非对称交通荷载作用下拓宽路堤动力特性分析

针对山西省境内长期承受非对称交通荷载的公路拓宽路堤,采用FLAC~(3D)建立数值模型,土工格栅采用FLAC~(3D)内置土工格栅单元(geogrid)模拟,其余部分均采用实体单元,屈服准则采用Mohr-Coulomb准则。将交通荷载简化为半正弦波荷载,分析非对称交通荷载作用下不加筋和加筋两种工况下拓宽路堤的变形特性及稳定性,进而改变拓宽路堤部分填土参数、交通荷载幅值、频率和行车间隔等参数,分析其对加筋工况下拓宽路堤变形的影响。结果表明:非对称交通荷载作用下,设置土工格栅加筋对新、旧路堤变形的约束作用有限,但能提高路堤的整体稳定性;增大拓宽路堤填土的压缩模量和黏聚力,可减小新、旧路堤沉降差;增大交通荷载一侧幅值会引起新、旧路堤过大差异沉降;增大交通荷载频率和时间间隔,路堤沉降均逐渐减小,但沉降差保持不变。上述结论对受非对称交通荷载拓宽路堤的施工提供了一定的理论依据。     

爆炸荷载作用下钢柱的动力响应与影响因素分析

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,模拟爆炸荷载作用下钢柱的动力响应,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析。考虑了不同爆炸荷载、材料失效应变、单元网格密度、柱高、柱截面尺寸和柱承担的轴向压力等参数的影响。通过对钢柱动力响应时程曲线进行分析,研究爆炸荷载作用下钢柱响应特性及其破坏机理;通过分析,得到各参数对其动力响应的影响规律。分析结果表明：增大柱的截面尺寸,能够降低柱跨中水平位移;增大柱截面高度,能有效地提高钢框架柱的抗爆承载力;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力大小,轴压比值不宜超过0.3。     

地震荷载作用下加筋土挡墙动力特性分析

利用有限元软件对加筋土挡墙在地震荷载作用下的动力特性进行模拟分析,重点分析其在不同加筋长度、加筋间距以及峰值加速度条件下的动力响应特性。通过有限元分析一个高6m、底部为基础土的加筋土挡墙在地震荷载作用下的行为,针对理想化墙体研究加筋土挡墙的某些动力特性。模拟计算结果表明加筋土挡墙的加筋长度、加筋间距以及峰值加速度的变化对其水平位移、沉降及受力有较大影响。采用长度大的加筋材料可以有效减小加筋土挡墙的水平位移,但这样将导致加筋拉伸荷载的增大,同时也将导致加筋土挡墙的隆起增大。峰值加速度的大小对加筋土挡墙的水平位移有很大影响,当峰值加速度增大时水平位移也随之增大,但并不呈线性增长关系。减小加筋间距会有效地限制加筋土挡墙面板整体的水平位移,但在一定范围内减小加筋间距也会使加筋区域内土体底部挡墙的水平位移出现相对增大的现象,因此通过减小加筋间距来限制加筋土挡墙的位移在一定程度上具有局限性。     

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。     

简谐横荷载作用下Winkler地基上有限长梁1/3次亚谐共振分析

基于Winkler地基模型及Euler - Bernoulli梁理论,建立了Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程.运用Galerkin方法对运动方程进行一阶模态截断,得到离散的非线性振动方程,利用多尺度法求得该系统1/3次亚谐共振的一阶近似解.分析了长细比、弹性模量、地基刚度、阻尼、密度等参数对其亚谐共振幅频响...     

交通荷载作用下边坡动力响应数值分析

利用岩土数值分析软件FLAC2D6.0对边坡岩土体在不同交通荷载作用下动力响应做了数值分析。结果表明:在交通荷载作用下,岩土体的振动加速度在震源附近最大,沿坡面向上以及向内水平向逐渐减小;离震源越近衰减越快,随着距离增大而逐渐变慢,并且交通荷载越大衰减的幅度越大;路面以上边坡岩土体垂直加速度和水平加速度处于同一量级,垂直加速度大于水平加速度;路面以下加速度比路面以上大一个量级,水平加速度和垂直加速度处于同一量级,并且水平加速度大于垂直加速度。研究结果对于评价交通荷载对边坡岩土体的影响及边坡的加固与治理具有一定的理论意义和工程应用价值。     

移动荷载作用下双层Euler梁模型土动力响应分析

本文以弹性波动理论为基础,利用分层法计算了双层连续支撑Euler梁下地基土的位移,同时考虑了不同的车辆荷载模型,并将计算的结果和单层Euler梁下地基土的位移进行了比较,比较表明：轨道结构本身和车辆悬挂体系具有一定的减振功能。因此,该研究对由交通荷载引起的环境振动分析和评价具有一定的应用价值。     

