相邻RC框架结构地震碰撞过程模拟与初步分析

相邻建筑物碰撞是指地震作用下其间距无法满足相对位移要求时造成的侧向撞击,常常导致或加剧结构破坏。选取Hertz-damp接触单元模型,推导了考虑碰撞的结构动力方程,模拟了相邻钢筋混凝土（RC）框架结构地震碰撞过程。分析碰撞过程,并利用梁柱单元破坏指数的变化解释了相邻RC框架结构地震碰撞破坏机理,指出地震碰撞破坏作用不完全随防震缝宽度的增加而降低。     

“三段式”岩石滑坡的锁固段破坏模式及演化机制

锁固段的地质结构及力学性质是“三段式”岩石滑坡的关键控制因素。根据“三段式”滑坡的地质结构特征,采用物理模型试验和颗粒流数值模拟方法,研究了锁固段岩桥角（后缘拉裂隙与前缘蠕滑段末端连线和水平方向间的角度）对锁固段的破坏模式及演化机制的影响规律。锁固段破裂的模式主要有张拉贯通破坏和张-剪混合贯通破坏两种。随着锁固段岩桥角的增大,锁固段破坏模式由张拉破坏向张-剪混合破坏转变：岩桥角小于90°时,为张拉破坏;岩桥角位于90°~110°之间,为张-剪混合破坏;当岩桥角大于110°时,锁固段并不发生破坏,边坡以其它形式发生破坏。通过锁固段的应变时程分析,随着锁固段岩桥角增大,锁固段区域拉应力的影响范围逐渐减小,由全部受拉向全部受压转变。     

基于结构性黄土联合强度的邓肯–张非线性本构模型

基于Mohr–Coulomb强度准则建立的邓肯–张非线性本构模型可以较好地反映土体抗剪强度特性,但是不适宜反映土体的抗拉强度特性。为了合理反映结构性黄土的抗拉强度,首先,通过在邓肯–张非线性本构模型中引入联合强度准则,基于联合强度准则重新确定了土的强度(1 3?-?)f,从而对破坏应力比Rf进行了修正;然后,用修正后的破坏应力比Rf重新确定了切线变形模量Et;最后,用修正后的切线变形模量Et对切线泊松比νt进行了修正,从而建立了基于联合强度理论的邓肯–张模非线性本构模型,为邓肯–张非线性本构模型在结构性黄土边坡的稳定性研究中,合理考虑结构性黄土的抗拉强度特性的作用提供了一种新的方法和途径。     

沉管隧道–接头–场地土振动台试验研究

为了解沉管隧道及其接头在地震作用下的动力响应,以中国广州洲头咀沉管隧道工程为背景,在北京工业大学九子振动台台阵系统上开展了1∶60比例尺大型沉管隧道–接头–场地土振动台模型试验。试验中模型箱采用装配式连续体刚性模型箱,其尺寸为7.7 m(长)×3.2 m(宽)×1.2 m(高),试验中输入地震动时程采用El Centro、Taft、天津及广州人工地震动记录,输入方向为水平横向和水平纵向一致地震动激励。设计了用于模拟沉管隧道接头的构件,并利用拉压传感器和激光位移计测得接头处所受轴向力及变形。结果表明:不同段模型结构测得的加速度及其傅立叶幅值谱有差别,且隧道结构地震响应不是随其自身特性振动,而是服从于周围土体的地震响应;不同强度地震动激励下,不同接头的受力情况可以为沉管隧道的抗震设计提供有价值的参考;不同强度地震激励下,不同接头的位移变化趋势基本上遵循J1接头位移最大,J3接头位移次之,J2接头位移最小,由于J2接头位于中间,这样的变化规律使得整个隧道沿纵向变形更加协调;水平纵向和水平横向一致地震激励下,每个接头的正反方向位移变化趋势基本平行,本次试验结果换算到原型结构,隧道接头止水带处于安全范围不会漏水。     

重复剪切作用下节理强度和形貌特征劣化规律

为了分析重复剪切作用下节理面剪切力学特性及微观形貌特征劣化规律,制备了单节理砂岩试样,考虑4种法向应力分别进行了6次重复剪切试验。研究结果发现:(1)在重复剪切作用下,节理面剪应力–剪切变形曲线变化特征明显,经过2~3次剪切,不再出现明显峰值,剪切硬化现象明显,残余抗剪强度逐渐趋于稳定;(2)随着重复剪切次数增加,节理面的抗剪强度劣化趋势明显,呈先陡后缓的劣化趋势,前2次剪切的劣化幅度占总劣化值的65%以上,而且法向应力越大,抗剪强度劣化幅度和劣化速度越大;(3)在重复剪切作用下,节理面上相互咬合的微凸起和凹陷部分发生切齿、磨损和填充,节理面的凹凸起伏程度逐渐减小,使得其形貌特征参数及粗糙度系数逐渐降低,进而导致其剪切力学特性逐渐劣化;(4)建立了重复剪切作用下节理面粗糙度系数劣化方程,结合N.Barton提出的结构面抗剪强度经验公式,建立了考虑重复剪切作用的节理面抗剪强度计算公式,结果表明计算值与试验值吻合的较好。     

