钢管混凝土拱桥在车辆荷载作用下的非线性动力响应分析

根据随动硬化理论和钢管混凝土组合材料恢复力模型 ,提出了复杂应力状态下钢管混凝土组合材料的弹塑性应力应变关系。采用非线性有限元法 ,对一钢管混凝土拱桥进行移动车辆荷载作用下车—桥体系的动力响应分析 ,并进一步研究钢管混凝土组合材料进入塑性后对体系振动的影响 ,取得了较满意的结果 ,为钢管混凝土拱桥动力性能评价提供参考。     

水下非接触爆炸冲击作用下悬浮隧道动力响应

为了研究水中悬浮隧道在近场非接触爆炸荷载作用下的运动学及动力学行为规律,通过任意拉格朗日欧拉耦合算法处理流固耦合和强间断流场模拟问题,采用Jones-Wilkins-Lee （JWL）方程和Mie-Gruenisen状态方程分别模拟爆生气体和水的压力,并利用基于势流理论和边界元法的LS-DYNA有限元动力学程序实现上述问题求解计算,分析锚索支撑体系、炸药量和爆心距离对悬浮隧道结构位移、速度、加速度和应力的影响。结果表明：非接触爆炸冲击作用下,3种支撑体系的差异对悬浮隧道管段的位移、速度、加速度和应力影响较小,相同爆炸荷载作用下垂直支撑锚索的轴力远小于其他2种工况（组合支撑和倾斜支撑）,组合支撑体系和倾斜支撑体系比垂直支撑体系锚索轴力最大值要大296%和283%;管体的位移、速度和应力随着炸药量增加近似呈线性增加,加速度近似呈抛物线增加,200,500 kg炸药引起的管段跨中加速度比100 kg炸药引起的加速度大26.2%和223%,炸药量是影响悬浮隧道结构安全性的关键因素;管段位移、速度、加速度和应力随着爆心距增加而近似呈幂函数下降;与2 m爆心距相比,5,10,20 m工况时加速度峰值分别下降了73.2%、94.2%、97.5%;通过回归分析和拟合函数可计算满足结构安全的允许炸药量和安全距离,进而为非接触爆炸荷载作用下悬浮隧道的安全性评价提供依据。     

山区斜坡桩基地震响应的离心模型试验

为探讨地震对山区桥梁斜坡桩的影响,在土工离心机上进行坡顶平地桩、斜坡上单桩及1×2群桩的振动台试验。通过安装的加速度计、激光位移计及桩身应变片实测在不同加速度峰值的El Centro波作用下,斜坡场地各点的加速度时程、各桩截面的应变量及桩头位移值,由此分析斜坡场地各点的加速度放大系数及位移时程,各桩截面的弯矩及水平变位。然后,结合OpenSees进行数值模拟分析,探讨斜坡场地地震效应、桩与斜坡共同工作特性以及桩基残余变形发展特性等。研究结果表明：在各级地震荷载下,斜坡单桩与1×2群桩在地面处位移约为40 mm,桩顶累积变形量则分别达到90,50 mm,峰值弯矩达到1 120 kN·m;斜坡场地在坡顶位置最为不利,其加速度放大系数最高达到1.8左右,因此在低加速度峰值的输入波作用下,斜坡就会发生侧移,对桩基造成影响;在受地震影响的山区斜坡地段修建桥梁桩基,不能仅考虑边坡安全系数,而应计入地震作用下边坡永久位移对桩基的影响。     

弯道超高路段沥青路面的力学响应分析

车辆在弯道超高路段行驶时会受到离心力作用,而现行路面设计方法未考虑离心力的影响。工程实践发现,在沥青路面弯道超高路段病害较多。就这分析了路面超高路段的力学特征,推导出离心力导致轮载不平衡的计算公式。利用有限元软件,以高速公路典型沥青路面结构为例,定量分析了离心力对路面力学响应的影响。计算表明:考虑离心力后路面的力学响应均大于不考虑离心力的情况,且速度越高影响程度越大。可见离心力的存在和现行设计方法的不足是导致路面弯道薄弱环节的原因。     

