计入岩土介质无限空间效应的地下结构自振特性计算公式

本文采用理论分析与数值计算相结合方法 ,建立了一套计入无限岩土介质刚度与质量效应的任意断面柱形地下结构自振频率的解析公式。文中理论分析应用具有分布附加质量与分布附加刚度的柱形弹性体的弯曲、轴向、扩展、环向、扭转振动解析解 ;数值计算采用半解析无限元法 ,用算得的自振特性结果确定分布附加质量与刚度。因此该公式具有既模拟无限岩土介质空间 ,又表达为可供工程直接应用简便显示的特点     

考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制

多孔介质的迂回曲折效应对浆液在其中的渗透扩散与注浆效果具有非常重要的影响。采用理论分析,研究考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体渗流运动方程,推导考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制;基于计算机编程技术,依托COMSOL Multiphysics平台与达西定律,二次开发得到考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制的三维数值模拟程序,并以此开展不同水灰比幂律型水泥浆液在砾石土体中渗透注浆过程的数值模拟;通过对比分析,研究理论分析、模型试验与数值模拟结果验证该理论机制。研究结果表明:采用考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制得到的扩散半径理论计算值、数值模拟值较不考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆扩散机制公式得到的扩散半径理论计算值、数值模拟值更接近注浆模型试验值,因此可较好地说明考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制较不考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆扩散机制公式更能反映幂律流体在多孔介质中的渗透注浆扩散规律。该研究成果可为多孔介质地层的实践注浆工程设计及施工提供一定的理论指导与技术参考。     

岩土细观介质空间分布数字表述和相关力学数值 分析的方法、应用和进展

介绍和总结近十多年来研究实际岩土细观介质空间分布的方法，以及基于实际细观介质空间分布数学表述而建立的力学数值计算网格自动生成的方法和应用，该项研究可为解决岩土力学主流方法常遇到的岩土模型与参数给小准和本构关系模型种类繁多这两个重要问题提供可行途径。该可行途径主要包括采用数字图像技术来对岩土材料内部细观不同介质的空间分布进行精确测量和数值表述以及采用相应的数值计算方法。研究结果表明，数字图像技术可以用来准确量测和表述岩土内部各种介质的实际空间分布，这些空间分和数据可以用来建立岩土内部不同细观介质的空间分布和相应数值计算网格，并通过与现有的数值计算方法如有限元法或有限差分法相结合来实现考虑真实岩土材料不同种细观介质及其空间分布的力学数值分析和预测。进一步探讨如何应用该方法来建立微观-细观-宏观不同尺度耦合的真实岩土力学分析和预测方法与理论。SCI论文检索结果表明，所提出的方法和途径是岩土力学相关研究和探索的最新进展。     

考虑界面滑移效应的组合梁自振频率计算的修正折减刚度法

为建立考虑界面滑移效应的组合梁自振频率实用计算方法,将静力折减刚度法与基于Euler梁模型的理论解析结果进行对比,揭示了静力折减刚度法计算组合梁自振频率的局限性。提出了组合梁自振频率计算的修正折减刚度法,拓展了静力折减刚度在动力计算中的适用范围,且有效统一了考虑滑移效应的组合梁静、动力分析中刚度的计算。基于4根跨度3.8m的简支钢-混凝土组合梁的模态试验结果,对修正折减刚度法进行了验证,结果表明：相比于静力折减刚度法,修正折减刚度法在组合梁自振频率计算中的适用范围更广,且计算精度更高;修正折减刚度法的计算精度与解析公式较为接近,且该方法是通过对广为接受的静力折减刚度法进行修正而得到,相比于解析方法更易被工程设计人员接受。     

锚固段侧阻力分布的一维滑移–软化半数值分析

工程实际表明，预应力锚索(拉力型)锚固段侧阻力的沿程分布多呈单峰上凸曲线，而较多解析推导及半数值分析采用锚固体与孔壁界面的严格全程黏结假设，其计算结果难以解释这一现象。对此，以岩土介质的半无限弹性体假设为基础建立一维力学模型，利用半无限体Mindlin问题的位移解析解，以半数值法求得岩土体与锚固体的孔壁界面位移差值。通过引入侧阻力与位移差值的滑移–软化模型关系，对锚索锚固段的侧阻力分布进行半数值求解探索和算例讨论。相对于锚固段严格全程黏结假设，考虑孔壁界面侧阻力滑移–软化特性更符合实际情况，在张拉力作用下，锚固段始端一定范围的滑移使该区段侧阻力降低，应力向深处转移调整，从而形成侧阻力分布的单峰曲线。     

