无横隔板空心薄壁高墩稳定性的实验研究

在山区公路建设中,空心薄壁高桥墩得到了广泛的应用。然而,横隔板会对空心薄壁高墩的施工进度造成较大的困难。针对空心薄壁高墩的横隔板设置问题,本文从稳定性分析入手,通过数值实验来设计有/无横隔板、不同宽厚比及壁厚条件的缩尺实验模型,对7个空心薄壁高墩缩尺模型实施轴压实验,探讨了模型墩的失稳破坏模式、受力和变形特性,以及可以不设置横隔板的判别条件,并与有限元计算结果进行了对比分析。研究结果表明,在满足本文提出的容许宽厚比的条件下,混凝土空心薄壁高墩可以不设置横隔板;采用墩底固结、墩顶自由的独立桥墩模型对空心薄壁墩的稳定性进行非线性分析的方法是可行的。     

双薄壁墩连续刚构桥基频的统一计算模式

为研究双薄壁墩连续刚构桥基频计算公式并建立其统一表达式,基于能量原理在给出振型函数的基础上提出了高墩连续刚构桥基频的一般表达式;以典型高墩连续刚构桥梁为例,通过改变系梁的数量、位置、刚度,构造了多种不同的桥梁结构形式,建立了相应的有限元分析模型,研究了系梁设计参数对桥梁结构自振特性影响的一般规律,分析了具有系梁构造的高墩大跨连续刚构桥基频理论计算公式,并对高墩连续刚构桥基频的一般表达式进行了修正,给出了基频的统一计算模式,最后对该模式的可行性进行了实桥验证。结果表明:设置系梁后,连续刚构桥的基频至少增大了15%;随着系梁与桥墩刚度比值的增大,高墩连续刚构桥基频明显增大,两者呈一定的函数关系;本文提出的基频统一公式计算值与桥梁基频实测值误差为3%。研究成果可为此类桥梁抗震设计及结构评估提供参考。     

基于直接强度法的冷弯薄壁开口多次卷边槽钢立柱截面形式研究

现有组装式货架结构的冷弯薄壁开口多卷边柱截面较复杂,加劲高度、侧边高度、斜卷边坡角等参数的变化均对截面加工成形的精度有较大影响。本文基于直接强度法,结合参数化有限元分析,对比研究多卷边柱截面的有限元及使用中国规范、北美规范的计算结果。研究结果表明:对于冷弯薄壁开口多卷边柱,短柱失稳以畸变屈曲为主、辅以局部屈曲,长柱失稳以弯扭失稳为主;对于短柱及中长柱,有限元分析结果与两种规范均吻合良好,长柱则不够理想,相对于有限元结果,中国规范计算值偏低22.9%,北美规范计算值偏低17.0%,两种规范计算值均偏保守,此结果可以为该类截面规范公式修订提供参考。综合考虑截面性能及工艺要求,提出了一种与原有截面S0相比既能提高加工精度又能提高稳定承载力的截面形式S4。     

含裂纹薄壁圆柱壳弹塑性失稳极限荷载的解析解

为了得到含环向裂纹压弯薄壁圆柱壳失稳的极限荷载,基于Je?ek解析法,先利用裂纹面的平衡方程、变形几何关系和物理方程,得到在压弯荷载作用下圆柱壳轴力与裂纹面挠度的关系式;再利用极值条件,推导出在轴压和弯矩共同作用下含裂纹薄壁圆柱壳失稳时极限荷载的解析表达式。利用数值计算分析裂纹长度、长细比以及端部施加弯矩对圆柱壳极限荷载、弹性区高度和圆柱壳裂纹截面处挠度的影响,通过有限元数值结果验证极限荷载解析解的准确性。计算结果表明:与无裂纹完善构件相比,弯矩对含裂纹圆柱壳的极限荷载Pu的影响最为显著,其降低幅值可达3.78%～23.18%;弯矩的增加也会导致构件弹性区高度逐渐减小,裂纹面处的挠度呈非线性增长。本文研究弥补了目前该类问题缺乏理论解析解的不足。     

地震区钢筋混凝土烟囱优化设计

本文以总费用为目标函数,对地震区钢筋混凝土烟囱进行优化设计。设计变量是各设计截面钢筋混凝土筒壁厚度、垂直和水平筋含钢率以及描述烟囱外形的参数。因此,优化了每个计算截面和烟囱形状。为了节省机时,将设计变量分为直接的和从属的,用复形法和满约束设计求解。考虑了烟囱实际受载情况:自重、风荷载、水平和竖向地震力、日照温差、温度效应和P—△效应。国家现行规范中各项规定均得到满足。所以,程序可以直接应用于实际工程设计。计算了两个实例,并与原设计方案进行了比较。     