强震作用下超高桥墩动力稳定性理论研究

根据平截面假定,考虑超高桥墩大位移变形产生的几何非线性影响,建立超高桥墩的振动控制微分方程,利用变步长的龙格-库塔法进行求解,结合B-R运动判定准则,对超高桥墩在地震作用下的动力失稳机理进行研究。理论分析表明,超高桥墩的动力失稳与桥墩的几何尺寸、质量分布、边界条件有密切关系;桥墩动力失稳时刻随地震波加速度峰值的增大而减小;失稳时刻与失稳加速度荷载有对应关系。算例结果表明:本文方法正确,利用本文理论能够准确计算超高桥墩的失稳时刻及失稳加速度,对超高桥墩动力失稳的理论分析及工程实践有重要指导意义。     

循环荷载作用下粗粒料与掺砾粘土接触面单剪试验研究

土石坝内部存在较多的接触面,在静、动力荷载作用下,接触面的力学特性对坝体的稳定性具有显著的影响。基于动态单剪仪,开展了粗粒料与掺砾粘土接触面循环单剪试验。试验结果表明,初始剪应力加载方向对相对位移有较大影响：相对位移总是在沿初始剪应力加载方向一侧较大;在一个剪切循环内,正、反向加载时,若剪应力较小,发生剪缩变形,若剪应力较大,则发生剪胀变形;卸载时试样发生剪缩变形;整个剪切循环过程中,试样总体上处于剪缩状态;循环单剪过程中,接触面抗剪强度提高;接触面抗剪强度随着法向应力的增大而增大,呈线性关系。     

地震作用下边坡稳定性分析

考虑了边坡岩土体材料的动力特性以及地震特性,利用动力有限元时程分析方法对边坡在地震荷载作用下的动力特性进行了分析,采用最小平均系数对边坡稳定性进行了评价,并与拟静力法的结果进行了对比分析。对某工程实例计算结果表明该分析方法的可行性,可为地震作用下边坡工程设计工作提供一些有益的参考。     

拱结构动力稳定实用判别方法

在总结和借鉴已有动力稳定判别准则的基础上,提出了两种拱结构动力稳定性分析的实用判别方法。方法1通过提取发生最大位移响应时刻的刚度矩阵的特征根符号来判断,方法2通过荷载-位移曲线的斜率变化来判断。通过对不同荷载类型、不同计算条件下拱结构的动力失稳特征的分析对比,指出结构整体刚度矩阵出现负的特征值是结构失稳的必要条件,可依此判断结构动力失稳临界荷载的下限值,位移时程曲线发散、性质发生改变或发生跳跃,荷载-位移曲线出现不规则现象,是拱结构动力失稳的重要判断依据。     

钢管混凝土拱桥弹性动力稳定性能研究

基于运动稳定性理论,以1座实际的钢管混凝土肋拱桥为例,利用改进的时间冻结法(动态特征值法)求得结构在地震波作用下的动态稳定系数时间历程,研究了不同输入方向和阻尼比对动力稳定临界系数的影响,并探讨了地震波作用下拱桥的稳定安全系数,对钢管混凝土拱桥的弹性动力稳定性能作出了评估。     

几何缺陷对拱结构动力稳定性的影响

分析了外激励下几何缺陷对拱结构动力稳定性的影响。推导了拱结构边界确定而结构本身节点坐标偏差随机且指数相关时的条件相关矩阵,分解得到几何缺陷的分布方式和大小。从非线性运动方程出发,分别得出了周期荷载作用下非线性刚度矩阵可线性化,非周期荷载作用下同时考虑几何、材料非线性的Lyapunov指数计算方法。最后以一圆弧拱为例分别对周期荷载、阶跃荷载、脉冲荷载及地震荷载作用下几何缺陷的影响进行了数值分析。结果表明周期激励作用下拱结构存在动力失稳频域;在不同分布方式几何缺陷中动力稳定性对与屈曲模态相似的缺陷最为敏感。     

动荷载作用下饱和砂土动剪模量试验研究

在50kPa、100kPa和200kPa 3种固结压力下分别对饱和度为95%、92%、88%和83%的土样进行了循环单剪试验,得到了该土样在4种饱和度、3种固结压力下的最大动剪模量Gdmax以及动剪模量比G/Gdmax-γ归一化曲线。分析得出,同一固结压力下土样的Gdmax和G/Gdmax随着饱和度的增大相对减小;随着固结压力的增大,两者数值上差异逐渐减小。最后对此种现象进行了讨论并分析了其产生的原因。     

