多球面滑动摩擦隔震支座计算模型及其试验确认

为了满足近海高烈度区隔震桥梁支座大吨位、大位移和耐久性需求,开发出多球面滑动摩擦隔震支座,阐明了这种隔震支座的构造特点、工作机理和滑动机制,建立了其力-位移关系非线性恢复力模型,进而给出了各滑动面摩擦因数相等时支座的力-位移关系式,并对该支座的力学性能进行了试验研究,对其各摩擦面的滑动顺序机制和非线性恢复力模型进行了试验确认。结果表明：理论分析的支座滑动先后顺序与试验过程中观察到的完全一致,支座试验所得力-位移滞回曲线和理论分析结果十分吻合;此多球面滑动摩擦隔震支座具有良好的耗能能力和足够的水平位移,而且在不同强度的外部激励下表现出刚度和阻尼的自适应性能,适用于多水准地震动下基于性能的隔震桥梁抗震设计。     

砂土滑动与转动破坏模式的离散元分析

砂土的离散型使其内部颗粒在外载荷作用下会发生滑动与转动两种变形，为了直观量化两种变形对其力学特性及抗剪强度的影响，建立了砂土的三轴试验离散元模型，探究两种破坏模式在常规三轴试验中的表现，从而揭示砂土材料在两种破坏模式下表现出的相关规律。结果表明:砂土在仅发生滑动变形时，抗剪强度主要取决于其摩擦系数，且随着摩擦系数的增大急剧上升；砂土在仅发生滚动变形时，其抗剪强度与摩擦系数基本无关；在两种变形共存时，其力学特性偏向与滚动变形的特征，且抗剪强度与上述两种极端变形相比得到极大降低。土的强度是分析计算路基及土工建     

基于土体强度理论的重力式地锚滑动稳定性研究

研究从土体强度理论出发，以平南三桥南岸扣索地锚B为实例依托，研究在扣索斜拉荷载持续增大情况下地锚的滑动稳定性。通过MIDAS GTS NX建立有限元模型计算、实地监测试验数据分析和理论推导，阐明了地锚前墙土体的应力变化及分布规律，并计算了地锚的滑动安全系数。结果表明：(1)随扣索斜拉荷载持续增大，地锚前墙土体在竖直方向上的剪应力与抗剪强度均沿深度增大；(2)前墙根部位置以上土体在水平监测断面的抗剪强度增大，剪应力减小，但地锚前墙根部位置土体呈现规律与其相反，故地锚前墙根部位置土体最易发生剪切破坏。扣索斜拉荷载持续增大导致地锚滑动安全系数持续劣化减小，故不能单独将实际监测到的地锚累计滑动位移作为评判地锚是否稳定的条件，应结合地锚滑动安全系数进行综合评判。     

整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复拟静力试验（双语出版）

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点，目前在国内外得到了广泛应用与推广。然而，整体桥在季节性温度荷载作用下会发生往复位移，并产生桥台-桩基-土相互作用。为此，以福建上坂大桥为背景，设计制作桥台-桩基结构试验模型，开展桥台-H形钢桩基-土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究，主要研究桥台、桩基的滞回性能与变形规律以及桥台-桩基-土三者相互作用的机理。结果表明：桥台与桩基的等效黏滞阻尼比均较大，其值大于0.15，即整体桥具有良好的抗震性能和耗能能力；整体桥在温度作用下桩基处于弹性状态，但会发生残余变形，同时在台背与桩顶的一定宽度和深度范围内存在土体脱空现象，实际工程中产生桥头跳车、搭板沉降的原因不仅与台后土体的特性相关，还与桥台结构的受力机理相关；仅测量和分析上部未入土结构的变形并不能准确反映整体结构的变形规律；试验循环加载全过程桥台-桩基-土相互作用会产生累积变形，其中桩基的累积变形要大于桥台的累积变形，且其累积变形远大于任意单步荷载作用下产生的变形；目前对于现有桥台-桩基变形的理论并未考虑累积变形的影响，该研究结果可为有关规范的制订提供参考。     