剪切和扭转工况下微纳米薄壁蜂窝的等效剪切模量计算

分别针对剪切和扭转两种工况给出了微纳米薄壁蜂窝等效剪切模量的解析计算方法.该方法综合考虑了由面板对芯层的约束导致的高度效应和当蜂窝胞壁厚度进入微纳米量级时引起的尺度效应.首先对蜂窝各胞壁选取了可反映面板约束以及受力状态的三角级数位移场,然后在本构关系中引入修正偶应力理论以描述尺度效应,最后应用能量均匀化方法求得蜂窝的等效剪切模量.以典型六边形蜂窝为例,给出了完整的计算过程和结果.与文献中的等效剪切模量结果进行对比,讨论了不同工况下等效剪切模量随芯层高度和胞壁厚度的变化趋势,以及高度效应和尺度效应之间的相互影响.     

基于D-P准则的盾构隧道围岩与衬砌结构相互作用分析

在进行盾构隧道管片衬砌结构载荷计算时,常采用全土柱或压力拱理论计算围岩松动压力,但当盾构隧道面临深埋条件且需计入形变压力时,该方法难以适用.鉴于此,基于Drucker-Prager屈服准则,推导了考虑渗流效应影响下围岩与衬砌结构相互作用的弹塑性解析解,给出了围岩弹、塑性区应力与位移、塑性区半径等关键参数与支护阻力间关系的解析式.阐述了上述解析结果在确定衬砌结构载荷中的应用,即建立围岩与衬砌结构静力平衡状态并求二者对应曲线的交点.进一步地,考虑接头引起管片衬砌结构整体刚度降低对围岩与衬砌结构相互作用的影响,引入刚度折减系数,并在衬砌结构围岩压力确定中对施工期流固耦合效应的影响和渗流力对衬砌结构支护特性曲线的影响进行了简化处理.最后,通过算例将解析解与水下盾构隧道载荷实测值和数值计算值进行了比较.结果表明:用解析方法得到的施工期和稳定期的管片衬砌结构围岩压力比现场实测值分别大28%和12%,稳定期围岩压力比数值计算值大5%,可为类似工程的设计施工提供一定的参考价值.     

一种考虑薄壁散射效应的声学计算模型

采用薄壁边界元/FW-H理论混合方法建立了考虑薄壁声学散射效应的数值计算模型.这种声学计算模型可以预测存在薄壁如风扇机匣、蜗壳等条件下的声波的传播及散射问题.计算模型的建立主要包含噪声源的计算和声源的传播两方面:首先建立FW-H的频域方程,并采用计算流体力学方法计算流场,通过流场数据计算气动噪声源;然后采用薄壁面边界元法计算固壁对声波的散射,并计算声波在固壁散射后的声场分布.数值计算结果和实验结果及经典的叶轮机管道风扇噪声理论进行了对比,结果表明,这种计算模型与理论计算结果及实验结果吻合较好,可以准确的预测机匣壁的散射效应对声源传播的影响.     

基于D-P准则的盾构隧道围岩与衬砌结构相互作用分析1）

在进行盾构隧道管片衬砌结构载荷计算时，常采用全土柱或压力拱理论计算围岩松动压力，但当盾构隧道面临深埋条件且需计入形变压力时，该方法难以适用.鉴于此，基于Drucker-Prager屈服准则，推导了考虑渗流效应影响下围岩与衬砌结构相互作用的弹塑性解析解，给出了围岩弹、塑性区应力与位移、塑性区半径等关键参数与支护阻力间关系的解析式.阐述了上述解析结果在确定衬砌结构载荷中的应用，即建立围岩与衬砌结构静力平衡状态并求二者对应曲线的交点.进一步地，考虑接头引起管片衬砌结构整体刚度降低对围岩与衬砌结构相互作用的影响，引入刚度折减系数，并在衬砌结构围岩压力确定中对施工期流固耦合效应的影响和渗流力对衬砌结构支护特性曲线的影响进行了简化处理.最后，通过算例将解析解与水下盾构隧道载荷实测值和数值计算值进行了比较.结果表明：用解析方法得到的施工期和稳定期的管片衬砌结构围岩压力比现场实测值分别大28%和12%，稳定期围岩压力比数值计算值大5%，可为类似工程的设计施工提供一定的参考价值.     

