随机地震荷载下非线性结构动力响应有限元分析

本文应用改进的光滑滞回模型，采用等效线性化技术推演了一类具有非线性滞回特性的三维连续体结构非平稳随机响应分析的有限元列式，并以该法编制的程序进行算便分析证实了其合理性和可靠性。     

落石冲击下拱形明洞结构受力的模型试验研究

为研究落石冲击下拱形明洞结构的受力特点,通过改变落石质量及回填土厚度,利用1∶30缩尺模型试验分析了结构落石冲击所在断面不同部位的横向应变、轴力及弯矩等内力响应最大峰值的大小及分布特征,对各内力最大峰值随回填土厚度的变化趋势进行了分析,最后利用结构变形、弯矩及轴力图,对落石冲击下有回填土拱形明洞结构受力模式进行了总结. 研究结果表明:拱顶部位力学响应最显著,拱肩次之,拱腰及仰拱最小;结构受力形态可描述为拱顶部位轴向受拉、拱肩及以下部位为轴向受压的力学模式;与静力学分析隧道或明洞衬砌结构的荷载-结构模式不同,现行隧道设计规范中按素混凝土偏心受压构件对拱顶结构进行安全检算的方法并不适用于落石冲击工况;回填土厚度的增大有利于结构拱顶、拱肩及仰拱结构的受力,但对拱腰部位影响复杂,在设计时需结合落石规模、边墙形式及回填方式等进行具体分析.      

落石冲击下无回填土拱形明洞结构可靠度设计

为完善拱形明洞结构可靠性设计方法,利用模型试验、数值模拟及理论分析等,结合现场实际,开展了落石冲击下无回填土拱形明洞破坏特征及失效模式、极限承载力、落石冲击荷载及极限状态表达式等的研究.首先,根据落石冲击下无回填土拱形明洞结构失效破坏特征,将结构局部失效范围部分简化为四边固支方形钢筋混凝土板结构,利用塑性极限原理按刚塑性板进行准静态极限荷载计算,得到结构极限承载力即抗力;其次,将离散元颗粒流数值模拟方法得到的落石冲击力最大峰值作为钢筋混凝土板顶部落石冲击力,通过回归分析,得到用落石重力势能的幂函数表示的落石冲击荷载表达式;再次,将得到的结构抗力与落石冲击荷载联立得到极限状态方程,利用MABLAB软件编程求得结构可靠指标,通过与目标可靠指标的比较,进行结构可靠度设计与优化;最后,利用所建立的结构可靠度设计方法,对某客专双线拱形明洞设计进行了可靠度检算.研究结果表明:当落石高度为5~15 m、落石重量为1~2 k N时,原设计明洞结构可靠指标可达到4.2;当将原设计的C35混凝土调整为C40,钢筋由HRB335调整为HRB500后,落石高度为5~20 m、落石重量为1~2 k N范围时的结构可靠指标可达到5.4以上.     

抗落石冲击棚洞结构研究

棚洞作为一种抗落石冲击防护结构,在国内外得到了广泛的研究及应用。基于国内外研究资料分析,将研究现状概括为棚洞结构型式优化研究、棚洞抗冲击特性研究、棚洞抗冲击材料研究等三个方面。     

多落石冲击被动柔性防护体系的动力响应分析

应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对被动柔性防护体系在落石冲击作用下的变形和能量进行研究,采用ANSYS/LS-DYNA的显式分析方法,模拟了多块落石在不同运动模式下,其冲击荷载对被动柔性防护体系的动力响应,根据时程曲线,对比分析了多块落石在不同运动模式下的位移、冲击力、能量变化规律.分析结果表明:随着落石初始冲击动能的增加,防护网达到最大位移所需时间总体呈现减少趋势,且冲击时间在0.11～0.14 s之间;落石的最大冲击荷载出现在0.04～0.07 s,且随初始动能增加逐渐增大;在落石冲击过程中,被动柔性防护结构发生能量耗散,其中钢丝绳网在落石为滚动状态下的能量大于落石为弹跳状态下的能量,且钢柱在落石为滚动状态下的最大峰值能量大于落石在弹跳状态下的最大峰值能量;在钢丝绳网被冲破时落石在滚动状态下钢柱的能量发生急剧增大.     

