单桩横向非线性惯性响应简化分析计算方法

根据已建立的地基土-单桩系统横向非线性动力相互作用的简化分析模型,在动力Winkler模型的基础上,研究单桩横向非线性惯性响应。简化模型中．地基土对桩轴的横向非线性作用力．由非线性迟滞退化弹簧模拟,地基土在运动过程中的能量耗散,由与弹簧并联的粘壶模拟。利用有限元空间离散技术和Newmark-β法,讨论了横向惯性荷载作用下．单桩运动方程在时域中的求解方法。计算结果表明,该模型能够反映单桩非线性惯性响应的主要特征。能够揭示各种非线性因素,如：桩周土的迟滞效应、退化、屈服,以及土-桩界面的分离等,对单桩惯性响应的影响。计算结果与试验结果相当吻合。     

圆柱形储罐考虑桩土相互作用地震响应的简化分析

以Penzien集中质量模型为基础建立了某圆柱形锚固储罐考虑桩-土-罐相互作用及罐壁柔性的简化分析模型,采用有限元软件ABAQUS建立了该桩-土-罐力学模型,分析了其自振特性及在水平基岩波激励下的动力响应.分析结果得知,相比于刚性地基,考虑桩土相互作用的储液罐对流频率几乎不变,第一阶柔性脉动频率略有减小;在动力响应方面,储液罐基底剪力和力矩最大值略有减小,但其对流分量和刚性脉动分量最大值均有增大,所以本文建议在储液罐进行设计时应充分考虑桩土相互作用后储罐动力响应的有利和不利变化,从整体上把握来确保储液罐的抗震安全性.     

基于文克勒模型的饱和土中单桩对瑞利波动力响应研究

基于Boit饱和多孔介质理论,采用文克勒地基梁模型,研究了表面透水的饱和土介质中顶部固接的桩对瑞利波的横向响应。分别计算了软土和硬土两种情况下不同深度桩的响应、饱和土的孔隙率对桩响应的影响、土介质相对刚度对桩响应的影响、fc-z空间桩响应的分布、桩顶约束条件的影响,并与桩顶自由的结果进行了比较。结果表明,饱和土介质中桩对瑞利波的横向响应受波的频率、土介质性质、桩土刚度比、桩顶约束条件等因素的影响。整体来看,瑞利波对桩的横向影响自上而下大致呈衰减趋势,在地表处影响最大;瑞利波对桩的影响深度随频率的降低而扩大;桩、土之间的水平相对位移幅度与土的孔隙率、相对刚度比均呈正相关关系;同频率下,相对软土地基来说硬土地基中桩受瑞利波的影响较深;顶部固接比顶部自由的桩对瑞利波的响应小。计算结果对工程抗震设计具有参考价值。     

基于弹塑性模型的群桩-土-结构动力非线性数值分析

提出一种群桩-土弹塑性模型,结合动力文克尔理论,推导出了与桩(筏)-土属性及SSI体系频率相关的各项弹簧-阻尼单元动力阻抗,建立了三维框架土-结构相互作用有限元简化分析模型。针对不同地震激励,在不同桩-土条件下对模型进行了动力非线性时程分析,结果表明,在某些地震动和土-基础条件下,上部结构非线性作用效应结果可能大于固基假定情形,且桩-土弹塑性模型对上部结构柔弱层位置产生影响。应用本文简化方法可以快速、较准确有效地进行复杂的上下部结构动力时程分析及抗震评估。     

精确频率约束下框架结构的尺寸优化

本文研究受到频率约束的框架结构优化设计问题,采用基于Bernoulli-Euler梁的动力刚度法求解框架结构的自振频率,采用W-W算法精确求解自振频率及频率对设计变量的灵敏度.分析比较了将框架结构的杆件按普通静刚度梁单元和动力刚度梁单元分别建立计算模型时得到的频率分析结果.以杆件面积为设计变量,以结构重量为优化目标,对基频约束下的框架结构进行了尺寸优化,比较了节点集中质量对优化结果的影响.通过2个数值算例,验证了动力刚度阵法在框架结构频率性能分析与优化设计中的适用性,并具有较高的计算精度.     

