冲击荷载下两端简支高桥墩的动力屈曲

考虑剪切变形和大位移的影响,建立高桥墩在冲击荷载作用下的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;利用四阶Runge-Kutta法进行数值求解,得到冲击荷载作用下高桥墩的临界荷载、位移响应曲线以及各种荷载和几何参数对临界荷载的影响规律。通过数值算例比较了三角形冲击荷载和矩形冲击荷载作用下的荷载-位移幅值响应曲线;给出了矩形冲击荷载作用下,不同峰值的位移响应曲线、临界荷载随高桥墩柔度的变化曲线、不同冲击持续时间对临界荷载的影响。     

冲击荷载下高桥墩的弹塑性动力屈曲

考虑剪切变形和大位移,在双线性本构模型下, 建立高桥墩在冲击荷载作用下的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;通过数值求解,得到冲击荷载作用下高桥墩的临界荷载、位移响应曲线以及各种荷载和几何参数对临界荷载的影响规律。比较了三角形冲击荷载和矩形冲击荷载作用下的荷载-位移幅值响应曲线;给出了矩形冲击荷载作用下,不同荷载峰值的位移响应曲线、临界荷载随高桥墩柔度的变化曲线、不同冲击持续时间对临界荷载的影响;分析了塑性变形对高桥墩稳定性的影响,给出了塑性区域的出现和扩大的过程。     

地基上下震动时高桥墩的动力屈曲

考虑大变形的影响,建立高桥墩在地震波冲击下引起的地基上下震动时的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;对时间变率的非线性微分方程进行数值求解,给出了同一地震波不同强度下高桥墩的位移响应曲线以及从产生横向振动到失稳的全过程;得到了地震波冲击时高桥墩失稳的临界地震加速度和失稳时刻。通过数值算例比较了地震波幅值、高桥墩柔度以及桥面质量大小对位移幅值响应曲线、临界地震加速度和失稳时刻的影响。     

钢筋混凝土柱式墩落石冲击抗剪性能可靠性分析

建立一种基于可靠度理论的落石冲击作用下钢筋混凝土柱式桥墩抗剪性能可靠性分析方法。在数值分析方法可靠性验证基础上通过非线性有限元分析生成了60组落石-墩柱接触力时间过程数值样本,考虑等冲量和等峰值建立落石撞击荷载的简化半波正弦模型;以Priestley公式描述墩柱抗剪能力,以剪力破坏参数定义墩柱损伤等级,通过蒙特卡洛随机抽样得到各撞击强度下结构失效概率,进而得到易损性曲线,进行了落石质量、撞击速度、墩柱截面面积、混凝土轴心抗压强度和箍筋配筋率参数敏感性分析。结果表明,数值模型参数能够有效模拟钢筋混凝土构件落石冲击响应;相比于全局平均等效静力,峰值等效静力方法更适用于落石冲击荷载等效静力简化;落石质量和撞击速度增加不同程度增加墩柱抗剪失效概率,混凝土轴心抗压强度提高、墩柱截面面积增加和箍筋加密一定程度上降低墩柱各个等级损伤发生概率。     

水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究EI北大核心CSCD

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。     

水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。     

反平面冲击荷载作用下圆柱形洞室的动力响应

对无限弹性土体内圆柱形洞室在反平面冲击荷载的作用下的瞬态响应进行了探讨。用残余变量的方法结合拉普拉斯变换及其逆变换,在频域内的得到土体位移和应力一般表达式,并采用拉普拉斯逆变换的数值方法,给出了问题的数值解。在时域内分析了无限弹性土体内圆柱形孔洞在沿轴向方向的冲击荷载作用下的土体动力响应的变化规律,并将计算结果与静力情况下的作了比较：反平面荷载作用后,波向外发散传播,并沿半径方向衰减,衰减速度较静力情况下的衰减要慢,且距离波源越远二者差别越大;波到达后,该点土体的应力和位移均发生与外荷载相同的三角形变化：先增大,随后减小最后保持为零不变。     

冲击荷载作用下单层网壳结构动力稳定性研究

针对冲击荷载不同于地震作用,而常规动力稳定性判定准则不适用问题,阐述求解冲击问题的基本理论及冲击荷载取值;据冲击荷载特性提出适合冲击碰撞问题的单层网壳结构动力稳定性判定准则;选K6型单层网壳结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行结构冲击作用下动力稳定性分析,通过大量算例,分析其在不同冲击物质量比及速度作用下全过程动力响应,结合动力响应模式获得冲击荷载作用下单层网壳动力失稳的临界能量区域,并从矢跨比、跨度、杆件截面三方面对结构进行参数分析。结果表明,基于网壳动力响应模式与冲击能量相结合方法对单层网壳进行动力稳定性判定合理;结构刚度越小,冲击作用下动力稳定性越差;加大主肋利于提高结构动力稳定性。     

