半刚性连接钢框架内力及侧移的近似计算

考虑梁柱连接的半刚性及P-Δ效应,对结构力学中的弯矩二次分配法和D值法进行修正。采用三参数力学模型模拟半刚性钢框架梁柱节点梁的弯矩-转角性能,用螺旋弹簧模拟节点连接的半刚性,推导了杆端弯矩,转动刚度,传递系数的计算公式。对梁柱刚度进行修正,提出半刚性连接钢框架内力及侧移的近似计算方法。算例表明,梁柱连接的半刚性使结构的内力发生重分布,P-Δ效应使层间侧移增大,设计时必须考虑连接的半刚性及P-Δ效应的影响。本文方法简捷明了,满足精度要求,便于工程实际应用。     

联通如意机房楼结构设计

结合建筑使用要求,确定剪力墙的数量和布置。通过对剪力墙布置的研究,了解剪力墙数量和位置的不同对整个结构的影响,包括对地震力的影响、对结构侧移值的影响、对结构质量中心和刚度中心的影响;并综合考虑其他计算参数。     

复合立柱桩支承下深基坑围护结构变形性状

研究目的:基坑工程中支护结构与主体结构相结合,不仅对基坑稳定性有着重要影响,而且还具有较大的工程应用价值。本文以济南轨道交通R1线演马庄西站基坑工程为例,针对车站主体结构永久立柱兼作竖向临时支撑这一新型结构形式建立三维数值计算模型,以挡墙围护结构的水平侧移作为基坑稳定和安全性评价指标,讨论立柱桩的插入比、直径和间距等因素变化对基坑挡墙结构侧移的影响,并给出在济南黄河厚冲积地层条件下深基坑支护体系中立柱相关参数的取值建议。研究结论:(1)增加立柱桩插入比对围护桩的约束起到的作用有限,类似条件工程的插入比建议值为0.5～0.7;(2)立柱桩直径为400～500 mm时,能够有效地限制围护桩的水平侧移;(3)立柱桩间距对围护桩的水平侧移存在一定的影响,类似条件工程的立柱桩间距建议值为7.5～9.5 m;(4)本研究成果可应用于采用新型支护方法的深基坑工程设计与施工中。     

砂土场地地铁车站抗震计算方法

选取典型砂土场地地铁车站,分别采用反应位移法、反应加速度法、有限元动力分析法对其在地震作用下的结构内力进行计算,分析不同抗震计算方法在地铁车站抗震设计中的适用性。结果表明:对于砂土场地地铁车站,3种抗震计算方法所得的结构内力最大值位置基本一致,最大弯矩、最大剪力均出现在侧墙底部与底板端部,最大轴力均出现在中柱底部与侧墙底部;反应加速度法计算结果与有限元动力分析法更为接近,反应位移法计算结果与有限元动力分析法相差较大,宜采用反应加速度法进行砂土场地地铁车站等地下结构的抗震计算。     

基于优化原理框架结构梁柱合理线刚度比研究

框架结构初步设计中,梁柱截面尺寸估算分别按照梁的跨度及柱所分担的轴力来进行,由此得到结构抗侧刚度并不一定最大。框架柱的抗侧刚度不仅取决于自身的线刚度,还与其两端的框架梁对其约束程度有关,故存在1个合理的框架梁柱线刚度之比,使结构抗侧刚度最大。在保证梁柱材料总量相等的情况下,运用优化原理寻求框架结构等效抗侧刚度的最大值,此时框架结构梁柱线刚度比即为合理值,进而可确定梁柱的合理截面高度,并给出计算图表。算例结果表明,优化后的结构抗侧刚度较优化前明显增加,结构侧移明显减少。该方法简单、实用,可供初步设计使用。     