基于FDM-DEM耦合的盾构开挖面前方土体三维位移特性研究

盾构隧道施工本质上是在三维空间中利用机械实现动态掘进的过程。为了研究盾构施工对开挖面前方土体的位移影响，基于有限差分法(FDM)与离散单元法(DEM)开展了多组三维连续-离散耦合数值计算，并结合现场监测，提出相应的施工建议。首先，基于弹性力学的Mindlin解，综合考虑盾构顶推力、辐条式刀盘摩阻力和盾壳摩擦力对土体位移的共同作用；基于三维镜像法和球孔收缩问题推导了地层损失引起的三维土体位移场表达式，建立了开挖面前方土体三维位移完整解析公式；其次，为了同时满足工程分析尺度和反映土体细观力学特性需要，引入新版连续-离散耦合技术。依托工程实例，通过三维单剪模拟试验与室内直剪试验对离散域内的颗粒细观参数进行验证。最后，基于三维位移解析解和连续-离散耦合模型分析了开挖面前方土体位移特性及不同盾构顶推力、刀盘转速和推进速度下的三维土体位移特征。结果表明：三维位移解析解和连续-离散耦合的计算结果均与实测值匹配程度较好；在盾构掘进过程中，地表沉降量逐步增大，盾构开挖面通过后沉降量得到暂时控制；顶推力过大容易使开挖面前方H/4～5H/4范围内地表出现局部隆起现象；刀盘转速的提高会加大地表沉降量，使沉降槽...     

可液化河谷场地简支梁桥的地震反应分析

为分析可液化河谷场地简支梁的地震反应,首先基于OpenSees,采用二维场地-结构整体化模拟方法对某离心机试验进行了数值模拟,并验证模拟方法的可靠性;然后建立了一座典型河谷场地-三跨简支梁桥的有限元模型,分析场地液化与否对场地及简支梁桥各部件地震反应的影响。结果表明:与输入地震的加速度谱相比,液化场地可延长地表土体加速度反应的卓越周期;与场地未液化相比,场地液化可导致地面大变形,桩基础在桩顶和土层分界处的弯矩、桥墩倾斜程度、滑动支座位移均有所增加,但场地液化与否对墩底弯矩的影响很小。     

钢网面板加筋土挡墙动力特性试验的变形研究

基于泥质红砂岩粗粒土填料，采用MTS分别模拟地震荷载、交通荷载、加-卸载多循环荷载进行大尺寸模型试验，研究了钢网面板土工格栅加筋土挡墙在上述荷载作用下的动力特性，获得了不同峰值的水平地震激励下模型挡墙不同位置的水平动位移、竖向动位移峰值响应等实测值；采用不同频率、不同幅值的竖向交通荷载正交试验法，获得了该模型挡墙在重复荷载作用下的最大水平变形、最大沉降量及位置等动力特性参数值；通过7种荷载、21组加卸载循环试验，获得了加一卸载多循环荷载作用下的实测沉降值。试验结果表明：该加筋结构具有整体变形的特性，是优良的抗震结构，能承受抗震设防烈度为9度的地震荷载；同时该加筋结构具有良好的稳定性和抗破坏性，重复荷载的幅值和振动次数对结构动力变形特性的影响较大，而振动频率对变形特性的影响不显著；多循环荷载作用下该加筋结构能够明显减小不均匀沉降。过长的筋材并不能明显地改善加筋土挡墙的动力特性。     

外置耗能器对自复位预制RC桥墩抗震性能的影响研究

以中国已建成的首座震后自复位桥梁-京台高速(北京段)黄徐路跨线桥为背景,结合自复位结构和装配式结构的特点,发展自复位预制RC桥墩新型结构.设计并制作对桥墩抗侧强度贡献率分别为0,20％ 及40％ 的3组外置耗能部件,并对3组自复位桥墩进行水平拟静力往复试验研究.通过桥墩变形和损伤演化过程、力-位移滞回曲线、骨架曲线、试...     

新型钢筋锚固板构造对比及锚固性能试验研究

张靖皋长江大桥南航道桥锚碇基础地下连续墙刚性接头钢筋采用了锚固板构造，在带肋双孔锚固板构造基础上，提出了一种简化的双孔锚固钢板，为了研究带肋双孔锚固板、双孔锚固钢板、单孔锚固板在混凝土中的锚固性能，以及双孔锚固钢板厚度的影响，共进行了6组钢筋锚固板拉拔试验，分析了不同锚固板拉拔试件的破坏模型、极限承载力、钢筋拉拔应力～加载端位移曲线、锚固段钢筋黏结应力与锚固板承压力间的分配。结果表明：所有拉拔试件基本都发生沿混凝土剪切裂缝造成的劈裂破坏，带肋双孔锚固板、双孔锚固钢板两种双孔锚固板类型的锚固性能相差不大，双孔锚固钢板的锚固性能受锚固板厚度的影响较小，其主要受锚固板承压面尺寸的影响。     

