Three‐dimensional nonlinear finite element analysis of pile groups in saturated porous media using a new transmitting boundary

The dynamic behaviour of pile groups subjected to an earthquake base shaking is analysed. An analysis is formulated in the time domain and the effects of material nonlinearity of soil, pile–soil–pile kinematic interaction and the superstructure–foundation inertial interaction on seismic response are investigated. Prediction of response of pile group–soil system during a large earthquake requires consideration of various aspects such as the nonlinear and elasto‐plastic behaviour of soil, pore water pressure generation in soil, radiation of energy away from the pile, etc. A fully explicit dynamic finite element scheme is developed for saturated porous media, based on the extension of the original formulation by Biot having solid displacement (u) and relative fluid displacement (w) as primary variables (u–w formulation). All linear relative fluid acceleration terms are included in this formulation. A new three‐dimensional transmitting boundary that was developed in cartesian co‐ordinate system for dynamic response analysis of fluid‐saturated porous media is implemented to avoid wave reflections towards the structure. In contrast to traditional methods, this boundary is able to absorb surface waves as well as body waves. The pile–soil interaction problem is analysed and it is shown that the results from the fully coupled procedure, using the advanced transmitting boundary, compare reasonably well with centrifuge data. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

自适应自然单元法研究——自适应细化

对h型自适应自然单元法的自适应细化方案进行了初步研究。在ZZ误差分析的基础上实现了节点的自动加密,使得随着自适应细化的进行,求解误差减小,而且误差分布趋于均匀。在数值分析中,主要有两种误差来源--插值误差和积分误差。随着节点的加密,Delaunay三角形的尺寸随之减小,三角形内的应力场趋于线性分布,那么插值误差和积分误差也都会随之减小。因而,h型自适应分析可以同时减小上述两种误差而达到不断提高求解精度的目的。由于自然单元法求解依赖于求解域内离散节点的Voronoi结构,建议的细化方案中新节点的引入只需局部调整Delaunay结构,算法的实现极为容易,程序实现简单、高效。研究表明,建议的自适应方案是可行的,自然单元法特别适合进行h型自适应分析。     

软粘土的各向异性和小应变条件下的本构模型(ASM)

以能量方程为基础推导出各向异性和小应变条件下弹塑性的本构方程,并将屈服面与修正桥模型和试验测得的屈服面进行了对比,表明新的屈服面比修正剑桥模型更接近试验结果,采用从初始应力到状态边界面的距离为参数的系数来修正硬化准则以模拟土体小应谱条件下的应力－应变特征。将新的本构模型编入有限元程序,对小应变试验进行了计算分析,计算结果表明,新的模型比修正剑桥模型能更好地反映土体的主要力学特性。     

基于微观胶结厚度模型的深海能源土宏观力学特性离散元分析

首先,引入蒋明镜等提出的考虑水合物胶结厚度的深海能源土粒间微观胶结模型,用以反映能源土颗粒之间水合物微观胶结接触力学特性;其次,采用C++语言将模型程序化,并将其引入离散单元法中;然后,对选定的水合物饱和度经过实际二维离散元模拟调算,得出相应的水合物胶结尺寸,以修正水合物临界胶结厚度、最小胶结厚度及胶结宽度,进而确定水合物微观胶结参数;最后,根据所确定的胶结参数,针对不同水合物饱和度试样进行能源土宏观力学特性离散元双轴试验模拟,并从应力-应变、体变、剪胀角等方面与Masui等所进行的能源土室内三轴试验进行对比分析。结果表明：采用考虑粒间胶结厚度的水合物微观胶结模型,能够定性反映深海能源土的宏观力学特性,能源土试样的峰值强度、黏聚力和剪胀角均随水合物饱和度的增加而增加,但水合物饱和度对内摩擦角的影响规律不明朗;能源土试样的峰值强度、残余强度及体积剪缩量随着有效围压的增大而增大;剪胀角随有效围压的增大而减小。     