锚固段侧阻力分布的一维滑移-软化半数值分析

工程实际表明，预应力锚索（拉力型）锚固段侧阻力的沿程分布多呈单峰上凸曲线，而较多解析推导及半数值分析采用锚固体与孔壁界面的严格全程黏结假设，其计算结果难以解释这一现象。对此，以岩土介质的半无限弹性体假设为基础建立一维力学模型，利用半无限体Mindlin问题的位移解析解，以半数值法求得岩土体与锚固体的孔壁界面位移差值。通过引入侧阻力与位移差值的滑移-软化模型关系，对锚索锚固段的侧阻力分布进行半数值求解探索和算例讨论。相对于锚固段严格全程黏结假设，考虑孔壁界面侧阻力滑移-软化特性更符合实际情况，在张拉力作用下，锚固段始端一定范围的滑移使该区段侧阻力降低，应力向深处转移调整，从而形成侧阻力分布的单峰曲线。     

交错桁架结构动力特性的简化分析方法

根据交错桁架结构质量和刚度分布比较均匀的特点,构造了一个与其质量和刚度分布相近的假想结构,并给出了假想结构各阶频率和振型的简化计算公式;基于矩阵摄动理论,给出了交错桁架结构和假想结构之间质量、刚度、自振频率和振型之间的关系表达式及其系数的计算公式,采用该理论对交错桁架结构自振频率、振型及地震效应进行了算例分析。结果表明:该方法避免了迭代计算,计算工作量小,且可以计算结构的各阶自振频率和振型;用该方法计算的自振频率及振型与精确解吻合较好;高层交错桁架结构采用底部剪力法和采用振型分解反应谱法计算的结构作用效应相差明显。     

地面角钢塔及楼顶角钢塔的基本自振周期研究

角钢塔基本自振周期计算影响到风荷载及地震作用计算,自振周期与结构质量和刚度的分布情况相关。通过求解刚度矩阵和质量矩阵可得到角钢塔的自振周期,计算时应考虑角钢塔平台的设置位置、数量以及下部建筑物的影响。为此建立有限元模型,计算分析各种情况下的角钢塔自振周期。计算结果表明,顶部平台对自振周期影响很大,且平台高度越大对自振周期影响权重越大;下部混凝土建筑对自振周期影响很大,自振周期计算时应考虑整体结构的影响。混凝土建筑物高度大于角钢塔时,可直接选取混凝土结构自振周期作为角钢塔自振周期。根据计算结果拟合得到的简化公式,对角钢塔的设计具有参考价值。     

预应力砼空心板梁自振频率实用计算方法

针对预应力混凝土空心板梁截面刚度复杂、自振频率计算困难的现状,文中提出了一种实用方法来简化其自振频率的计算.通过对预应力混凝土空心板梁截面的简化,推演了其截面总抗弯刚度与单位长度总质量的实用表达;基于无限自由度欧拉伯努利梁自由振动理论,推演了预应力混凝土空心板梁在简支与双悬臂状态下自振频率的实用公式.通过与实际工程空心...     

通信单管塔连接与附属构件对基本自振周期的影响研究

通信单管塔基本自振周期计算影响到风荷载及地震作用计算,自振周期与结构质量和刚度的分布情况相关。采用近似计算公式得到的基本自振周期不能准确反映通信单管塔的基本自振周期,通过有限元建立塔身模型计算未考虑通信单管塔连接与附属构件的影响,计算得到的基本自振周期并不能准确反映通信单管塔的基本自振周期。论文在统计中国铁塔股份有限公司通信单管塔标准塔连接与附属构件质量占塔体总质量的比例的基础上,分析连接与附属构件对通信单管塔基本自振周期的影响。计算结果表明,连接与附属构件质量占塔体总质量比例约为30%~60%,其对通信单管塔基本自振周期的影响不可忽略,计算基本自振周期应考虑连接构件与附属构件的影响。计算结果对通信单管塔的设计具有参考价值。     

基于理正岩土软件和Plaxis在某工程实例沉降计算的对比

目前地基处理经常涉及沉降计算问题。地基沉降计算理论分析方法分为理论公式法和数值分析法,理正岩土可以得到二维解析解,而Plaxis软件可以得到二维有限元数值解。应用理正岩土和Plaxis软件对一项地基处理后实例工程的沉降计算结果进行对比,相互验证。     