Finite element investigation of steel built-up shear links subjected to inelastic deformations

Non-linear finite element models accounting for large displacements have been used to investigate the behavior of steel built-up shear links that had previously been tested using large-scale experiments. The links were designed using steel grades with yield points ranging from high to low strengths. The objectives of the numerical analyses were to further investigate the non-linear behavior and to correlate the numerical results with experimental observations. Elasto-plastic as well as cyclic stress-strain material properties were incorporated to study the influence of material behavior on the overall shear link response. Non-linear monotonic analyses of the shear links incorporating the cyclic stress-strain steel properties resulted in similar trends in the response as the backbone curves recorded from the physical experiments. The numerical models of built-up shear links utilizing structural grade steels closely correlated to the experimentally recorded shear strength.Models utilizing low yield point steels overestimated the shear strength, which was caused by the characteristics of cyclic behavior of those steels. The detailed numerical models also allowed for investigation of the plastic strain demands on the different components of the link. It was shown that finite element models combined with appropriate stress-strain relationship may be used with confidence to check the design of shear links of different steel grades and sectional geometries.     

钢管-钢管混凝土复合拱桥动力特性分析

福建省福鼎市山前大桥是一座应用钢管－钢管混凝土复合拱桥概念设计成的试验桥，本文以它作为研究对象，进行了动力特性的测试和计算，并讨论了主要结构参数对其动力特性的影响，为此类桥梁的设计提供参考。     

动荷载作用下土阻尼比的试验对比研究

本文对一粉质粘土,在100kPa、200kPa、300kPa 3种固结压力下,分别进行了原状土样的循环单剪试验、扰动土样的动三轴试验,得到了该粉质粘土2种土样、3种固结压力下的D/Ddm ax-γ曲线。试验结果表明,由循环单剪试验得到的原状土的D/Ddm ax-γ曲线与扰动土样的动三轴试验结果D/Ddm ax-γ曲线有一定差异,且随着固结压力的不同而变化。     

Traveling wave effect on the seismic response of a steel arch bridge subjected to near fault ground motions

In the 1990s, several major earthquakes occurred throughout the world, with a common observation that near fault ground motion (NFGM) characteristics had a distinct impact on causing damage to civil engineering structures that could not be predicted by using far field ground motions. Since then, seismic responses of structures under NFGMs have been extensively examined, with most of the studies focusing on structures with relatively short fundamental periods, where the traveling wave effect does not need to be considered. However, for long span bridges, especially arch bridges, the traveling wave (only time delay considered) effect may be very distinct and is therefore important. In this paper, the results from a case study on the seismic response of a steel arch bridge under selected NFGMs is presented by considering the traveling wave effect with variable apparent velocities. The effects of fling step and long period pulses of NFGMs on the seismic responses of the arch bridge are also discussed.     

Seismic performance evaluation of steel arch bridges against major earthquakes. Part 1: dynamic analysis approach

In this study the inelastic behavior of steel arch bridges subjected to strong ground motions from major earthquakes is investigated by dynamic analyses of a typical steel arch bridge using a three‐dimensional (3D) analytical model, since checking seismic performance against severe earthquakes is not usually performed when designing such kinds of bridge. The bridge considered is an upper‐deck steel arch bridge having a reinforced concrete (RC) deck, steel I‐section girders and steel arch ribs. The input ground motions are accelerograms which are modified ground motions based on the records from the 1995 Hyogoken‐Nanbu earthquake. Both the longitudinal and transverse dynamic characteristics of the bridge are studied by investigation of time‐history responses of the main parameters. It is found that seismic responses are small when subjected to the longitudinal excitation, but significantly large under the transverse ground motion due to plasticization formed in some segments such as arch rib ends and side pier bases where axial force levels are very high. Finally, a seismic performance evaluation method based on the response strain index is proposed for such steel bridge structures. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于多弹簧模型的钢框架结构三维弹塑性地震反应分析

文章提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元,用于反复加载下钢构件的数值模拟。应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度的影响,针对单元模型的塑性区长度和弹簧布置两个参数,文中给出了合理建议取值。数值模拟分析表明,所提出的单元模型能够很好地模拟钢构件的弹塑性性能。在此基础上,以多高层钢结构商业设计软件MTS为平台,进行三维钢框架结构弹塑性动力时程分析模块的开发。最后,文章对一纯钢框架结构足尺振动台试验进行数值模拟,模拟分析结果表明,本文所提出的多弹簧单元模型及开发的动力分析模块能够较好地模拟钢结构在地震作用下的弹塑性性能。