板墙的受力情况,并综合桩板墙的拦挡效果、排水效果和坝后淤积等情况进行研究。得到(1)目前已知的泥石流治理工程和模型试验中的桩板墙拦挡效果均比较明显,能够可以有效拦挡泥石流固体物质冲出物;(2)现有部分桩板墙工点及模型试验表明:桩板墙拦挡结构在泥石流的前期,可以通过泄水孔将水及时排出;但是当桩板墙后部淤积的固体物质达到一定厚度时,会导致排水通道被堵塞,影响排水;(3)桩板墙在泥石流治理工程中的受力模式不同于其在边(滑)坡工程中的受力,试验表明泥石流拦挡工程中桩板墙受到的冲击力由上向下逐渐增大,且桩板墙中部受力普遍比边缘要大。     

柴达木盆地泥石流灾害特征与治理

柴达木盆地因其特殊的地质环境背景,泥石流成为盆地内地质灾害主要灾种。为系统地总结分析研究该灾种,通过充分收集资料,结合实地调查和已实施的泥石流灾害防治工程,总结出了该地区泥石流特征,分析了泥石流形成机理,并对泥石流防治工程进行了论述评价。泥石流类型以粘性泥石流为主,水石流次之,规模为中小型,易发程度为低-中等易发。形成机理主要受地形地貌、物源条件、水动力条件、植被条件和人类工程活动诱发因素控制。在泥石流沟中、上游采取拦挡坝稳拦固体物质和下游采取排导渠保畅等是工程治理的主要措施。     

冲击荷载作用下Winkler地基上横观各向同性浅球壳的动力分析

对冲击荷载作用下Winkler地基上横观各向同性浅球壳的非线性动力响应进行研究。考虑壳的几何非线性,建立适合任意边界的Winkler地基上浅球壳受冲击荷载作用下的非线性运动微分方程;通过分析冲击荷载与浅球壳之间的弹性接触效应和利用正交配点法,研究冲击荷载作用下Winkler地基上壳体中点位移响应随Winkler地基刚度、撞击物的初始速度、撞击物接触点位置、壳体几何性质的变化规律。计算结果表明：随着撞击物体初速度增大,Winkler地基上浅球壳中点的位移响应随之变大,且浅球壳体几何性质的变化会引起壳中点位移的变化;撞击作用接触点位置亦对Winkler地基上浅球壳中点位移响应的影响很大。     

冲击荷载作用下WinMer地基上横观各向同性浅球壳的动力分析

对冲击荷载作用下Winlder地基上横观各向同性浅球壳的非线性动力响应进行研究.考虑壳的几何非线性,建立适合任意边界的Winkler地基上浅球壳受冲击荷载作用下的非线性运动微分方程;通过分析冲击荷载与浅球壳之间的弹性接触效应和利用正交配点法,研究冲击荷载作用下Winkler地基上壳体中点位移响应随Winkler地基刚度、撞击物的初始速度、撞击物接触点位置、壳体几何性质的变化规律.计算结果表明:随着撞击物体初速度增大,Winkler地基上浅球壳中点的位移响应随之变大,且浅球壳体几何性质的变化会引起壳中点位移的变化;撞击作用接触点位置亦对Winkler地基上浅球壳中点位移响应的影响很大.     

断层破碎带相对位置影响下隧道的地震响应分析

依据地震波衰减效应确定模型的动力加载方式,将计算得到的地震波输入到能够考虑隧道与断层不同相对位置的典型数值模型中,研究断层破碎带影响下隧道结构的地震动力响应规律。研究结果表明:隧道与断层破碎带的相对位置关系对震害程度影响显著;隧道位于断层上盘时,地震动力响应比相交或位于下盘的情况剧烈;地震破坏主要发生在边墙肩部和角部位置,且断层破碎带与地震作用方向的夹角较小时,隧道结构的动力损伤较严重。     

蜗壳脉动频率对厂房动力响应的影响分析

结合某抽水蓄能电站的工程,分析了不同边界条件对厂房结构抗振性能的影响,通过谐响应法计算了蜗壳脉动水压力在不同频率下厂房各结构的动力响应.结果表明,在不同频率的脉动水压力作用下,厂房各结构的位移和应力响应值都较小,但加速度响应值较大,当脉动频率达到转轮叶片数频率时,厂房上部结构的动力响应要大于下部结构;当脉动频率大于两倍的转轮叶片数频率时,随着频率的增加,动力响应效果逐渐向厂房下部转移.     