砒砂岩遇水失稳对公路影响试验研究

在甘肃陇东地区G327线镇原至王咀子段部分区段存在典型的砒砂岩-黄土二元地质结构，遇水后会产生失稳变形。为研究该变形对公路的影响，利用室内模型，测量了不同上覆荷载和不同含水率下的砒砂岩位移，并进行了砒砂岩崩解试验。结果发现：砒砂岩在自然状态下强度较高，遇水后变形量逐渐增加，达到一定值后迅速失稳破坏，从而引起上部黄土失稳变形；由此引起的路基变形、路面残留堆积物，对整个公路施工及后期运行均会产生严重影响。因此在此类公路修建过程中，应通过采用封堵顶部黄土层中发育的落水洞、支护黄土-砒砂岩二元结构的坡面并在底部设置截排水沟的工程措施，来防止砒砂岩-黄土二元结构的变形失稳，确保公路安全运行。     

整体式桥台-H形钢桩-土体系抗震性能试验

整体桥因其全周期寿命长、整体性好和养护费用低等特点，得到了广泛应用，但对其在地震荷载作用下的受力特点和变形规律还缺乏深入研究。基于此，以某整体桥为背景，制作桥台-H形钢桩试验模型，开展整体式桥台-H形钢桩-土体系抗震性能拟静力试验研究，分析桥台-H形钢桩的破坏模式、滞回性能、骨架曲线、水平变形和桥台转角等变化规律。试验结果表明：H形钢桩出现较大的负向残余变形，但负向加载下H形钢桩未出现破坏；台后、台底及桩顶土体均出现大范围脱空；试件的等效黏滞阻尼比约为0.35，具有良好的耗能能力；正向加载下试件的弹性抗弯刚度是负向的12.6倍，最大承载力是负向的3.85倍，台后土对试件的刚度和承载力影响显著；破坏时试件刚度减小至初始刚度的33%，退化不显著；相比位移延性和割线刚度，采用环线刚度分析其抗震性能更为合适，改进后的割线刚度能更准确地反映试件的刚度退化；考虑整体和局部累积变形的影响，大加载位移作用下，桩身出现较大的负向整体累积变形，且桩身沿深度方向多处出现局部累积变形；加载过程桥台仅发生刚体位移，正向转角逐渐增大，负向转角先增大后减小再转为正向倾斜。研究发现整体式桥台-H形钢桩-土体系拥有优越的抗震性能。     

位移幅值对砾石-格栅界面循环剪切特性的影响

由于加筋土结构经常受到动荷载的作用，因此筋土界面的动力剪切性能也越来越受到重视；但目前筋土界面的动力剪切试验往往循环次数很少，一般只有10多次，不能充分反映筋土界面的动力相互作用。采用大型动态直剪仪，在剪切位移幅值分别为1、2、4、6 mm时，对砾石-格栅界面进行了2 000次水平循环直剪试验，分析了剪切位移幅值对筋土界面剪切应力、竖向位移以及颗粒破碎的影响，揭示了筋土界面相互作用的机理。结果表明：在循环剪切过程中，界面平均峰值剪切应力先增加后减小；剪切位移幅值越大，达到界面峰值强度所需的循环次数越少，而达到界面残余强度所需的循环次数越多，较大的剪切位移幅值会使得砾石-格栅界面的剪切应力衰减现象更显著；随着剪切位移幅值的增大，试样最终剪缩量增大，但试样最终剪缩量增量逐渐减小；随着剪切位移幅值增大，界面剪切刚度逐渐减小，界面阻尼比却逐渐增大；通过对循环剪切试验后的砾石颗粒各粒组含量进行分析，发现剪切位移幅值越大，颗粒的相对破碎率也越大，相对颗粒破碎率与剪切位移幅值呈较好的对数关系，并与试验结果吻合较好。     