框剪结构基于能量概念的抗侧刚度优化研究

基于势能驻值原理推导框剪结构的层刚度矩阵,用有限单元法的思想,形成总体刚度矩阵,用于结构的振型分解和周期计算。选取结构滞回耗能需求值与滞回耗能能力值之比与结构所受水平地震作用的乘积作为目标函数,应用振型分解法求解多自由度体系的滞回耗能需求值和能力值,建立框剪结构基于能量概念的抗侧刚度优化数学模型。采用罚函数法的思想,将非线性约束优化问题转化为非线性无约束优化问题,采用MATLAB编制优化程序。最后给出算例,算例表明本文方法和程序是正确可行的。     

复合地基下卧层附加应力实用计算方法研究

研究目的:目前复合地基下卧层附加应力计算方法主要有Boussinesq法、应力扩散法、等效实体法和当层法,这些方法均为近似计算方法,其适用性有待探讨。本文通过工程算例,重点分析这些方法计算结果受其主要计算参数的影响程度。研究结论:(1)应力扩散角和侧摩阻力对下卧层附加应力计算结果有明显影响,当应力扩散角或侧摩阻力取不同值时,下卧层附加应力可能出现集中或扩散现象;(2)加固区与下卧层的压缩模量比对当层法计算结果的影响亦非常明显,但采用当层法计算时,下卧层附加应力一般只出现扩散现象;(3)应力扩散法、等效实体法及当层法的计算结果受主要参数取值影响较大,建议工程中采用Boussinesq法计算下卧层附加应力;(4)该研究结论对工程人员选用下卧层附加应力计算方法具有参考价值。     

一种新的约束系统及其应用

针对框架分析的位移法计算，本文提出一种新的约束系统，为位移法（含由其衍生的其它方法）提供了一种新的力学模型，使得公式推导更为直观、间单。文中还利用这一模型明确指出以楼层相对位移为基本未知量的位移法在总刚度矩阵中减少非零元素及压缩带宽方面的优越性，接着提出新型侧移修正法，为复式框架的修正法计算提供了计算公式，最后证明了两类渐近法的对应关系。     

基于不同计算方法的地铁车站结构抗震性能分析

我国地铁车站结构抗震性能分析仍相对滞后,特别是在各种抗震计算方法分析结果的对比研究方面。针对这种情况,以北京某地铁车站为背景,采用惯性力法、反应位移法及动力时程分析法3种抗震设计方法对地铁车站进行了结构抗震性能分析,得出了水平地震荷载作用下矩形车站结构的柱、板、墙各构件内力分布特征。结果显示:3种计算方法得到的各内力分布规律较为一致,其最大受力部位在底板与柱子交接处,但对于同一个内力而言,内力值有所差别。重点分析了3种抗震设计方法计算结果之间的差异。     

基于刚度退化的框-剪结构受力性能研究

根据模型试验数据确定各变形阶段框架与剪力墙的实际刚度,针对4种典型工况,分别采用框架与剪力墙刚度退化系数计算刚度退化后的各楼层刚度,再沿结构高度方向加权平均得到结构真实刚度。基于协同工作原理提出一种考虑结构刚度退化计算框-剪结构的适用方法,通过算例分析了结构的受力性能。研究结果表明:考虑结构刚度退化后,结构自振周期增加,刚度减少,侧移增大,总框架承担总剪力的比例增加,《规范》对框架承担剪力的调整是有必要的。     

电缆隧道圆形竖井结构设计方法研究

基于各行业规范中没有明确提及圆形竖井设计方法的现状,在进行相关规范解读分析的基础上,对比分析竖井侧压力、国内外规范中提到的圆形水平径向荷载的计算方法,并采用3种结构计算方法对实例进行分析论证,得出合理的结论。结果表明:竖井侧压力采用朗肯土压力计算公式;圆形水平径向荷载引入折减系数,该值为25%;荷载结构法采用主动荷载+被动荷载模式,推荐采用二维荷载结构法设计为主,三维荷载结构法及三维连续介质有限元法设计为辅的设计方法。     