上部结构、梁板式矩形筏基和地基共同作用解析分析

将弹性地基上的梁板式矩形筏基视为十字交叉梁与平板组合体系,上部结构刚度简化为等效刚度板,采用半数值、半解析方法,通过梁、板、柱以及地基之间力与位移平衡协调分析,可得到考虑上部结构刚度时梁板式筏基与地基共同作用的半数值、半解析解。该方法收敛性较好,未知量少,便于实际应用。算例结果表明,上部结构刚度对梁板式筏基的变形和内力影响显著。工程实例表明,该方法具有较好的适应性,特别是对于常规的岩土工程勘察资料,可采用插值的方法进行地基沉降系数计算。     

规则型隔震房屋的自振特性和地震反应分析方法

根据规则型隔震房屋的刚度,质量和阻尼分布的特点,改进了阻尼比的简化计算表达式。此外,还归纳给出了自振周期,振型和地震反应计算公式,文中还将我们提出的隔震结构振型阻尼比公式与Kelly的相应公式进行了数值比较,两者的复杂程度虽几无差异,但本文的公式更为精确,文中提出的简化计算公式可以方便地在规则型房屋结构隔震设计中加以应用。     

柱形孔压缩与扩张问题的统一弹脆塑性解答

在岩土工程中,柱形孔压缩和扩张问题的研究有着广泛的应用。本文基于统一强度理论,考虑应变软化、剪胀和中间主应力等因素的影响,假设柱形孔在半无限空间中受轴对称应力,通过分析内部应力的不同取值,将柱形孔压缩和扩张的弹塑性解答统一起来。研究表明,柱形孔扩张与压缩问题具有高度的相似性;对于弹脆塑性材料,在弹塑性交界面上,法向应力是连续分布的,切向应力不连续;而切向应变是连续的,法向应变不连续。此外,还探究了中间主应力系数对弹塑性解答影响。该解答可通过选取特定的参数退化为许多现有的公式,具有一定的统一性和实用价值。     

正交加劲柱形壳自由振动的结构相似性分析

采用相似理论对自振正交加劲柱形壳进行分析,提出了其相似的必要条件,即相似率。结构建模中采用了Donnell非线性应变-位移关系曲线和Smearing理论。然后采用虚功原理分析加劲壳体的自由振动。在使用相似理论对推导的公式进行无量纲化后提出了相似率的概念。采用不同的算例从数值和试验角度论证了相似率的有效性。结果验证了推导公式的有效性。     

振动体系频率方程的研究及其在工程中的应用

本文基于振动体系的频率方程，提出了当一个结构的质量分布和刚度分布发生改变而构成一个新的结构时，利用刚度和质量变化前的结构的自振频率来计算新的结构的自振频率的方法，探讨了这种方法的工程应用范围。并选用一个工程实例详尽地叙述了其计算过程。     

附加质量模型在拱坝自振特性分析中的应用

基于附加质量模型的缺陷,提出了附加质量折半模型,采用该模型分析了拱坝的自振特性,并与原计算模型试验结果作了对比分析,结果表明:相对于附加质量模型,附加质量折半模型计算所得的坝体自振频率更符合实际,但偏差仍相对较大。     

高耸雁型输电塔结构自振周期的二维简化分析

高耸雁型输电塔初步设计过程,为得到该塔的风振系数,需要估算塔体的自振周期.荷载规范给出的简化自振周期公式取值范围大,精确度不高.二维简化分析是一种计算塔体自振周期的有效方法,与规范公式比较,该方法考虑了在自振周期计算中起关键作用的两个因素:质量和刚度,因此具有更高的精度.     

结构与地基介质相互作用分析的远区解析模拟

对结构与地基介质相互作用分析中地基无限远区提出了一种解析解模拟方法，这一方法相比于现有人工边界及无限单元方法，既可反映无限介质特性，又不需增加任何计算工作量，具有简便、精确的特点，便于工程应用。     

波形钢腹板对多跨桥梁刚度贡献率的定量分析

文章以国内第一座采用整体式顶推施工的大跨度波形钢腹板PC组合梁桥为例,依据材料力学理论,利用等效刚度法推导波形钢腹板刚度贡献公式,并采用解析计算和数值模拟计算导梁挠度,与多跨波形钢腹板箱梁桥顶推现场实测值进行对比,定量验证波形钢腹板刚度对箱梁桥抗弯刚度的贡献,同时证实了考虑波形钢腹板刚度贡献的解析计算更接近实测值。