Wind pressure distribution and wind-induced dynamic response for spatial groined latticed vaults

The wind pressure distribution and wind-induced vibration responses of long-span spatial groined latticed vaults (SGLVs) were numerically simulated, which always are ones of the most important problems in the structural wind resistance design. Incompressible visco-fluid model was introduced, and the standard k-εtwo equation model and semi-implicit method for pressure linked equation (SIMPLE) were used to describe the flow turbulence. Furthermore, the structural dynamic equation was set up, which is solved by Newmark-β method. And several sort of wind-induced vibration coefficients such as the wind-induced vibration coefficient corresponding to the nodal displacement responses and wind loads were suggested. In the numerical simulation where the SGLV consisting of the cylindrical sectors with different curved surface was chosen as the example,the influence on the relative wind pressure distribution and structural wind-induced vibration responses of the closed or open SGLV caused by such parameters as the number of cylindrical sectors, structural curvature and the ratio of rise to span was investigated. Finally, some useful conclusions on the local wind pressure distribution on the structural surface and the wind-induced vibration coefficients of SGLV were developed.     

行波效应下连续粱桥随结构参数的响应分析

利用桥梁专用分析软件MIDAS/Civil建立大跨度连续梁桥多点激励数值模拟模型,采用国际上常用的Elcentro波作为加速度时程输入,在考虑行波效应和桩-土-结构相互作用的情况下,利用时程分析法求得结构在主跨跨径、固定墩纵向抗推刚度和边中跨比等结构参数下的响应峰值。通过数值分析比较,表明增大主跨跨径对结构抗震不利,减小固定墩纵向抗推刚度对结构抗震有利,边中跨比对结构抗震利弊兼半。综合分析各种结构参数,主跨跨径对结构抗震最为敏感。     

用于阵列波导光栅设计的傅里叶光学修正算法

以傅里叶光学为基础,应用菲涅耳-惠更斯原理推导出了用于设计阵列波导光栅解复用器的数学模型;分析了菲涅耳近似条件对光场在自由传输区进行高斯远场衍射的影响;提出了一种基于四阶量化误差的修正算法,并和传统的傅里叶光学法及StigmaticPoints法进行了比较分析;设计了一个具有0.4nm通道间隔的1×256信道阵列波导光栅解复用器,结果表明,得到的器件参数与实际设计值相吻合.     

结构随机振动有限元/边界元法声学数值仿真

建立了结构振动的有限元模型和声学分析的边界元模型,基于边界元法推导了声学响应函数的计算公式,利用声学响应函数和激励谱密度推导了设计域点响应声压的自谱密度函数.以平板稳态振动声辐射为研究算例,计算了1~200 Hz的声学频率响应函数,并计算了系统受常谱密度和变谱密度随机载荷激励的声学响应.理论推导和实例结果表明,基于边界元法的声学响应函数可有效的求解随机声场.     

连续刚构桥船桥碰撞的计算模型和动力响应

以连续钢构桥为例,基于碰撞理论和边界等代原理,研究了船桥碰撞的计算模型;基于Timoshenko剪切变形理论和Hamilton能量泛函变分原理,考虑桥墩的弯曲、剪切、地基效应和上部结构的影响,导出了碰撞体系的动力微分方程;采用积分变换方法,对碰撞体系的控制微分方程和边界条件进行Laplace变换,在频域内求得波动解;运用Crump逆变换方法,使用数学软件Matlab编程进行数值反演,得到时域内的撞击力和各种动力响应。     

撞击荷载下耗能装置缓冲吸能特性研究

在桥墩表面设置耗能装置可提高城市立交桥桥墩和高架桥桥墩抵抗车辆撞击的能力。通过对配置耗能装置桥墩试件侧向撞击的试验研究,分析了耗能装置缓冲、吸能效果及其对桥墩动力响应的影响。研究表明,设置合理的耗能装置能够降低撞击力,达到良好的缓冲效果;同时能够吸收部分撞击能量降低桥墩的动力响应。撞击力可降低49%,跨中受拉钢筋峰值应变可降低63%,跨中位移峰值可降低75.6%。