基于无缝线路失稳分析的地铁轨温预警限值

运用有限元方法建立直线和曲线有砟轨道无缝线路的稳定性分析模型,讨论道床横向阻力、线路初始不平顺等多个因素的影响,分析结果表明:当钢轨横向位移超过0.5 mm左右时,其增长的速率明显加大。因此建议综合考虑钢轨横向位移增长速率突变处的温升、我国规定的允许温升及计算温升作为高温时的轨温预警限值,并采取绿-黄-橙-红四级预警机制。     

黏土中圆形低真空隧道管片结构内力分布及其影响因素

针对盾构隧道管片结构在不同环境下的受力性能,建立基于修正惯用法的力学模型,推导出圆形低真空隧道管片结构内力的解析解;以武汉黏土作为模拟地层,分别采用修正剑桥模型和弹簧模型,模拟分析圆形低真空隧道结构的内力分布;在获得解析解和2种数值解的基础上,对比分析特定工况下3种方法得到的隧道管片结构内力分布,探讨真空力、弯曲刚度有效率、地基抗力系数、侧向土压力系数这4个关键参数的影响规律。结果表明:对于黏土中的圆形低真空隧道,顶部与底部的管片结构正弯矩较大,腰部则是轴力与负弯矩较大;真空力对管片结构的弯矩几乎没有影响,但对轴力影响非常显著,且随真空力的增大而增大;管片结构弯矩随弯曲刚度有效率的增大而增大,随地基抗力系数和侧向土压力系数增大而减小;管片结构轴力随地基抗力系数的增大而增大,随弯曲刚度有效率增大而减小;在隧道腰部附近,轴力随侧向土压力系数的增大而减小,但隧道底部和顶部附近则与之相反。对比3种方法,解析解与数值解具有较好的一致性,但求解结果偏于保守。     

不足位移对高速道岔动力特性的影响

为揭示道岔不足位移对高速行车的影响,根据高速道岔、列车的结构特点、力学特性和相互作用关系,建立车辆-道岔耦合动力学模型,并以高速列车直向350km/h、侧向80km/h通过350km/h客运专线18号无砟道岔为例,分析不同不足位移情形下车辆和道岔的动力学特性。结果表明:尖轨、心轨不足位移对列车动轮载、钢轨动应力影响较小,对轮缘力、车体横向加速度、轮重减载率、脱轨系数影响较大;不足位移会严重影响高速列车直、侧向过岔的舒适性及安全性,影响高速道岔正常工作状态;牵引转换设计时,应严格控制道岔尖轨、心轨不足位移。     

新线施工对既有线车站影响分析

研究目的：随着城市轨道交通的发展，会出现越来越多的新线近接既有线路的结构施工。为保护环境，许多构思仔细的工法得到了广泛的应用。本文将针对具体工程分析明挖新线对既有车站结构的影响。 研究方法：鉴于问题的复杂性，采用三维增量有限元弹性分析的方法，全程模拟了在既有结构存在的条件下，新线三个不同区域的不同施工方法，对既有线结构的变形进行了分析，并对新线的施工方法进行了优化。 研究结果：新线分三段区域（中间及两侧）施工，其中中间区域分块开挖。在中间区域施工过程中，既有结构的隆起控制在2．67mm以下。在整个新线施工过程中，既有结构最大隆起不是在施工完成后，而是出现在靠近中间区域先挖一侧基坑开挖完成后，为7．82mm；改变两侧区域的施工顺序后，既有线结构的最终隆起量基本不变，但过程最大隆起量减为7．43mm。 研究结论：近距离上穿既有结构施工时，采用合适的工法可以有效地控制既有结构的隆起。在施工中，既有结构的隆起可能出现在施工过程的某一阶段。合理的施工顺序有助于控制施工过程中既有结构的最大隆起量。     