落石冲击下单压式拱形明洞的力学响应

为进一步了解结构受力情况,为明洞结构设计提供依据,采用动力有限元方法,对客运专线双线单压式拱形明洞落石冲击下结构力学响应进行了研究.首先,以竖直下落冲击为基本工况,从落石与洞顶回填土的相互作用及运动轨迹入手,分析了结构的应力、应变、应变率、位移、速度、加速度等作用效应响应;其次,根据落石、回填土及结构间能量的转化与传递规律,结合结构及基底应力响应,阐述了回填土和混凝土填充材料对落石冲击的缓冲和对结构的保护作用机理,以及边墙形式对基底及仰拱受力的影响;最后进行了45°斜向冲击响应分析并与基本工况进行了对比.研究结果表明:所设计的明洞结构可以承受竖向700 k J的落石冲击能量,拱顶、拱肩及墙身内侧和耳墙墙址等部位是相对受力不利位置,回填方式和直墙式拱墙形式有待进一步研究优化;冲击引起的结构应变率响应介于1×10~(-3)~1×10~(-2)s~(-1),与地震引起的响应范围相同;在本研究工况下,45°斜向冲击作用效应总体上小于竖直冲击.     

汽车荷载作用下空心板桥空间动力冲击效应

根据空心板桥结构特点,运用梁壳组合模型和铰接梁模型模拟空心板桥,考虑桥面不平顺影响,建立三维车桥耦合振动模型分析空心板桥动力特性,研究不同车速、行车道位置及路面状况对空心板桥冲击系数的影响,并将理论值与实测值进行对比.研究结果表明：空心板桥动力特性梁壳组合模型与实测值更接近;车速在12～16 m/s时,空心板桥位移冲击系数随速度有明显共振节拍,随着路面不平顺恶化,速度节拍影响不明显;位移冲击系数与应变冲击系数并不完全一致,跨中位移冲击系数略大于应变冲击系数,1/4位置应变冲击系数略大于位移冲击系数;实测与数值模拟的空心板桥冲击系数均满足现行规范要求.     

斜拉桥船撞荷载下静动力响应对比分析

采用船撞动力时程最大值、峰值范围内的局部平均值及全局平均值,作为船撞等效静力荷载对斜拉桥进行船撞静力分析,将结构静力响应与船撞动力响应进行对比分析.结果表明:斜拉桥结构位移响应、内力响应差别较大.建议针对存在船撞问题的斜拉桥,在设计时船撞分析尽量采用动力分析方法,以便得到更为真实的结构内力和位移响应.     

斜拉桥船撞荷载下静动力响应对比分析

采用船撞动力时程最大值、峰值范围内的局部平均值及全局平均值,作为船撞等效静力荷载对斜拉桥进行船撞静力分析,将结构静力响应与船撞动力响应进行对比分析。结果表明:斜拉桥结构位移响应、内力响应差别较大。建议针对存在船撞问题的斜拉桥,在设计时船撞分析尽量采用动力分析方法,以便得到更为真实的结构内力和位移响应。     

荷载列作用下简支曲线梁的动力响应

利用积分变换法求解了荷载列作用下简支曲线梁动力响应的解析解。在讨论过程中将单轴、两轴和四轴三种荷载列模型用一标准荷载列模型来表示，使得荷载列模型更具有普遍性。在讨论过程中均采用标准函数，没有采用自定义函数，从而避免了公式推导过程中的不确定因素，使得推导过程逻辑严密，得到的结果确实可靠。最后按所给出的计算方法编制了计算简支曲线梁在荷载列作用下的动力响应程序，得到了较好的结果。     

荷载列作用下简支曲线梁的动力响应

用积分变换法求解了荷载列作用下简支曲线梁桥动力响应的解析解。在讨论过程中将单轴、两轴和四轴三种荷列模型用一标准荷载列模型来表示,使得荷载模型更具有普遍性。在讨论过程中均采用标准函数,从而避免了公式推导过程中的不确定因素。最后按本文所给出的计算方法编制了计算简支曲线梁在荷载列作用下的动力响应程序,得到了较好的结果。     

移动荷载作用下加筋路堤的三维动力响应

利用半解析方法研究移动荷载作用下加筋路堤的动力响应问题。基于Biot多孔弹性介质的波动理论,建立三维横观各向同性弹性加筋地基模型。在忽略土颗粒压缩和自重的情况下,利用Fourier变换将土体波动方程转化为常微分方程。通过数值计算研究加筋与不加筋时,速度、筋材弹性模量和加筋率等对路面竖向位移的影响。计算结果表明:在一定范围内,速度越大加筋效果越显著;速度相同时,加筋后的路面竖向位移明显小于加筋前;筋材弹性模量和加筋率在一定范围内增大时,加筋后的路面竖向位移均呈减小的趋势。     

荷载列作用下简支曲线梁的动力响应

用积分变换法求解了荷载列作用下简支曲线梁桥动力响应的解析解 .在讨论过程中将单轴、两轴和四轴三种荷载列模型用一标准荷载列模型来表示 ,使得荷载模型更具有普遍性 .在讨论过程中均采用标准函数 ,从而避免了公式推导过程中的不确定因素 .最后按本文所给出的计算方法编制了计算简支曲线梁在荷载列作用下的动力响应程序 ,得到了较好的结果     

