基于综合刚度原理的陡坡基桩有限杆单元分析

为分析陡坡段桥梁基桩内力及变形特性,提出一种有限杆单元计算方法。首先,基于综合刚度原理并引入双参数地基模型,建立适用于陡坡基桩内力计算分析的修正有限杆单元刚度方程;在此基础上结合杆系结构受力特征,提出考虑P-Δ效应的杆单元修正矩阵;最后,根据有限杆单元计算原理,基于MATLAB平台编制计算程序,并对某工程实例进行分析。计算结果显示:改进有限杆单元方法可行且具有较高的精度;陡坡段桥梁基桩P-Δ效应显著,应在设计计算中予以考虑;在浅层地基土抗力计算中双参数地基模型较m法精度更高。     

基于反应位移法的复杂软土盾构隧道横断面抗震分析

采用反应位移法,利用ABAQUS软件建立梁-弹簧有限元模型,进行复杂软土场地中盾构隧道横断面抗震分析,并结合天津滨海Z2线软土盾构隧道进行计算。研究表明,在地震作用下,最大弯矩值和剪力值一般出现在拱肩位置,最大轴力值一般出现在拱腰附近;处于复杂地层附近的隧道结构内力值较大,应加强该位置处的抗震构造措施或在选线时尽量避免复杂场地。本文对复杂软土场地中盾构隧道横断面抗震设计具有一定参考价值。     

逆作法与洞桩法分跨开挖施工地铁站位移对比分析

以假定地铁站为工程背景,采用目前施工地铁站较为普遍的逆作法与洞桩法分别进行施工。为对比分析两种工法施工地铁站引起的位移,应用数值分析方法对逆作法和洞桩法在分跨开挖方式下修建地铁站的施工过程进行模拟。经计算有限元模型,得出两种工法在分跨开挖方式下施工地铁站引起的地表沉降、侧桩水平位移、底板隆起的对比图。通过分析位移对比图,得出洞桩法施工地铁站在位移控制方面优于逆作法的结论,从而深化对逆作法与洞桩法施工地铁站作用机理的认识,以期为类似工程提供参考。     

含软弱夹层场地中地下结构抗震分析的反应位移法误差分析

反应位移法是《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)和《地下结构抗震设计标准》(GB/T51336—2018)在均质场地或简单成层场地中推荐使用的地下结构抗震简化分析方法,对于软弱夹层场地中其适用性有待商榷。本文基于ABAQUS有限元分析软件,构造了一般成层场地和含软弱夹层场地,采用土-地下结构整体动力时程分析方法获得了不同工况下地下结构的地震反应。以此为基准,评价分析了反应位移法在含软弱夹层场地中的适用性。结果表明：较一般成层场地而言,含软弱夹层场地中反应位移法所得出的结构反应与动力时程分析方法相比误差更大,在含软弱夹层场地中反应位移法适用性显著降低;从地基弹簧、土层剪力和结构惯性力三方面分析了误差产生的原因,给出了含软弱夹层场地中可使用整体式反应位移法提高计算精度的建议。     

盾构隧道抗震分析的整体强制反应位移法适用性研究

整体强制反应位移法采用土-结构相互作用模型,将地震作用下的土层位移以强制位移的方式施加到整个土层上,从而计算结构在地震作用下的响应。本文以天津某地铁盾构隧道为例,采用整体强制反应位移法进行地铁盾构隧道结构的抗震分析计算。为了验证该方法在复杂软土场地下盾构隧道结构抗震分析中的适用性,以时程分析法为基准,对比分析整体强制反应位移法、反应位移法和时程分析法3种方法计算出的盾构隧道结构内力图和内力峰值。研究表明,整体强制反应位移法具有较好的适用性及易操作性,具有较高的计算精度,是一种方便有效的抗震设计拟静力方法。     

行波输入下连续梁桥纵向墩梁相对位移碰撞效应分析

结合多跨连续梁桥的结构特点,提出了一种能模拟联间碰撞行为的连续梁桥碰撞分析模型.用非线性时程方法对行波输入下连续梁桥的地震碰撞反应进行了参数分析.结果表明:相邻联的周期比对短周期联位移的碰撞效应较大,考虑地震行波输入时伸缩缝处的碰撞效应可能会大幅度增大墩梁的相对位移,从而增大了地震作用下发生落梁的风险;墩梁相对位移随滑动支座摩阻系数的增大而减小.最后提出用一个碰撞效应增大系数来考虑连续梁桥相互碰撞对墩梁相对位移的影响,利用碰撞效应增大系数的概念为连续梁桥防止落梁的设计提供了一个新的思路.     

