深水桥梁结构的地震反应分析

南水北调工程丹江口二桥主桥为四跨预应力混凝土变截面连续箱粱,其2号主墩基础入水深度超过40 m,在动力荷载作用下水对该类结构的动力特性和地震反应的影响不可忽略。以丹江口二桥为例,用有限元程序ANSYS建立了该桥的有限元模型,模拟了该桥的动力特性和地震反应,利用分析结果探讨了水对该桥动力特性的影响。输入地震波后,由于水的附加质量引起的惯性力和动水阻力的影响,结构的位移和内力较之不考虑水的情况会有所增加,但由于桩质点运动的速度和加速度较小,导致附加质量引起惯性力和动水阻力较小,所以给结构带来的影响较小。分析结果为同类结构的抗震分析提供了参考。     

基于驾驶员信息处理能力的高速公路作业区限速值计算方法

基于人体工程学原理,将驾驶员在高速公路作业区行驶过程中接触的交通信息分为道路几何信息、道路交通运行信息、交通管理控制信息、气候与环境信息及驾驶员自身信息,将作业区各种道路交通信息进行量化处理,在系统分析驾驶员对信息处理模式的基础上,提出了基于驾驶员信息处理能力的高速公路作业区车速速度限制值计算模型。以2006年5月哈大公路入口作业区为例,考虑车道宽度、开放车道数、隔离设施、合流机会、合流冲突及大车影响对驾驶员接受信息的量化影响,计算得出该作业区的限速值为50 km/h,与工程实际中采用的55 km/h吻合较好,验证了本文所提方法的有效性,为高速公路交通管理部门确定车辆速度限制标准提供了一种参考方法。     

基于综合性能的沥青混合料组成结构优化

为了基于性能进行沥青混合料组成设计,对沥青混合料的综合性能优化进行了研究。根据胶浆理论,将沥青混合料的性能分为分散相主导型和分散介质主导型两类。选择4.75 mm筛孔通过率、0.075 mm筛孔通过率(矿粉用量)、粉胶比、空隙率作为沥青混合料性能优化决策参数。采用BP神经网络和遗传算法相结合的方法,对沥青混合料组成结构参数进行了优化。研究结果表明,随着疲劳性能的权重减小和高温稳定性权重的增大,4.75 mm筛孔通过率应逐渐减小;无论对疲劳性能还是高温稳定性,都需要5%~7%的矿粉用量和足够的沥青用量;粉胶比越小,沥青用量越大,疲劳性能越好;3%~4.5%空隙率的沥青混合料综合性能较好。     

移动荷载作用下沥青混凝土桥面铺装层动力响应分析

为了准确地分析铺装层的受力状态,将车辆荷载简化为移动均布荷载,采用有限元法分析了铺装层在移动荷载作用下的动力响应。分析结果表明,在移动荷载作用下,以较低的速度行驶对铺装各层应力影响较大,各应力分量与移动荷载速度基本呈线性关系;刹车情况下离表面较近区域不再经历正反两次剪应力作用,只是离表面较深处存在很小正反剪应力作用;最大水平剪应力发生在铺装表面,且随深度的增加迅速减小;水平荷载对水平剪应力影响很大,随着水平力系数δ增大,在同一铺装层深度处的最大水平剪应力增加比较明显;在相同δ的条件下,随着深度的增加水平剪应力越小。通过上述分析,提出桥面铺装层控制性设计指标,从而为桥面铺装设计提供理论依据。     

刚性层深度及层间接触状态对FWD动载响应及反算结果的影响

基于弹性动力学平衡方程,进行Laplace、Hankel联合积分变换,利用传递矩阵的方法,可得任一深度处应力位移与表面应力位移关系。讨论了FWD动荷载形式下下卧刚性层埋深及层间接触状态对表面弯沉的影响。计算结果表明,下卧刚性层的埋深变化对动弯沉盆的形状影响不大,但对数值大小影响明显,下卧刚性层埋深较浅时,面层与土基模量反算结果明显偏大,基层反算结果却显著偏小。层间接触较差时,路面各结构层的反算模量都显著偏小。因此建议模量反算之前,首先对刚性层深度及层间接触状态进行分析,避免对反算模量结果造成很大影响。     

