柔性防护系统环形拦截网分区等代模型

环形网是被动柔性防护系统中的重要结构单元,其冲击变形具有明显的多柔体非线性动力学特征,其计算模型的构建是柔性防护结构理论研究的难点与关键点. 为了建立环形网的计算模型,首先通过柔性被动网整体结构足尺冲击试验,获取了环形拦截网的区域化变形特征以及网环的典型变形状态;其次通过网环拉伸试验与数值仿真计算的方式得到了各典型变形状态下,网环的荷载位移关系,建立了分区等代计算模型;最后通过与网片顶破试验、动力冲击试验展开对比计算的方式校验了模型的准确性. 研究结果表明:环形拦截网具有明显的分区域变形特征,网环（环形网的基本单元）具有3种典型变形状态,各变形状态的网环均具有两阶段受力特征;据此采用连接于圆心、初始长度为网环半径的“X”形4桁架单元模拟单个网环,将典型变形状态下网环的荷载位移关系等效为桁架单元应力应变关系,连接对应节点形成整片网的单元模型,根据网环所处的变形区域赋予桁架单元相应的应力应变关系,建立了整片环形网的高效率分区域等代模型;通过与静力试验及动力试验的对比,模型计算误差小于10%.      

青城山居士楼砖木混合结构抗震性能数值分析

为研究宗教建筑震后加固改造技术,基于对改造施工中的青城山上清宫居士楼进行的实地调查,采用有限元法,考虑边界非线性的影响,建立了数值分析模型,在此基础上对其自振特性进行了分析,结果与规范公式基本一致.此外,基于瞬态动力分析方法,对改造前、后的结构变形、基底剪力和构件内力响应进行了分析.研究表明,柔性边界可以较好地协调砖木结构的受力变形,形成刚柔相济的结构体系,提高结构抗震能力.     

被动柔性防护系统对落石冲击作用的传播效应

被动柔性防护系统遭受落石冲击作用时的波传效应对系统耗能效率存在重要影响，对此开展了能量为1 500 kJ的3跨足尺模型冲击试验，结合LS-DYNA开展了非线性动力分析，对比研究了柔性防护系统的冲击变形、特征点位移和钢丝绳拉力等结构响应沿支撑绳纵向的传播特征. 进一步开展了4跨、5跨、6跨和7跨模型的冲击动力学模拟试验，研究了纵向传播距离增加对冲击响应的影响，包括支撑绳拉力、网片内力和系统冲击力随随波传距离增加的衰减率、构件耗能率和冲击历程的多阶段耗能率变化. 研究结果表明:冲击跨支撑绳拉力明显高于边跨；冲击跨网片内力最大，两侧网片内力急剧衰减，呈高斯型衰减分布；随着系统跨数增加，落石冲击变形极值变化较小，但变形时程变化差异较大；内力衰减变化明显，7跨模型中，支撑绳内力衰减超过了50%，网片内力衰减了40%，冲击力衰减了14%；随着系统传播距离的增加，网片、减压环以及钢柱的耗能减少，钢丝绳和其他摩擦耗能增加，第1、2阶段耗能增大，第3阶段耗能减小.      

防落石刚性栅栏防护能量试验与数值分析

结合山区高速铁路沿线刚性栅栏的工程应用情况,针对防落石冲击刚性栅栏防护能量缺乏设计依据的现状,开展了实际尺寸刚性栅栏落石冲击试验,研究其变形特征和传力机理。分析该结构受落石冲击过程中三阶段的传力工作状态,指出了系统中的薄弱环节。基于LS-DYNA的显式算法,模拟落石冲击刚性栅栏的全过程,并与试验结果进行对比,二者吻合较好。研究结果表明:刚性栅栏的主要耗能构件为角钢横撑和角钢钢柱,整个系统的刚度较大,防护能量较小,在落石冲击下将会产生较大变形。基于研究结果提出了刚性栅栏防落石系统设计优化建议。     

空间多维复杂方管桁架强化节点的承载力

为比较不同强化方式空间多维方管桁架节点的力学性能,结合呼和浩特火车东站客运站的大跨度钢结构屋盖,对典型空间交汇的复杂方管桁架节点的承载力进行了计算.分别考虑了节点核心区盖板加厚强化、主弦杆增设内加劲板强化和未强化3种节点,通过单调加载和低周往复循环加载,获得了3种节点的静力和滞回力学性能,并比较了3种节点的刚度、承载力和延性变化规律.计算中将微动力阻尼系数引入牛顿-拉普森方程,改善了局部屈曲等强非线性问题的收敛性.研究表明,内加劲强化使节点变形更均匀,但盖板加厚强化在满足实际工程设计要求的同时较内加劲强化容易处理,施工质量易于控制.     