冲击载荷作用下隧道逃生管动力响应研究

为保证隧道塌方时施工人员有足够的逃生空间,结合具体工程,介绍了隧道逃生管设计要点,并对其在冲击荷载作用下的动力响应进行了弹塑性数值模拟。研究表明,逃生管变形随着落石尺寸的增大而增大,随着逃生管壁厚的增大而减小,随着与逃生管端部距离的增大而减小。     

动荷载下路桥过渡段双线路基动力响应特性

采用有限元方法, 建立了重载铁路路桥过渡段双线路基整体三维模型, 分析了动荷载作用下双线路基动力响应规律。研究发现: 相向移动荷载作用下路基横向上各点的位移曲线呈“W”形状, 路基左右两侧荷载作用面积中心下的位移最大; 路基左侧最大位移要大于右侧最大位移, 点离荷载中心越近, 该点位移波动变化越剧烈。结果表明: 荷载除对其作用一侧的路基位移有影响外, 又加剧了路基另一侧位移; 沿深度方向, 荷载对路基位移的影响逐渐减弱。     

刚构桥在不同周期波浪荷载作用下动力响应研究

以计算流体力、有限元理论以及海洋工程波浪理论为基础,对波浪场进行了模拟,并在此基础上从具体角度出发计算了相同波高、不同波周期的波浪荷载作用下桥梁结构的响应结果.结果 表明:当波高和攻角一定时,不同工况下的位移响应和加速度变化峰值出现在波浪圆频率1.57～1.85之间,与结构第二阶横向弯曲振动频率1.78接近;不同工况下...     

变速移动荷载作用下刚性路面的动力响应研究

分析了行驶车辆加速、减速及飞机起降过程中变速移动荷载所引起的刚性路面的动力响应。结果表明,荷载的行进速度对刚性路面动态挠度的最大值有很大影响,而加速度主要影响挠度最大值出现的位置。     

行车荷载作用下路面结构动态响应敏感性分析

为了在行车荷载作用下对路面结构进行承载能力检测,利用ANSYS软件建立了路面结构的三维有限元动态模型,并分析了路面结构层参数变化对路面动态响应的影响。通过大量有限元计算结果表明:对于路表动应变来说,基层模量和底基层模量以及土基模量影响比较小,甚至可以忽略;面层厚度、基层厚度和底基层厚度影响比较显著,其中影响最大的就是面层模量,当面层模量由2500MPa增加到4500MPa时,测试区的动应变峰值由16.875με减小到10.863με,降幅为35.63%。     

钢-混凝土简支组合箱梁桥在车辆荷载作用下的动力响应及冲击系数研究

由于钢-混凝土组合箱梁桥比同跨度的混凝土梁桥要轻,因此在车辆荷载作用下,车桥动力相互作用更加明显。为了更精确地分析其动力响应及冲击系数,采用ANSYS软件建立了钢-混凝土简支组合箱梁桥的车桥有限元模型,分析了不同车辆荷载作用下简支组合箱梁桥的动力特性;根据简支梁跨中的最大动位移与最大静位移之比,计算了不同结构参数下钢-混凝土简支组合箱梁桥的冲击系数。结果表明：在常见速度范围内,车辆过桥速度对冲击系数的影响总体呈上升趋势;对于同等跨度桥梁,双轮荷载激起的桥梁最大跨中挠度和冲击系数均比单轮荷载作用时小,但前者引起的跨中最大加速度远大于后者,且这种现象随荷载过桥速度的增大而明显。说明对于质量相对较轻的公路钢-混凝土组合箱梁桥,在冲击系数的确定中应考虑较高速度下不同车辆模型的影响。     

地面振动荷载作用下隧道支护结构动力分析

锦赤铁路鹰窝山隧道下穿重载运煤公路,由于公路损毁严重,需要压实重修。下穿公路段埋深较小,需要考虑隧道施工阶段地面压路机动荷载作用下支护结构的动力响应。通过分析单轮振动压路机的压实机理,确定了压路机作用于压实层的振动荷载。建立数值模型,分析了不同埋深条件下隧道支护各特征点的内力特征。分析结果表明:在隧道埋深较小时,振动荷载对拱顶弯矩的影响占据主导作用;随着隧道埋深的增加,振动荷载的作用减弱,围岩压力的作用逐渐增强。对于单线铁路隧道,当隧道埋深小于8m时,必须考虑振动荷载的影响。