地下结构强制反应位移法和反应加速度法的对比分析

首先基于地震作用下地下结构的变形受周围地基土变形控制这一相互作用特征,在反应位移法的基础上讨论两种简化分析方法:一种是将土层变形施加在模型边界模拟地震作用;另一种是将土层加速度施加到整个模型上模拟地震作用。这两种简化分析方法都避免了反应位移法中弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率。其次分析不同地震动强度、不同侧边距的计算结果,并用动力时程分析的计算结果校核,分析两种简化计算方法的精度。结果表明:随着地震动强度的增加两种简化分析方法的计算结果都令人满意,使用强制反应位移法时建议侧边距取两倍结构宽度,使用反应加速度法时建议侧边距取三倍以上结构宽度。     

考虑结构底部受剪的建筑层间位移调控及抗震性能分析

为了减少地震对建筑结构层间位移的影响,在考虑结构底部受剪的建筑中,针对层间位移调控与抗震性能的关系展开分析研究。设计建筑层间位移计算方法,计算梁、柱和节点受剪后的侧移,并依据计算结果,设置建筑层间位移限值约束条件,采用降低框架的梁距与柱距、平面结构与立体结构间的转换、弯-剪双重体系等方式,调控建筑层间位移。以某实际工程为例进行抗震性能测试验证,结果表明：所使用的层间位移计算公式的误差小于3.5%;在Kobe波与El-Centro波下的层间位移范围分别为0.43～0.82 mm和0.40～0.42 mm;经调控后,层间位移保持在0.4～1.1 mm之间,能够提升建筑的抗震性能。     

地下结构地震反应规范计算方法的对比分析

随着地下空间大规模开发利用,地震灾害对其造成的潜在威胁不容忽视。基于《城市轨道交通结构抗震设计规范(GB50909-2014)》和《地下铁道建筑结构抗震设计规范(DG/TJ08-2064-2009)》建议的分析方法,选取惯性力法、反应位移法(国家规范法、上海规范法)、动力时程方法(线弹性方法、等效线性化方法)三类共5种计算方法,以典型两层双柱三跨地铁车站结构为分析对象进行地震反应的对比验算,对上述计算方法的适应性进行评价。分析结果表明,与动力时程方法相比较,惯性力法计算得到的侧墙剪力值偏大,中柱结果较为接近;对于反应位移法,国家规范方法和上海规范方法的计算模型略有不同,但两者计算结果基本相近,其中土体强制位移、集中地基弹簧、土体动剪切模量等参数取值对计算结果影响显著;对于动力时程方法,线弹性方法和等效线性化方法的结果较为接近,且变化趋势相同。     

SV波斜入射下凸起地形对地震动特性的影响分析

针对10种不同坡角的凸起地形,采用基于透射边界的有限元-有限差分计算方法,研究了局部凸起在SV波斜入射时,地震动峰值加速度放大倍数和反应谱谱比随入射角度的变化规律。结果表明:①地震波以一定的角度斜入射时,地表大部分观测点的峰值加速度放大倍数大于垂直入射的情况;②在计算模型宽高比一定的情况下,最不利入射角度与坡角有一定关系,且地表最不利位置随坡角增大由凸起台地边缘向中心移动;③入射角度对凸起地形地震反应谱特性的影响十分显著,不但影响谱比的幅值,也影响谱比曲线的形状,斜入射时各关键节点大部分周期点的谱比值大于垂直入射,入射角度对反应谱中的高频成分影响较为显著,而对长周期成分影响不大。     

水平循环荷载作用下海上风电桩累积变形研究综述

综述了水平循环荷载作用下海上风力发电桩基础累积变形的特征及现状,总结了国内外针对海上桩基累积变形的三种常用试验方法:基于p-y曲线的修正法、基于试验的经验拟合法与数值分析方法,并且分析了各类方法的优势与值得商榷的地方,探索实际环境的众多因素对理论的影响,指出该领域的发展趋势是模型统一化、不饱和状态、桩-土等多因素耦合作用下的风电桩累积变形研究,进而利用风电桩的累积变形理论来完善海洋能源工程的设计施工。     

线性波浪加载下海底斜坡失稳机制的数值分析

基于大型有限元软件ABAQUS中的荷载模块,添加一阶波浪力载荷模式,并结合强度折减技术,实现波浪力作用下海底斜坡稳定性与失稳机制的弹塑性有限元数值分析。引入典型算例,利用先前提出的波浪荷载下海底斜坡稳定性的极限分析上限方法开展数值解的对比验证;在此基础上,通过深入地变动参数比较分析,探讨不同波长、波高和水深等波浪参数对计算结果的影响以及波浪力影响下海底斜坡潜在滑动面的变化规律,获得波浪荷载下海底斜坡失稳滑动机制的初步认识。     

均质地基中桩-桩位移相互作用系数的有限元分析

在实际工程分析中用有限元法模拟无限域需要考虑很大一部分桩周土体来保证计算的精度,从而导致计算量的增大,同时对计算机的要求也很高。特别是对于大规模的群桩问题,有限元的计算工作量使一般的计算机无法满足其要求,这就限制了其在实际工程中的应用。本文基于叠加原理用有限元法计算桩-桩位移相互作用系数,不仅能减少群桩的计算量,又能提高计算精度。     