山区公路高陡边坡引导式柔性缓冲系统的设计方法

为了进一步推广引导式柔性缓冲系统的工程应用，验证其防护性能和可靠性，依托渝黔线高速公路区间内某山区桥梁的高陡边坡落石防护工程，开展了工程设计计算，并对引导式柔性缓冲系统的防护性能进行分析。首先利用无人机航测建立防护区域的三维模型，明确了桥梁结构与边坡的空间位置关系和防护需求；基于危岩体实际特征对5个边坡纵断面开展了落石运动轨迹分析，根据弹跳高度和冲击动能包络值确定防护高度和防护能级指标；初步设计了引导式柔性缓冲系统的部件规格参数，建立了系统的有限元模型，并通过与关键部件试验数据对比验证了数值模型的有效性；基于离散元-有限元耦合算法，分别验算了相同初始动能的单体落石和多体落石2种工况下引导式柔性缓冲系统的内力，对比分析了有无防护时落石灾害对桥梁结构的侵害情况，从而验证了防护效果。计算结果表明：满足设计要求的引导式柔性缓冲系统能够有效抑制落石弹跳高度，从而避免落石侵限和撞击桥梁结构；引导式柔性缓冲系统关键部件内力响应均未超过设计限值，但不同工况下相同部件的内力峰值差异较大，因此，应采用各工况内力包络值进行设计，且关键构件的承载力安全储备系数不应小于1.2；防护全过程的耗能机制主要由系统塑性变形、系统阻尼以及落石与边坡和系统的摩擦碰撞3部分构成，其中塑性变形和摩擦碰撞耗能占主导地位，可分别按40%和60%的比例进行设计；拦截区段和引导区段的设计耗能比例系数可分别按0.7和0.3考虑，各区段中的主要耗能部件均为耗能器和环形网片。在此基础上，提出了基于能量匹配原理的引导式柔性缓冲系统的工程设计方法及流程，并建议了针对不同性能目标的多水准设计策略，以期发挥系统更大的防护潜能。     

地铁隧道附属广告设施的活塞风作用时变特性

为了预测地铁隧道内由活塞风效应引起的广告牌表面风荷载的时变特性,采用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）开展了活塞风三维非稳态流动模拟. 基于用户自定义函数（user-defined functions,UDF）定义了列车运行控制与动网格控制程序,搭建了精度更高的活塞风模拟方法,并结合以往的实验与仿真,验证了方法的合理性. 在此基础上根据实际隧道断面建立了全尺寸动网格模型,考虑了不同运行速度下由列车运动引起的流场变化,重点关注地铁隧道内不同位置广告牌表面的静压变化. 研究结果表明,列车经过广告牌时表面静压由正变负,速度增加时会导致广告牌表面的静压显著增大,对于80 km/h的工况静压幅值能超过500 Pa;对于部分以120 km/h运行的地铁,静压幅值超过1 kPa.      

索网结构振动模态特性分析

采用子空间迭代法，结合2个工程实例，对索网结构的自振特性进行了计算分析，研究了一般索网结构的频率分布特性以及钢索应力刚度、结构质量和矢跨比等结构参数对自振特性的影响．此外，还考虑了几何非线性对结构应力刚度的影响，考虑位形修正进行了模态分析．研究结果表明，索网结构振型密集，影响其自振特性的主要结构参数是索网的初始张力和索网屋面的分布质量．     

跨线站房车致振动实测及楼盖减振分析

针对高速列车过站引起的跨线站房车致振动问题,结合某运营客站跨线站房楼板在普速场重载货车正线通过时的车致振动,开展了振动实测,采用有限元方法构建了一致激励条件下的站房结构动力分析模型,开展了重载列车作用下的振动分析,采用1/3倍频程方法进行了振级评价,提出采用TMD （tuned mass damper）消能减振的方式抑制楼板的车致振动响应. 研究结果表明:当正线重载列车通过跨线站房时,楼盖在卓越振动频率（6.3 Hz）附近容易激发共振,且平均加速度振级超出规范容许值11.0～12.6 dB;设计了总质量比为0.1的调谐质量阻尼器后,加速度振级降幅达到13.0～17.0 dB,减振后的振动级水平基本达到标准限值.      

张拉膜结构自振特性研究

通过2个典型张拉膜结构工程实例，采用兰索斯法研究了加强索刚度、膜面初张力、膜面矢高和膜材质量对自振特性的影响．结果表明，膜面张力与结构质量是影响膜结构自振特性的主要因素，大变形产生的位形修正效应对膜结构自振特性也有较大影响．基于此，考虑大变形非线性对结构几何刚度的影响，提出了考虑位形修正的模态分析的概念。