考虑摩擦滑移的普通板式橡胶支座剪切性能研究

普通板式橡胶支座作为中国量大面广的公路钢筋混凝土梁桥结构体系中的重要支承构件,其力学性能对局部和整体结构的刚度分布和受力变形特点具有一定的影响,甚至影响服役公路桥梁结构的安全性和适应性。因此,针对桥梁服役过程中该类支座普遍存在的滑移、脱空等典型病害特征,研究其不同受力状态下的剪切性能。考虑支座界面接触方式、几何尺寸等参数,设计并进行了6个普通板式橡胶支座的剪切性能试验。对不同参数影响下支座的损伤破坏模式、剪应变-剪应力曲线、支座有效剪切应变及抗剪刚度等参数进行对比分析。进一步应用有限元数值模拟方法,对摩擦滑移下的支座剪切性能进行参数分析,并将其有限元分析结果与普通板式橡胶支座的剪切性能试验结果进行对比。研究结果表明,支座上、下表面的接触摩擦条件可明显影响支座的水平侧移和抗侧力。对于界面摩擦因数较小的情况,卸载后支座摩擦滑动位移不能完全恢复,随着循环加载次数的增加,摩擦滑动位移增幅增大,且支座界面摩擦滑移可降低支座有效剪切变形和抗剪刚度的发挥。0.5,0.7,1.0等效剪切变形下支座的抗剪刚度试验结果、模拟结果与理论计算结果对比表明,试验结果与模拟结果吻合较好,而既有抗剪刚度理论计算结果偏大,且未考虑支座界面摩擦滑移、脱空的影响。因此,在进行实际桥梁结构的力学性能计算时,应考虑不同受力阶段支座力学性能指标的取值。     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

整体式斜交桥台-桩-土体系往复加载拟静力试验

将整体式桥台引入斜交桥中形成整体式斜交桥，可有效改善地震中桥梁上部结构纵横向耦连效应造成的面内扭转及落梁现象；但整体式桥台中主梁与桥台浇筑为一体，在地震作用下将发生复杂的桥台-桩-土相互作用。为此，以某整体式斜交桥为原型，开展了斜交桥台-H形钢桩-土体系往复加载拟静力试验研究，探究了体系的抗震性能、台后土压力分布规律以及桥台和钢桩的水平变形特征等。结果表明：斜交桥台-H形钢桩-土体系具有较高的耗能能力及延性，台后土对体系的抗震性能影响显著。台后土提高了体系抗侧承载力及刚度，但亦造成正负向受力不对称性，其中正向抗侧承载力及刚度明显高于负向，但残余承载力及位移明显小于负向。在小位移（<0.01H，H为桥台高度）下，斜交桥台的台后土压力沿埋深方向近似呈三角形分布，最大土压力位于台底；沿水平方向呈抛物线形分布，最大土压力位于距桥台锐角0.25 m处；沿纵桥向呈三角形分布，最大土压力位于台背。在大位移（≥0.01H）下，台后土靠台背处出现明显扇形塌陷区域，导致桥台顶部土压力降低，沿埋深方向开始呈双折线分布，沿水平方向呈三折线分布，最大土压力位置不变；沿纵桥向呈双折线分布，最大土压力与台背距离随加载位移逐渐增加。试验结束时，桥台顶部塌陷区域深度近500 mm，宽度近600 mm。加载过程中桥台基本为刚体，出现平动及转动位移；由于部分台后土流动至钢桩前侧，钢桩顶部产生朝向台后土方向的局部累积变形，桩身水平变形在埋深0.25 m处出现拐点及最大值，而非桩顶，试验结束后无明显残余变形。     

新旧混凝土结合面抗剪性能的尺寸效应

为研究新旧混凝土结合面抗剪性能的尺寸效应，以结合面不同处理方式（凿毛和凿毛+植筋）和结合面尺寸（高度分别为100、200、330、440 mm，宽度均为200 mm）为试验参数，对2组共16个Z字形新旧混凝土结合试件进行了抗剪试验。结果表明：凿毛试件和植筋试件结合面的抗剪性能均表现出明显的尺寸效应；凿毛试件的临界极限强度和弹性抗剪刚度分别为结合面高度100 mm试件的51%和32%；植筋试件的临界开裂强度、极限强度和弹性抗剪刚度分别为结合面高度100 mm试件的65%、76%和41%。结合面高度大于1 000 mm后，描述凿毛和植筋2类试件结合面抗剪性能特征参数的尺寸效应均趋于稳定；基于试验和分析结果，建立了凿毛和植筋处理时结合面的黏结-滑移本构模型，提出了表征结合面抗剪性能各特征参数尺寸效应律的计算式，可供工程结构设计和分析时参考。     