无缝线路稳定性分析有限元模型

利用有限元法建立包含钢轨、扣件、轨枕和道床阻力为一体的轨道框架模型。研究在温度力作用下无缝线路的臌曲失稳问题。推导相应的数值计算公式并编制了计算程序。轨道框架模型由4种单元组成：用考虑钢轨非线性变形的平面梁单元代表钢轨；无几何尺寸的两结点弹簧单元模拟钢轨扣件；弹性基础上的普通平面梁单元表示轨枕；弹簧单元模拟道床的横向、纵向阻力，并考虑了道床阻力的非线性特性。运用该模型，分析道床横向阻力、轨枕失效、曲线半径和线路初始弯曲对无缝线路稳定性的影响，得到不同工况下钢轨横向位移-温度曲线、钢轨内应力分布及钢轨和轨枕的横向变形分布曲线。     

空间状态轮轮(轨)接触点计算方法

轮轨接触几何关系是轮轨交通中最基本的问题。结合机车车辆在滚动(振动)台上进行台架试验的工况,以试验台的“轮轮”接触为研究对象,应用“迹线法”,提出在空间状态下轮轮接触点的计算方法。给出滚轮在正常位置时的轮轮接触关系计算公式,然后以此为基础,考虑包括滚轮的横向移动、垂向移动、轨底坡变化、摇头运动(模拟钢轨横向弯曲)、纵向位移误差等各种可能出现的滚轮空间状态,进而推导出滚轮在任意空间位置的轮轮接触点的计算公式,并可直接推广到轮轨接触计算中。     

胶轮+导轨式有轨电车动力走行部滚振试验台设计

分析胶轮+导轨式有轨电车动力走行部的导向机理、脱轨机理,介绍电车3种类型的动力走行部导向机构。为研究导轨电车的轮轨关系,对其动力走行部的脱轨机理展开试验研究,设计动力走行部滚振试验台。试验台可以模拟电车空载和满载条件,以及直线、曲线通过工况。通过测量导向轮的横向力、垂向力和垂向位移3个参数,研究分析导轨电车导向、脱轨机理,并建立相关评价标准。试验台为导向机构的优化及电车运行安全的提升提供保障。     

轨下支承失效对车辆系统动态响应及乘坐舒适度的影响

建立了基于Timoshenko梁模型的非对称车辆/轨道耦合动力学模型,分析轨下支承失效对车辆乘坐舒适度的影响。钢轨被视为弹性离散点支承上的无限长Timoshenko梁,通过假设轨道系统垂向支承刚度沿纵向分布发生突变来模拟轨下支承失效状态。推导了考虑钢轨横向、垂向和扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式。利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论分别计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力。采用移动轨下支承模型分析离散的轨枕支承对系统动力响应的影响。利用新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程。乘坐舒适度评价采用Sperling指标,通过数值分析,得到直线轨道连续从0到6个轨下支承失效对车辆动态响应及乘坐舒适度的影响。结果表明,轨下支承失效对车辆系统位移、加速度有显著的影响,随着轨下支承失效个数的增加,轮轨力和车辆系统的位移、加速度将会急剧增大,乘坐质量和乘坐舒适度指标呈线性增大,但数值很小。     

大断面黄土隧道变形特征分析

以兰渝铁路大断面黄土隧道为工程背景,采用三维数值模拟结合现场试验,对台阶法施工中围岩深部变形特征进行分析;研究围岩纵向变形规律并预测先期位移;研究预留核心土对围岩变形的控制效果。结果表明:围岩拱部竖向位移弱化较慢,而边墙水平位移弱化较快,水平收敛普遍小于拱顶沉降;隧道纵向先期位移约占总位移的31%～38%,预留核心土可有效控制围岩纵向变形;纵向位移与围岩弹性模量成反比,Hoek曲线与数值计算结果较接近,特别是掌子面前方较好吻合,数值计算先期位移占总位移的33%;预留核心土有效降低掌子面的临空范围,有利掌子面稳定;核心土适宜预留长度为2R/3(R为隧道换算半径);数值计算和实测的围岩变形规律基本一致。