泥石流作用下拦挡坝的流固耦合分析

为探究泥石流浆体与防治工程之间的耦合作用关系,将大型通用有限元软件集成平台ANSYS Workbench下的计算流体动力学分析软件CFX与结构静力分析模块Static Structural相结合,对泥石流灾害防治工程中广泛应用的重力式拦挡坝进行空库过流条件下的单向流固耦合分析,并且在分析过程中特别引入了水利水电工程拱坝体型设计中的柔度系数.结果表明,流动状态稳定后的泥石流浆体总压力符合液体压强沿深度方向上小下大的层状分布规律;外流场分析得到的泥石流冲击力与规范公式计算值十分接近,二者误差不超过5%;建议以流动状态稳定后的浆体动压力作为泥石流流体作用下的最不利荷载;如果重力式拦挡坝的柔度系数超过15,则在力学上属于平面应变问题.     

泥石流大块石冲击下钢拱拦挡坝的抗冲击性能

为使透水型拦挡坝更有效地拦蓄泥石流中的大块石,结合拱结构的受力特点,设计出一种钢拱结构.利用非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,用钢球模拟泥石流大块石,分别对钢拱结构的两种坝体类型的3个典型部位进行大块石冲击下的动力响应模拟,从结构的应力、冲击力、位移3个方面进行对比分析.结果表明:与钢拱网格坝相比,钢拱混凝土网格坝的应力大小随着时间的增加,在同一荷载条件作用下应力减少的幅度为15.7%,冲击力峰值明显大于钢拱网格坝;位移较钢拱网格坝显著降低,说明钢拱混凝土网格坝具有良好的抗冲击性能.     

基于Rayleigh阻尼模型的层间隔震结构上下部选择

建立了层间隔震结构的多质点系简化模型及结构动力方程,采用Newmark时程分析法,利用MTALAB对层间隔震结构上下部结构采用Rayleigh阻尼模型时的不同参数取值方法进行研究.结果表明：采用不同振型阻尼比时,层间变形差异较小,但加速度响应特别是下部结构的加速度响应差异较大,取振型阻尼比ξ数值为1%时计算偏于安全;采用不同振型频率时,第2阶和第3阶2种情况的层间变形和加速度响应差别较小,取第3阶的情况下地震响应要大于取第2阶的情况,在实际工程中按第3阶取值时计算偏于安全;采用刚度相关型和Rayleigh型2种情况的层间变形和加速度响应差别较小,采用质量相关型加速度地震响应较大,在实际工程中采用质量相关型计算时偏于安全.     

汽车制动作用下预应力混凝土简支梁桥的动力响应及冲击系数研究

基于三维车桥振动模型研究了汽车制动对桥梁的冲击作用.选用一辆典型三轴重车模型,获得了汽车制动时预应力混凝土简支梁桥的跨中动力响应及冲击系数.研究了刹车位置、减速度、初速度、路面平整度、桥跨长度等因素对动力冲击系数的影响,并将计算得到的动力冲击系数与中国规范进行了对比.结果表明,汽车刹车对桥梁的冲击效应随着制动力的增大而增大,并且在桥梁前半跨内刹车产生的动力冲击效应要大于在后半跨内刹车.同时,汽车制动时桥梁的动力响应及冲击系数均明显大于车辆匀速行驶的情况,且冲击系数可能超出规范值.     

考虑空化效应的水下爆炸舰船结构响应研究

建立某舰船典型舱段结构模型,采用声固耦合法分析舰船结构在水下爆炸作用下的动力响应特性,分析了二次加载及空化区域随时间的变化情况.当考虑空化效应时,分别给出药包在不同深度和不同舷侧角度爆炸情况下,舱段结构典型位置的加速度和速度响应量的时间历程曲线,总结了舱段典型位置各响应量峰值的变化规律.结果表明:空化区域溃灭产生的二次加载作用会对结构响应产生较大影响,在二次加载作用下结构振动更剧烈,载荷作用时间更长;相比于舱段底部,随着爆深的增加,甲板和舷侧的响应受二次加载的影响较小;当爆点沿舷侧不同角度分布时,对于舱底和甲板结构,型深方向的响应峰值均为最大.