微型桩加固土质边坡极限抗力分析方法

为了给微型桩加固土质边坡的工程设计和安全评价提供参考,针对工程中常见的黄土、冰碛土和风化页岩进行单根微型桩在横向滑体变形作用下的承载力特性试验。采用数值模拟方法,考虑桩-土接触作用和岩土的非线性行为,建立微型桩加固土质边坡时极限抗力的分析模型,以桩截面极限弯矩和桩身最大水平位移为控制条件,提出确定微型桩加固土质边坡极限抗力的分析方法,并将分析结果与试验结果进行对比。分析微型桩加固土质边坡时的变形机制、破坏模式以及分别加固黄土、冰碛土和风化页岩时的极限抗力。研究结果表明：所建立的微型桩极限抗力分析模型在确定微型桩加固土质边坡极限抗力时具有较高的精度,直径115 mm微型桩在厚度为60 cm的滑体横向变形作用下的极限抗力约为10～20 kN,微型桩的极限抗力受到岩土类型影响,边坡岩土强度较高时微型桩的极限抗力更大;微型桩加固土质边坡时的破坏模式为弯曲破坏,主要由于微型桩截面弯矩超限所导致,桩身破坏部位在滑面以下约4倍桩直径的深度位置;滑体横向变形作用下微型桩顶水平位移在开始阶段呈线性增加,随着滑体位移量逐渐增大,微型桩顶部与桩后岩土之间产生了脱空现象。     

土工格室加固铣刨料承载能力影响试验分析

通过对土工格室加筋沥青面层-半刚性基层混合废弃铣刨料进行承载板试验，分析格室高度、焊距及填料种类对加筋结构层的竖向沉降量、弹性模量、塑性变形量的影响。研究表明：土工格室加固混合铣刨料后结构层的弹性模量可提高17.00%～31.46%，变形模量可提高12.34%～30.46%；格室高度一定时，焊距越大，结构层弹性模量、变形模量均降低；格室焊距一定时，提高土工格室高度可降低竖向沉降量和塑性变形量；在格室加筋尺寸组合中，高度200 mm、焊距400 mm加固效果最好。     

基于有限元模拟的自冲铆接工艺参数优化

对2 mm+2 mm搭接的5052 H32铝合金板自冲铆接工艺进行数值模拟，采用L9（34）正交表选取铆钉长度、铆钉直径及模具凹下面积3 个因素的3 个水平，以接头剪切强度最大为目标，首先模拟铆接接头形成的下压过程，并将模拟获得的接头形貌与试验结果对比一致后，再模拟三维剪切拉伸过程获得接头的剪切力学性能，通过方差分析得出最佳工艺参数为铆钉长度6.5 mm，铆钉直径5.14 mm，模具凹部面积5.12 mm²。同时，将各尺寸因素对接头横截面形貌、下压过程及剪切拉伸过程的力- 位移曲线、接头的等效应力和塑性应变的影响进行分析。对自冲铆接工艺过程建立了完善的有限元模型，该模拟方法可作为自冲铆接工艺设计及其工艺参数优化的依据。     

含石量与含泥量对压实砾石土力学特性影响的试验

对于夹泥砾石土,在应力、颗粒组成、含水率等因素影响下,其变形特性非常复杂。针对重庆机场道路工程填筑中所用的压实砾石土,通过中型样三轴试验开展了一系列力学特性试验研究,重点分析了含石量与含泥量的变化对于压实砾石土力学性能的影响,及不固结不排水（UU）、固结不排水（CU）、固结排水（CD）3种条件下的抗剪强度与变形特性;同时研究了UU条件下,不同制样含水率对压实砾石土的抗剪强度的影响。试验结果表明：压实砾石土在低围压条件下表现出强烈的剪胀性;UU三轴压缩试验条件下,小含泥量的压实砾石土的强度取决于大粒径颗粒间的咬合力,与含石量成正比;初始拌和含水率对压实砾石土UU强度的影响很大,颗粒粒组中的泥粒在高于最优含水率下易产生滑动,影响其应力-应变性状并导致其抗剪强度大幅降低;饱和固结后,压实砾石土的强度与含石量并没有直接的联系,高含石量并不代表高强度,合理的颗粒级配是决定试样CU,CD强度的重要因素;压实砾石土中含泥量增加会导致其抗剪强度的降低。另外,含石量和含泥量对压实砾石土的临界状态影响不大,同种矿物成分、不同颗粒组成的压密砾石土在CU,CD试验下的临界应力比为1.73。