刚性挡土墙主动土压力计算方法的改进

采用库仑土压力理论的假设：挡土墙土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力、竖向力,建立挡土墙上土压力分布的基本分析方程,结合整个滑楔体的力矩平衡条件,先确定土侧压力系数、再建立土压力分布和土压力合力及作用点高度的理论公式。算例计算值与实测值吻合很好,这表明该方法不仅可行,而且可靠。     

分散元素(Ge,Cd, Tl)稳定同位素研究

近年来,非传统稳定同位素地球化学得到了飞跃性的发展,其主要研究对象为海洋体系的演化。特别是氧化还原敏感元素(Se,Mo,Fe等)稳定同位素已经在古海洋环境的示踪研究中发挥重要的作用。相比分散元素(Ge,Cd,Tl)稳定同位素研究比较薄弱,但这些元素在海洋体系中有特殊的循环模式,这使得它们的同位素研究将可能存在很大地质潜力。海洋体系中它们的源汇简单,而且有机无机吸附过程都可能导致同位素分馏。Ge,Cd,Tl均属于挥发性元素,原始星云的形成过程可能存在较大的同位素分馏。我国南方大面积的低温成矿域,将为Ge,Cd,Tl稳定同位素的发展提供天然的平台。另外,Cd,Tl是环境污染的主要潜在元素,因此采用稳定同位素示踪还可能示踪表生环境中的污染来源。     

HPFRC耗能墙-RC框架结构有限元模拟及参数分析

在高性能纤维增强混凝土（HPFRC）耗能墙-钢筋混凝土（RC）框架结构抗震性能试验研究基础上,对其进行了有限元模拟分析,结果表明：有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,考虑HPFRC耗能墙材料强度、配筋率、距离柱边距离、耗能墙宽厚比以及高宽比等因素,利用有限元方法进行了参数扩展分析。结果表明：随着上述前3个参数取值的增加,试件各个荷载特征点的水平承载力均有所提高,但变形能力变化不大;随着HPFRC耗能墙宽厚比的增大,试件各个荷载特征点的水平承载力均明显减小,极限位移也有所减小;随着HPFRC耗能墙高宽比的增大,试件各个荷载特征点的水平承载力均明显减小,但峰值荷载点对应的位移有所增大。为保证此类结构的抗震性能,针对HPFRC耗能墙材料强度、配筋率、HPFRC耗能墙宽厚比、高宽比和HPFRC耗能墙距离柱边距离等参数,提出了相关建议值供设计参考。     

考虑楼板作用的SRC柱-钢梁混合框架动力时程分析

为了解楼板空间作用对型钢混凝土（SRC）柱-钢梁混合框架抗震性能的影响,利用有限元软件ABAQUS分别建立带有楼板和不带楼板的两跨三层SRC柱-钢梁框架,选取2组天然波和1组人工波对其进行弹塑性分析,对比2种框架结构的型钢应力分布、混凝土板损伤、层间相对位移角以及框架基底剪力,分析楼板在结构抗震中的影响规律。结果表明：增加楼板可以有效增加框架抗侧刚度,最大可使层间位移角降低38.7%;同时可以减小核心区梁端塑性区域的面积,减缓型钢上翼缘应力发展速度;而且楼板的存在可使最大基底剪力提升60.7%,有利于减小结构损伤和提高抗震性能。

     

装配式复式钢管混凝土柱-钢板剪力墙框架数值模拟

为研究复式钢管混凝土钢板剪力墙框架的抗震力学性能,基于装配式复式钢管混凝土柱-钢板剪力墙框架结构拟静力试验研究,合理采用材料本构关系并引入了损伤因子来考虑混凝土的损伤退化,利用ABAQUS软件建立两榀框架的有限元模型,并且对结构进行有限元计算。有限元模拟所得框架的滞回曲线与试验所得吻合良好,验证了有限元模拟的正确性。基于此,分析了整体框架以及各构件在受力过程中的应力分布,验证了钢板对于该类结构抗震性能有明显的提升及结构试件设计的合理性;最后对该类框架结构进行了参数分析,研究了轴压比、钢材强度及钢板剪力墙厚度对结构抗震性能的影响,为此类框架结构试验以及工程应用提供参考。