基于叠加原理的群管桩的纵向振动

利用Winkler地基模型来模拟管桩与桩周土、管桩与桩芯土的动力相互作用,在忽略桩周土、桩芯土的径向、环向位移的情况下,得到了Winkler地基模型的刚度系数和阻尼系数。在Winkler地基模型的基础上建立了主动管桩和被动管桩的纵向振动方程,将相互作用因子的概念扩展应用到管桩-管桩纵向动力相互作用,得到了管桩-管桩纵向动力相互作用因子。在叠加原理和管桩-管桩动力相互作用因子的基础上,求解了管桩的纵向振动,得到了管桩的纵向动力阻抗。通过数值算例分析了相关参量对管桩-管桩纵向动力相互作用和群管桩纵向振动的影响。研究结果表明:管桩内外半径比、桩土剪切模量比、管桩长径比对管桩-管桩纵向动力相互作用和群管桩纵向振动有较大的影响,桩间距较大时管桩-管桩纵向动力相互作用因子和群桩动力阻抗随频率变化曲线波动越大;管桩壁厚不宜过薄。     

含旋转运动效应裂纹梁横向振动特性的研究

针对开口裂纹作用下旋转运动欧拉-伯努力梁的振动特性进行了研究。文中使用裂纹梁连续等效刚度模型模拟裂纹效应,将含裂纹旋转运动梁视为弯曲刚度沿梁长度方向连续变化的梁,并应用传递矩阵法推导了求解其振动特性的特征方程。考虑不同裂纹深度和位置、不同旋转速度,分析了梁的一阶和二阶固有频率的变化情况。研究结果表明:旋转运动效应和裂纹效应并非独立影响梁的固有频率,两者间具有耦合作用效应;转速提升使由裂纹导致的频率衰减幅度变小,同时裂纹加深使得由速度升高带来的阶频提升更加显著;相比于二阶频率,耦合作用效应对于一阶频率更加显著。     

体外预应力索与简支梁耦合振动的特性

体外预应力结构是一种由体外索和普通结构组成的预应力组合结构,被广泛地应用在各类结构中。基于体外预应力索与梁耦合振动的振动特性,建立体外预应力梁振动模型,推导出了不同体外预应力束线型等直线弹性梁的自振频率方程。在体外预应力钢束混凝土梁电磁激振器扫频试验中,测试了不同预应力条件下梁的基频。理论和试验研究表明体外预应力束线型、预应力束拉伸刚度和梁振型模态对梁自振频率的影响是明显的。     

竖向变形一致的双材料简支叠合梁的自振特性研究

提出了一种考虑叠合界面摩擦效应的特殊叠合梁自振频率计算方法。将叠合梁划分为接触区和分离区,根据材料力学中的平衡法,推导了接触区摩擦效应的连接刚度;假设梁按等波长或等刚度两种形式振动,运用传递矩阵方法,推导出了简支叠合梁自振频率的计算公式,并给出了两个算例。结果表明:叠合梁自振频率随叠合界面摩擦效应的增大而增大;接触区与分离区刚度比较小时,采用等刚度法与等波长法得到的自振频率几乎相同,随着刚度比增大,前者计算的自振频率大于后者。     

人体--结构系统的水平振动实验

针对静止状态人对结构水平振动特性的影响,建立实验平台,分别测试并分析了质量块-结构系统、单人-结构系统、多人-结构系统水平自振频率与阻尼比变化规律.给出了两种人-结构系统静态水平耦合模型的比较分析以及人体的水平振动频率估计.结果表明:在分析静止状态下人对结构水平振动特性的影响时,人体不可简单作为质量块或质量-弹簧-阻尼系统,而应看作带人体刚性质量的质量-弹簧-阻尼系统.结合实验测试数据和人-结构系统水平耦合模型,得到人体水平前后向频率范围为0.236～3.748 Hz,人体水平左右向频率范围为0.194～5.32 Hz.     

薄壁筒仓的振动实验研究

本文设计并完成了不同地基上筒仓模型的动力试验（包括模型试验和测试方案，数据输入输出及处理）。对模型筒仓及原型筒仓分别进行了系统的有限元动力分析计算，并与试验结果进行了比较。结果表明，本文所设计的试验，试验结果及有限元计算模式是正确的。     

考虑地基相互作用时筒仓模型的静力实验研究及有限元分析

设计制作了有机玻璃筒仓模型,在空仓及装填了散料（大米）的满仓两种情况下,将筒仓分别置于生地基和用海绵橡胶垫模拟的弹性地基上,实测料仓仓壁及支承筒的静力应变值,并与有限元计算结果进行了比较,两者能够较好地吻合,证明实验是可靠的,所用的力学计算模式及模型分析的简化是正确的。     