高速铁路大跨度连续钢桁梁柔性拱桥减震研究

在1联(3×168)m连续钢桁梁柔性拱桥设置纵向粘滞阻尼器,采用非线性时程分析方法研究其减震效果。从减小拱脚轴力、墩底内力、墩梁纵向相对位移三方面出发,讨论了粘滞阻尼器各参数对结构地震响应的影响,并与未设置粘滞阻尼器情况下的地震响应进行对比。初选了减震效果较好的阻尼系数C和速度指数ζ,继而在全桥(两联3×168m连续钢桁梁柔性拱)布置该参数的粘滞阻尼器并分析其减震效果。结果表明:固定墩顶的拱脚轴力值在纵向布置粘滞阻尼器后显著减小,而位于活动墩顶的拱脚轴力值个别存在增大情况,且当ζ一定时,C越大减震效果越明显;活动墩顶的墩梁纵向相对位移随ζ的减小和C的增大而减小;以1联连续钢桁梁柔性拱桥为研究对象,所选定的阻尼器在全桥布置后,全桥地震响应的最大正减震率为76.5%,最大负减震率为-21.40%;尽管全桥布置阻尼器后某些位置出现了负减震率,但其地震响应仍然全桥最小;通过对两侧简支钢桁梁粘滞阻尼器的参数优化后,个别位置的地震响应进一步减小,从而提高了全桥的抗震性能。     

筒仓卸粮成拱超压系数的动态演变过程研究

为了分析筒仓卸粮成拱时仓壁超压的形成机制并量化仓壁超压的计算,基于二次超压理论提出了二次超压定量分析的理论计算模型。将超压分为稳定卸粮超压和成拱超压,并引入成拱超压系数C2(C2=(成拱超压值+常规超压值)/常规超压值)。通过试验及数值分析验证了筒仓卸粮成拱超压系数的动态变化。研究表明:在仓壁选取监测点位3号、4号和5号,50mm尺寸出料口的成拱超压系数分别为2.15、2.29和2.26;在相同监测点处,成拱超压系数随出料口尺寸的增大而增大,在100mm尺寸出料口的5号监测点处可达到2.88;50mm、75mm、100mm出料口尺寸模型的常规超压系数恒定为1,在3个监测点处的成拱超压系数的最大值分别为2.29、2.43、2.88,说明改变出料口尺寸即改变筒仓出料速度对常规超压系数影响不大,而对成拱超压系数影响较大。     

自锚式悬索桥钢混组合主梁施工预拱度分析

对自锚式悬索桥的主梁施工方法进行了总结与评价,指出顶推施工的钢混组合主梁即使在均匀成桥吊杆的作用下,其成桥线形仍会在最大跨临时墩范围内发生局部凹陷的情况,而主梁施工预拱度也不能采取圆曲线或二次抛物线在各跨径内统一布置。鉴于此,本文基于有限单元法对一座自锚式悬索桥的施工过程进行正装模拟分析,计算结果表明,钢混组合梁截面性质改变是引起主梁成桥线形存在凹陷的本质原因;同时将成桥状态的主梁简化为承受竖向均布荷载和梁端集中水平力作用的三跨连续梁结构,并采用力法推导了各跨跨中位置竖向位移的简化计算公式;经算例验证,本文提出的施工预拱度简化计算公式能够有效计入主梁截面性质改变对主梁成桥线形的影响,较准确地预测出主梁累计竖向位移,其计算精度满足工程需求,而本文的研究结论将对同类桥型的主梁施工预拱度设计有较强的指导意义和参考价值。     

大长细比结构弹体侵彻2024-O铝靶的弹塑性动力响应

为研究大长细比结构弹体在撞击典型硬目标早期的结构动力学响应,利用57轻气炮进行了直径1.4 cm、量纲一壁厚0.1和0.15、长细比8和12、头部系数3和4.5的卵形空心弹体对2024-O铝靶的侵彻实验研究,利用高速摄影系统记录了弹体撞靶过程,观察到大长细比弹体垂直撞击硬目标过程中的局部墩粗、塑性屈曲2种结构破坏模式,以及斜侵彻过程中的整体塑性弯曲、弯曲与墩粗耦合、弯曲与屈曲耦合3种结构破坏模式和实时动力学响应过程。基于对指数硬化材料的空腔膨胀理论建立了弹体垂直侵彻模型,给出了在轴向及横向载荷交互作用下计算刚塑性自由梁危险截面屈服函数的控制方程,计算值与实验结果吻合较好。     

原岩应力状态的正交异性球壳模型评价

本文提出正交异性球壳模型,按弹性理论建立了原岩应力解析式,该方法弥补了以往各向同性球壳模型的不中,可计算出任意深度的原岩应力状态,铅垂应力,平均水平应力,水平面内最大及最小正应力。解析结构与原岩应力实例测值高度吻合。     

中墩斜置对连续箱梁弯扭性能的影响

为了揭示中墩斜支承对连续箱梁力学性能的影响,本文考虑约束扭转和竖向挠曲耦合作用,建立了斜支承连续箱梁的力法方程,并获得了内力和变形的解析式.选取斜支承两跨连续箱梁为数值算例,分别计算了竖向对称和偏心均布荷载作用下的内力和变形,并用ANSYS软件计算了控制截面的弯矩.计算结果表明,本文方法计算的弯矩与ANSYS计算值吻合...     