冲击作用下钢筋混凝土深梁动力性能试验研究

为了探讨在冲击荷载作用下钢筋混凝土深梁的动力性能,利用大型落锤试验机对两组具有不同静载破坏特性的简支钢筋混凝土深梁进行了不同冲击速度下的动力性能试验研究,并考虑了二次冲击的影响。通过对高速摄像机所记录的各试件在冲击过程中裂缝的发生、发展直至试件破坏的全过程进行分析和不同荷载下裂缝形态差异的对比分析,表明不同的冲击速度下试件裂缝的发生、发展过程及裂缝形态表现出明显的差异,二次冲击下的主要裂缝基本遵循一次冲击产生的裂缝路径发展。详细分析了冲击力和跨中位移时程曲线以及冲击力-跨中位移曲线的特征,发现冲击力峰值与冲击速度、最大跨中位移和跨中残余位移与冲击速度在不发生严重剪切破坏时均满足近似线性关系。分析还表明,具有较好延性的深梁具有更好的抗冲击性能。最后,通过对比分析冲击力、支座反力和惯性力时程曲线,得出采用冲击力峰值和支座反力峰值作为深梁的抗冲击承载力均不准确的结论。     

干接缝节段拼装桥墩拟静力试验研究

摘要：为了比较节段拼装桥墩与整体现浇桥墩之间抗震性能的差异,以是否存在预应力钢筋、不同施工方法、预应力筋的位置和粘结状态、是否存在耗能钢筋等为试验参数,设计了一个包含五种不同构造类型混凝土桥墩的试验方案。采用拟静力试验方法比较分析了这五种不同构造类型混凝土桥墩的破坏形态、易损部位、荷载位移滞回曲线、节段拼装桥墩接缝的开展、拟静力残余位移、曲率分布、耗能能力、粘滞阻尼比等,得到了三种节段拼装桥墩、整体现浇钢筋混凝土桥墩和预应力混凝土桥墩之间拟静力行为的异同。试验结果表明：节段拼装桥墩在循环荷载作用下发生接缝的交替开闭,曲率变化集中在接缝附近,没有发生整体现浇混凝土桥墩通常出现的塑性铰现象。耗能钢筋的存在可以延缓接缝的张开,增加构件的极限弯矩和耗能能力,从而有利于增加抗震能力;采用无粘结预应力钢筋和有粘结预应力钢筋连接的节段拼装桥墩的拟静力残余位移比较小,而采用耗能钢筋的节段拼装桥墩的拟静力残余位移较大,基本上与整体现浇桥墩的拟静力残余位移相近。     

典型铁路梁桥抗震设计地震动破坏势排序

输入地震动的选取是桥梁抗震分析中的重要环节,不同的输入地震动引起的桥梁结构反应有显著差异。为了对铁路桥梁抗震设计地震动的选择提供定量依据,将"最不利设计地震动"的概念拓展并应用到桥梁抗震领域,研究典型铁路梁桥在不同地震动作用下的结构响应,得到基于结构相应参数的输入地震动破坏能力排序。首先确定了桥梁地震动输入以及评价指标,使用OpenSees对桥墩模型输入大量地震动记录进行有限元分析,通过调幅手段研究幅值与单一参数的关系,并引入颜色映射理论研究幅值与多参数的关系。研究表明:(1)当较低幅值地震动作用在结构上时,结构的地震响应与第一周期反应谱值相关性最好;(2)随着幅值的增加,结构周期增长,地震响应与更长周期反应谱值以及速度、位移参数、持时参数等的相关性会逐步提高;(3)通过动力时程计算并对墩顶位移进行比较,给出了模型在设定地震作用下的排序,结果可为相关桥梁结构的输入地震动选取提供参考。     

桥墩抗震性能评估的适用近场地震动强度参数研究

为研究适用于桥墩结构抗震性能评估的近场地震动强度参数,建立了具有不同周期的3个钢筋混凝土墩柱模型,选取大量实际地震记录组成地震记录库,利用增量动力分析和统计推论的方法研究了非弹性位移响应谱值作为近场地震动强度参数在评估桥墩抗震性能时的适用性,研究结果表明,相比弹性位移响应谱值,非弹性位移响应谱值是更适用的近场地震动强度参数,可以用来进行基于概率的桥墩结构抗震需求分析。研究结果具有一定的学术和工程应用价值。     

近场脉冲型地震作用下结构响应预测研究

选择典型的具有速度脉冲的近场地震动记录组成地震记录库,建立了3个处于不同周期范围的墩柱结构模型,利用非线性动力分析考察了采用非弹性位移响应谱值作为近场脉冲型地震动的强度参数来预测结构地震响应的有效性,并探讨了非线性振子的参数选取对利用非弹性位移响应谱值预测结构地震响应的影响;以模型的静Pushover分析得到的屈服位移...     