黄土地基中大直径超长群桩基础受力特性的模型实验研究

通过室内模型试验,对黄土地基中大直径超长群桩基础的承载-沉降关系、承台下土体附加应力的分布及发展、桩土承载情况以及不同位置桩的受力特性分别进行了研究。结果表明:黄土地基中大直径超长群桩基础荷载-沉降曲线呈缓变型且没有明显拐点,故群桩基础的极限承载力应综合沉降-时间对数s-lgt曲线和荷载-沉降Q-s曲线来确定。承台下土体附加应力分布为边缘大中心小。不同位置的桩承载性能不同,总体上是角桩(6#桩)最大,边桩(5#桩)次之,中心桩(1#桩)最小;同时各桩的桩侧摩阻力及桩身轴力沿桩长的变化也有所不同。     

考虑地基-结构-散粒体相互作用时贮仓结构的静、动力研究[Ⅱ]--有限元分析

对贮仓结构的静、动力问题进行了系统的分析计算：考虑到地基—结构—散粒体间的相互作用，引入新的计算模式，对不同地基上的贮仓结构模型进行了系统的有限元静、动力分析计算，并与作者所完成的试验结果进行了比较。结果表明，所提出的计算模式及有限元计算模型是正确的。     

Derivation of conditions of complete contact for a beam on a tensionless Winkler elastic foundation with Mathematica

The classical problem of a beam on a tensionless Winkler elastic foundation is reconsidered for the derivation of the conditions of complete contact between the beam and the foundation. This is achieved through the application of modern quantifier elimination software included in the computer algebra system Mathematica together with Taylor–Maclaurin series approximations to the deflection of the beam. Four particular beam problems have been considered in detail and the related QFFs (quantifier-free formulae) have been obtained for several values of the order in the series approximations. Additional approximation possibilities have also been investigated with an emphasis put on the use of the Galerkin method based on weighted residuals. The present results seem to constitute one more interesting application of modern quantifier elimination algorithms and the related software (here in Mathematica) to applied and engineering mechanics.     

群桩作用机理的数值试验研究

在分析桩土支撑体系及其相互作用关系的基础上，利用有限元分析软件ANSYS建立了群桩体系计算模型．通过对均质土体例题计算结果分析，可以看出利用该建模方法与传统解答有很好的一致性．根据辽宁工程技术大学实验馆场地土实测资料，利用该建模方法，求解出了承台与桩的荷载分担比，对安全、经济地进行群桩基础设计具有重要指导作用和应用价值．     

移动荷载作用下非局部地基梁动力响应分析的有限元法Dynamic response of beams with nonlocal foundations subjected to moving loads using finite element method

基于非局部地基理论,推导了移动荷载作用下非局部地基梁动力响应问题的有限元解,分别讨论了地基的非局部参数、刚度、阻尼系数以及移动荷载速度对非局部地基梁动力响应的影响,并比较了非局部结果与局部结果的差异。结果表明,地基的非局部参数、刚度和阻尼是地基梁的动力响应的主要影响参数,地基梁最大响应及其发生的时刻与移动荷载速度有关。研究成果可为轨道地基系统设计提供参考。     

格栅结构复合地基的应用研究

格栅结构复合地基是一种有侧限结构复合地基。通过载荷试验和相关测试研究表明:格栅结构的侧向变形受到相邻桩的限制,侧向变形减少;格栅内的地基土没有侧向位移;地基土内有应力集中和应力分担比增加的规律。     

散粒体-贮仓结构-地基的动力特性分析

以筒仓模型结构为例，考虑到散粒体-结构-地基的相互作用，对弹性地基上筒仓内的散粒体的不同计算模型进行了多种工况、系统的有限元动力分析计算。通过与筒仓模型动力实验结果进行了比较，得出结论：在对地基施以水平激励时，弹性地基上筒仓的动力响应大于刚性地基上筒仓的动力响应，散粒体与仓壁的相对运动对筒仓结构有减振作用。     

SEMI-ANALYTICAL AND SEMI-NUMERICAL METHOD FOR DYNAMIC ANALYSIS OF FOUNDATION

A semi-analytical and semi-numerical method is proposed for the dynamic analysis of foundations. The Lamb's solution and the approximate formulae were used to establish the relation of the contact force and deflection between the foundation and soil. Therefore, the foundation can be separated from soil and analyzed by FEM as for the static cases. The plate can be treated as that the known forces are acting on the upper surface, and the contact pressure from soil can be represented as the deflection. So that only the plate needs to be divided into elements in the analysis. By this method, a series of vibration problems, including various shapes and rigidities of foundations, different excitation frequencies, were analyzed. Furthermore, it can be used for the embedded foundation. The numerical examples show that this method has simplicity, highly accurate and versatile. It is an effective method for the dynamic analysis of foundations.