基于粘弹塑性理论的沥青路面车辙分析

应用粘弹塑性理论,研究了沥青混合料一维粘弹塑性本构关系,并运用ABAQU软件建立了柔性基层沥青路面车辙分析的有限元模型,研究了路面车辙的发展规律,经环道试验进行了验证。结果表明:荷载作用初期路面车辙发展较快,而后期车辙发展较慢;路面永久变形主要由绝对车辙引起,侧向隆起仅占15%~30%;随着沥青层厚度增加,车辙增加,但增加幅度逐渐减小;从表层开始沥青层的变形率随深度的增加而逐渐变大,在8 cm处变形率达到最大值,之后逐渐减小;沥青路面车辙主要产生在结构深度20 cm深度范围以内,尤其在4~12 cm之间。另外,进行了重载作用下的路面车辙模拟,对基于车辙等效的轴载换算进行了探讨,提出轴载换算系数为5.9。     

纤维沥青混凝土的动态参数试验研究

通过动态抗压试验和动态劈裂试验研究了不同纤维掺量沥青混凝土的动态性能参数。选用5种聚酯纤维掺量的沥青混凝土圆柱体试件和马歇尔试件,每种纤维掺量制作4个试件,在MTS810材料试验机上进行试验。通过试验确定不同纤维掺量沥青混凝土的动态抗压模量和劈裂回弹模量,对纤维沥青混凝土的动态性能机理进行了分析,并且讨论了动静态抗压模量之间的关系以及纤维掺量与动态模量之间的关系。结果分析表明,加入纤维后的沥青混凝土表现出与普通沥青混凝土相似的动态响应规律,沥青混凝土的动态模量与纤维掺量之间存在较好的相关性,适量的加入纤维会改善沥青混凝土的动态模量等主要动态参数,从而有效增强其综合路用性能。根据动、静态分析结果的基础上给出此种聚酯纤维沥青混凝土的合理纤维掺量在0.20%~0.25%之间。     

水位下降对边(滑)坡稳定性的影响

通过PLAXIS有限元程序对一边坡算例进行分析,根据实际工程的需要选择理想弹塑性模型和莫尔-库仑屈服准则进行数值模拟,并对比分析了土体分别设置为排水条件和不排水条件时的情况。计算结果表明,当土体设置为排水条件时,在库水水位下降过程中,安全系数随水位的下降逐渐减小,但当水位下降了20 m以后,由于孔隙水压力给滑面提供了竖直方向的作用力,随着水位的继续下降安全系数反而略有上升。当土体设置为不排水条件时,坡体内产生的超孔隙水压力对边坡安全系数的降低更为明显。考虑坡体内超孔隙水压力时安全系数的计算结果比不考虑坡体内超孔隙水压力时的计算结果低10%左右,因此实际工程中应该充分考虑超孔隙水压力的积累和消散,并根据"最不利水位"所对应的安全系数进行校核。在计算过程中PLAXIS程序能较好地模拟水位下降引起的渗流作用对边(滑)坡稳定性的影响。     

单桩荷载传递法修正计算分析

基于层状地基采用双曲线模型为荷载传递函数,提出了用Mindlin解和桩土共同作用的联合方法对荷载传递法的进行修正,并计算分析了单桩承载特性。将Lee的方法与双曲线荷载传递函数相结合使得Lee方法中考虑土体横向连续性的优点得以发挥。将横向连续性与竖向连续性修正相结合得到修正荷载传递法,用编制的计算机程序进行了工程实例的计算,结果表明,计算结果与实测值较为接近,其土层的平均SPT值较小,土体较容易产生变形,当试验荷载较高时,可能造成桩周土与桩身之间的滑移。修正荷载传递法与未修正和仅进行竖向修正的荷载传递法相比具有一定的精确性,能更好地反映单桩承载特性,且适用于群桩的分析计算。     

斜拉桥箱形主梁尺寸的优化分析

针对斜拉桥中采用的双箱式主梁,改变斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度以及斜腹板倾斜角度,利用结构有限元分析程序ANSYS,对不同情况下的箱形主梁建立了有限元模型。考虑到梁段以外附近区域的作用,在其两端截面上施加了由平面杆系结构分析所得的端面内力,另外,索力和预加力(梁纵向、横隔梁横向、斜腹板竖向)也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。给出了斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度及斜腹板倾斜角度的合理化建议。分析表明:当底板厚度为30 cm左右,斜腹板厚度为30cm左右,斜腹板倾斜角度为150°~152°时,主梁的应力分布比较合理。