热力盾构隧道先盾后井施工衬砌接头变形机理与控制

先盾后井是热力盾构隧道建设中一种高效经济的施工工法。结合中国首例大断面热力盾构隧道工程,基于纵向等效连续化模型和弹性地基梁理论,对施工过程中衬砌接头受力特征和变形机理进行了分析,并提出控制措施;然后建立了衬砌接头全断面接触面单元数值模型,对控制效果进行分析和评价;最后通过现场监测,得到了不同施工阶段管片纵向轴力及接缝变形规律。研究结果表明:先盾后井工法施工中,衬砌接头变形分为两个阶段:基坑开挖及管片拆除,其中管片拆除为接头变形的主因,基坑施工中,基底卸荷产生的负弯矩作用于隧道上,导致邻近竖井管片底部轴力减小、环缝张开,拆除基坑内管片时,作用于端头管片的残余盾构推力和螺栓预紧力消失,导致管片纵向轴力进一步衰减,环缝二次张开;根据现场监测结果,提出的对邻近竖井的管片纵向拉紧并复紧连接螺栓,进行混凝土铺底及衬砌背后二次注浆的控制措施能够有效控制轴力损失,减小接头变形,施工中环向接缝最大张开量3.51 mm,满足隧道防水要求;采用全断面接触面单元建立的数值模型可以较为精确地模拟施工中管片接头力学行为,其结果可作为控制效果评价参考依据。     

一种仿人肩关节的运动学和工作空间分析

针对人体肩关节的结构特点,提出了一种以球面5R并联机构为原型的仿人肩关节。通过Paden-Kahan子问题思路,推导出了该并联机构的位置反解。基于螺旋理论和指数积公式,并结合直接法和虚拟机构法,给出了少自由度非对称型并联机构的运动学分析方法,得到了该并联机构的速度雅可比矩阵。应用多参数的迭代抽样优化方法,分析了工作空间评价指标与结构参数之间的关系,同时考虑加工装配工艺,最终选取了一组较合理的结构参数。研究结果表明：所提仿人肩关节结构紧凑、工作空间大,且符合人体肩关节活动特点。     

ALC墙板钩头螺栓连接节点平面外抗冲切试验研究

为了解节点的受力性能,对13块钩头螺栓连接的ALC墙板节点试件进行了平面外荷载试验和有限元模拟。结果表明:对于使用钩头螺栓连接的蒸压加气混凝土墙板,在风荷载平面外吸力或向墙板外侧的水平地震作用下,通过垫片传递荷载,最终形成冲切破坏,整个破坏过程大致可分为开裂前的线性阶段、开裂阶段以及最后的破坏阶段; 抗冲切承载力将随着节点区域横向钢筋数量增加或钢筋间距减小而加大; 墙板厚度可明显影响抗冲切承载力; 配置抗冲切短钢筋是提高抗冲切承载力的有效方式; 节点破坏是沿着垫片四周按一定角度发生的冲切破坏,板长度方向的冲切破坏角在67.23°～71.07°之间变化,平均值为69.35°; 板宽度方向的冲切角在61.67°～68.42°之间变化,平均值为64.89°; 长度方向的冲切角略大于板宽方向,总体较为对称; 设计的试验方法符合钩头螺栓连接的受力特点,通过跨中节点试验与有限元模拟相结合,得到端部节点的抗冲切承载力约为跨中节点抗冲切承载力的73%,可以认为随着节点位置与板端距离的增加,冲切锥体体积及周长将会增大,从而提升冲切峰值荷载。     

地铁盾构管片接头抗弯刚度模型试验与数值分析

为研究盾构管片接头抗弯刚度力学特性,采用缩尺模型试验与数值模拟的方法对其进行了研究,得到了如下结果:(1)当弯矩值小于拐点值(150 kN·m)时抗弯刚度曲线可近似为一条过原点的直线,当弯矩值超过拐点值(150 kN·m)时抗弯刚度的曲线斜率变化明显,且曲率随着偏心距e的增大而增大;(2)进行了管片纵缝接头精细有限元模拟,数值模拟获取的抗弯刚度与模型试验获取的抗弯刚度趋势一致,但前者比后者大10%~20%。经过分析得到如下结论:(1)管片抗弯刚度的曲线是高度非线性的非单调函数,其斜率较为复杂难以用方程表示;(2)弯矩越大抗弯刚度越小,正弯矩的抗弯刚度绝对值明显大于负弯矩的抗弯刚度绝对值,在偏心距e固定的情况下,随着偏心轴力N的增大,抗弯刚度先增大后减小;(3)本文数值模拟所采用的方法和选用的本构关系可用于指导计算管片结头抗弯刚度。