山区铁路高墩大跨刚构-连续梁桥减震研究

山区高墩大跨刚构-连续梁桥结构比较特殊,其地震反应复杂,合理的减震设置对控制地震反应尤为重要。以一座(78+3×134+78)m刚构-连续梁桥为研究对象,运用非线性时程分析法进行计算。通过在活动墩和桥台分别设置减震装置,探讨减震效果,基于最佳的减震设置,进行考虑桥台损伤对结构减震的影响分析。结果表明:桥台处设置粘滞阻尼器既可保证活动墩内力不增加,亦可显著降低刚构墩的内力;无论是桥墩还是桥台,布置摩擦摆支座的减震效果不及布置粘滞阻尼器;桥台损伤对减震有一定的影响,双侧桥台损伤和近刚构墩桥台损伤对刚构墩减震效果影响显著,使得地震内力放大3倍左右,近活动墩侧桥台破坏则对其影响较小;在刚构-连续梁桥的桥台减震设计中应重视刚构侧桥台的设计,确保近刚构墩侧桥台的线刚度达到10~6kN/m,远离刚构墩侧桥台线刚度达到10~5kN/m,实现桥台减震设计的可靠性。     

考虑芯层离散特性的方形蜂窝夹层板自由振动分析

针对方形蜂窝夹层板,考虑其离散的芯层结构形式,在经典夹层板理论的基础上,运用Hamilton变分原理导出了其离散结构形式的运动控制方程.该文以四边简支的方形蜂窝矩形夹层板为例,采用傅立叶级数和伽辽金法求解出夹层板固有频率的半解析解,并与有限元仿真结果进行了比较,两者吻合良好.该文还将夹层板与等质量的实体板固有频率进行了比较,讨论了夹层板芯层薄壁间距、厚度、高度以及面板厚度对其固有频率的影响.计算结果表明,夹层板相对实体板具有很大的刚度;芯层薄壁高度相对其它参数对夹层板固有频率的影响更大.     

双曲面球型减隔震支座与普通支座在成昆铁路典型桥梁上的抗震性能对比分析

以成昆铁路典型桥梁为研究背景,讨论了双曲面球形减隔震支座的抗震性能,对比分析了不同桥型对减隔震效果的影响。进一步地,讨论了桥墩的高度、形式以及位置对减隔震效率的影响。结果表明,双曲面球形减隔震支座对于简支T梁桥、简支桁架梁桥以及连续梁桥均有良好的减隔震效果。整体而言,双曲面球形减隔震支座对墩顶的载荷优化大于墩底,对弯矩的优化大于剪力;桥墩墩高、桥墩位置以及桥墩形式都会影响抗震支座的减隔震率。     

苏通长江大桥北引桥二期试桩试验研究

苏通长江大桥北引桥二期试桩工程采用自平衡试桩法对4根桩进行了测试,其中2根采用U管桩端压浆技术。根 据未压浆桩端阻实测值与计算结果的比较,计算值偏大,实测值为计算值的0.75～0.95倍。未压浆桩发挥端阻所需位移分别 为16mm、38mm,压浆桩发挥端阻所需位移有所减少,分别为12mm、21mm。压浆后桩端阻力测试值是未压浆桩端阻力测试值 的2.46～3.32倍,是规范计算值的2.46～2.50倍。压浆后,桩端阻力在总荷载中所占比例明显提高,由14.42%～15.39%提 高到22.83%～27.22%。桩端压浆对桩侧摩阻力有较大影响,其显著影响范围约为桩端以上14.27m～19.12m,且发挥摩阻 力所需位移明显减小。     

双材料叠合简支梁受均布载荷作用时的解析解

采用弹性力学的应力函数法,分析了上表面受均布载荷作用的上下层弹性模量和高度不同的双层叠合简支梁,对简支端提出了两种等效边界条件,得到了相应的两种解析解。运用有限元分析软件ANSYS,对不同组合的钢-铝双层叠合简支梁进行了数值计算,并与解析解进行了比较。结果表明:两种等效边界条件仅对弯曲正应力和位移有影响,对挤压应力和切应力没有影响;两种解析解的相对误差在1.2%以内;当跨高比超过6时,最大应力的解析解与有限元解的误差在4.4%以内;上下层对调后,两层中的应力基本不变;当上下层之间有摩擦时,弯曲正应力的外侧值大于内侧值,上、下层的中性层都由相应的几何中面向接触面偏移。