方口径电磁轨道发射装置导轨及壁板的动力响应

本文将方口径电磁发射装置的导轨及壁板简化为双层弹性基础梁,分别采用Heaviside函数和Dirac函数表示随电枢移动所产生的均布电磁力和电枢作用在导轨上的集中载荷,建立了导轨及壁板的动态响应方程。应用模态正交性及正则化原理,求得了导轨及壁板的位移和应力的解析解。通过算例,分析了给定运动及结构参数的情况下,导轨及壁板的动力响应,并将解析解与采用ANSYS数值分析结果进行了比较,佐证了解析解的可靠性。本文的研究结果可为方口径电磁轨道发射装置的动态特性分析奠定了基础。     

横向磁场中轴向变速运动矩形板的参数振动

针对磁场环境中轴向变速运动导电矩形薄板的磁弹性参数振动问题进行研究。在给出薄板运动的动能、应变能以及电磁力表达式基础上,应用哈密顿变分原理,推得轴向运动矩形薄板的磁弹性参数振动方程。针对横向磁场中四边简支边界约束下轴向变速运动矩形板的参数振动问题,通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法,得到包含两个变系数项的马蒂厄振动方程。基于弗洛凯理论并应用平均法,对参数振动系统周期解的稳定性进行分析,得到稳定性判别条件。通过数值算例,给出参数振动系统周期解的稳定性图和振动响应曲线图,分析轴向速度等参量对薄板参数振动响应以及解的稳定性的影响。结果表明,稳定解区域对应的响应曲线呈现周期或概周期运动形式,不稳定解区域对应的响应曲线呈现发散形式。     

控制自复位高墩高阶效应的双摇摆界面法

为控制只在墩底设置1个摇摆界面的自复位高墩(结构1)的高阶模态地震响应,研究了分别在1/2墩高截面(结构2)和墩身弯矩最大截面(结构3)设置第2个摇摆界面的双摇摆界面法的控制效果。以3种强度条件下的7条地震动作为输入,利用时程分析获得了3种结构的墩身最大弯矩、最大剪力及墩顶最大水平位移。通过对比分析发现:结构2不能有效控制高阶模态效应,而结构3能有效控制高阶模态效应。随地震动及其强度的不同,与结构1相比,结构3能使墩身最大弯矩及最大剪力分别减小20%~46%和19%~65%,但结构3会增大墩顶最大水平位移,需采用有效手段加以控制。     

轴向运动导电薄板的磁弹性振动

针对磁场环境中轴向运动导电薄板的磁弹性振动问题进行研究。在给出薄板运动的动能、应变能以及电磁力虚功表达式的基础上,应用哈密顿变分原理,推得磁场中轴向运动矩形薄板的磁弹性振动方程。基于麦克斯威尔电磁场方程并考虑相应的电磁关系式,得到薄板所受电磁力的表达式。针对横向磁场中矩形板的自由振动问题,通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法,得到三种边界约束条件下轴向运动薄板的磁弹性振动微分方程。通过数值算例,给出了不同边界条件下矩形板的磁弹性振动特性曲线图,分析了轴向运动速度和磁感应强度等参量对薄板固有振动频率的影响,讨论了临界速度的变化规律。     

近断层地震作用下曲线桥碰撞效应及影响试验研究

为明晰近断层地震动作用下曲线梁桥碰撞效应及其影响,以某小半径带坡匝道桥为对象,设计制作1/10缩尺模型及可调式碰撞测试装置,选取同次地震中近断层和远场地震动输入,完成了单向和双向激励条件下试验模型桥的振动台试验。结果表明:与远场地震动相比,近断层地震动作用下曲线梁桥的碰撞效应(碰撞次数和碰撞力)有较为显著的增加,而碰撞效应的增大会增大支座的位移响应,进而增加支座失效或落梁风险,且双向地震动影响更大;碰撞对边墩和中墩沿碰撞力方向的切向位移峰值增加显著,对碰撞力方向上试验模型桥的墩顶有效均方根位移响应均有放大作用,碰撞会增加试验模型桥桥墩的破坏风险。曲线桥抗震设计中应考虑近断层地震动诱发的碰撞效应影响。     

无限长条板中弹性与粘弹性界面裂纹尖端场

研究无限长条板中粘弹性-弹性界面Griffith裂纹在 Ⅰ 型突加载荷作用下,裂纹尖端动态应力强度因子的时间响应。利用积分变换方法、Fourier和Laplace变换,分别推导出了弹性和粘弹性问题的控制方程组;引入位错密度函数,并结合边界条件,导出了反映裂纹尖端奇异性的Cauchy型奇异积分方程组,运用Chebyshev正交多项式化奇异积分方程组为代数方程组,用配点法进行求解;最后用Laplace积分变换数值反演方法,将拉氏域内的解反演到时间域内,求得动态应力强度因子的时间响应,并对材料参数的影响进行了分析。结果表明,剪切松弛参量对 Ⅰ 型动应力强度因子的影响小于对 Ⅱ 型的影响,而膨胀松弛参量对 Ⅰ 型动应力强度因子的影响大于对 Ⅱ 型的影响。