爆炸荷载作用下海洋平台结构的动力响应分析

采用理想化的压力—时间曲线模拟爆炸冲击荷载,压力—时间曲线为简化的三角形荷载形式。考虑应变率效应对钢材的影响,应用LS-DYNA有限元分析软件,对导管架海洋平台在爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行数值模拟和分析,得到了不同峰值爆炸荷载作用下,海洋平台结构上层甲板、中层甲板和立面结构重要节点的动力响应时程曲线。结果表明：上层甲板和中层甲板节点竖向位移的绝对值随着爆炸荷载峰值压力的增大而增大,当爆炸荷载峰值压力为20～70kPa时,节点区域内均处于弹性状态,当爆炸荷载峰值压力为80kPa时,节点区域内进入了塑性状态。立面平台节点的水平位移随着爆炸荷载峰值压力的增大而增大,当爆炸荷载峰值压力为20～80kPa时,节点区域内进入塑性状态。     

爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一。爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土柱造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少。本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析。建立了方钢管混凝土柱实体有限元模型,其中混凝土采用HJC模型,方钢管采用考虑应变率的塑性随动强化模型,爆炸荷载施加在柱子一侧表面。通过对方钢管混凝土柱的破坏过程的模拟,比较分析了其在不同＂比例距离＂下的动力响应和破坏形式,进而得出方钢管混凝土柱的破坏机理。在爆炸荷载作用下,方钢管对其核心混凝土有一定的约束作用,使其处于复杂应力状态之下,从而使混凝土强度得以提高,塑性和韧性同时得到改善;同时,由于混凝土的存在,延缓了方钢管柱底和柱顶过早地发生局部屈曲。随着＂比例距离＂的增大,柱中水平位移逐渐减小。结果表明,方钢管混凝土柱具有良好的延性、优越的抗爆性能,所提出的破坏机理可供结构抗爆设计的进一步研究参考。     

水平荷载作用下PCC桩群桩效应数值分析

采用三维弹塑性有限元方法,研究了PCC桩群桩在水平荷载作用下的工作性状。比较了PCC桩群桩和等截面实心圆形桩群桩的水平承载力和群桩效率,得到了PCC桩纵、横向群桩效应的临界桩距;分析了桩距、桩数、桩顶约束条件对PCC桩群桩效率的影响。研究表明,PCC单桩和群桩的水平承载力都较等截面实心圆桩大;PCC桩纵、横向群桩效应的临界桩距分别约为外径的7.4倍和2.8倍;桩距愈小、桩数愈多,PCC桩群桩效率愈小,当设计桩距小于临界桩距时,应考虑群桩效应;PCC桩桩顶固接或铰接时,弯矩分布和承载力差异较大,设计中可以通过改变桩顶的约束条件来协调桩身受力性状。     

循环荷载作用下不均质地层中盾构隧道纵向响应研究

修建在纵向不均质地层中的地铁隧道,由于列车循环荷载的作用,会导致隧道下部的土体产生不均匀沉降,对既有隧道产生不利的影响。针对这一问题,提出考虑隧道剪切效应的地基不均匀沉降对既有隧道竖向变形影响的解析解。既有隧道简化为搁置在Winkler地基上的Timoshenko梁,通过两阶段分析法,分析下卧地层不均匀沉降引起的隧道响应。首先确定列车荷载引起的动偏应力,并运用土层的力学指标计算出静偏应力和破坏偏应力。然后运用累积应变的经验公式计算出隧道下部土体的累计沉降,将土体的沉降转化为力施加在隧道上。基于Timoshenko梁理论,建立考虑隧道剪切效应的隧道竖向变形微分方程,求解得到隧道变形的解析解,进一步可以得到隧道的弯矩、剪力、转角、错台。     

非均质软基上桶形基础承载性能有限元分析

作为海洋平台的基础部分,桶形基础不仅承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用,而且往往还遭受波浪等所产生的水平荷载及力矩等其它荷载分量的作用。因此,确定软基上桶形基础在竖向荷载（V）、水平荷载（H）和力矩（M）等共同作用下的承载特性,建立其在复合加载模式下的破坏包络面,并进而依此评价海洋平台基础及地基的稳定性,是桶形基础设计与施工中的关键问题。在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,采用基于Mises屈服准则的完全弹塑性本构模型,对横观各向异性软基上桶形基础的承载性能进行了三维弹塑性数值分析,探讨了软黏土不排水抗剪强度的各向异性对单个荷载和复合加载作用下桶形基础承载性能的影响。     

分级加载时超固结粘土的一维非线性固结分析

采用土层孔隙比与固结压力和渗透系数之间的非线性经验模型,考虑天然饱和粘土的应力历史影响以及施工荷载分级加载的情况,建立了超固结饱和粘土的一维非线性固结控制方程,采用有限差分法离散求解了该方程,并编制了相应的计算程序;最后对考虑与不考虑超固结特性的饱和粘土一维非线性固结和线性固结的结果进行了比较分析。     

液化场地桥梁足尺桩抗震简化分析方法

采用国际VELACS项目中离心机试验标定的内华达砂的动力计算参数,建立液化场地足尺桩-土动力相互作用分析的三维有限元模型;获得不同幅值的正弦波作用下桩-土动力相互作用的p-y曲线,修正并发展一种可用于液化场地桩-土动力相互作用分析的宏单元模型,并基于非线性文克尔地基梁模型建立桥梁足尺桩抗震分析的数值模型与简化方法,通过有限元分析结果验证该简化方法的正确性。