黏弹性文克尔地基修正Timoshenko梁横向振动复模态分析

利用修正Timoshenko梁理论,考虑地基黏性阻尼,建立黏弹性文克尔地基修正Timoshenko梁动力方程,解决了黏弹性地基经典深梁(Timoshenko)两频谱矛盾。利用复模态分析方法导出微分方程在多种约束条件下的复频率求解超越方程及其振型函数。当不计梁剪切转动惯量的影响时,方程可退化为黏弹性文克尔地基经典深梁计算模型;当不计梁剪切变形的影响及地基黏滞阻尼时,方程退化为常见的弹性地基Euler梁振动模型,其计算模型较为通用。分析了黏弹性地基梁在不同理论下的计算差别,结果表明:黏弹性地基Euler梁在高频段及梁长较短的低频段具有很大误差,黏弹性文克尔地基经典Timoshenko梁相对于Euler梁误差有所减小,但随阶次的增加相对误差逐次增大,在较高频段亦产生不可忽略的影响,证明了地基黏滞阻尼对地基梁振动低频段有较大影响。     

近海结构—流体—地基体系的辐射水动力特性和地震分析

本文提出了求解弹性地基上弹性铅直圆柱体与周周液体耦联振动的解析方法。在该方法中采用了改进的数学模型,不仅考虑了结构-流体相互作用,同时还考虑了弹性地基对整个结构-流体-地基体系的影响。文中给出了依赖于激振频率的辐射附加质量和水动力辐射阻尼的解析表达式,分析了它们随激振频率的变化特性,并将之分别与广义质量和广义阻尼作了比较分析。本文还就结构-流体-地基相互作用对于辐射水动力荷载的影响作了描述和研讨。     

考虑地基辐射阻尼的灯泡贯流泵房水力振动分析

根据测点的脉动压力时程,构造整个流道的脉动压力场,通过三维有限元数值模拟对淮阴三站泵房进行了水力振动时程分析,计算了新型的灯泡贯流泵房的动力响应.和常规无质鼋地基模型的计算结果作对比,考虑地基辐射阻尼会使泵房的动力响应值最人降低50%左右.地基辐射阻尼对淮阴三站动力响应的影响比较显著.同时,根据相关控制标准,对泵房振动进行评价,为工程抗振设计提供依据.     

基于ABAQUS的三维地震动人工输入研究

选择合理的人工边界是模拟荷载作用下结构-地基相互作用的关键,在地震动作用下,无限地基的阻尼效应是影响结构-地基相互作用的重要因素。基于波动理论及ABAQUS有限元软件中的弹簧-阻尼单元,实现了基于粘弹性人工边界模拟地震动的输入,通与理论解的对比,证明该方法具有较高的求解精度。     

基于敏感性分析与粒子群算法的拱坝原型动弹性模量反演方法

拱坝在长期服役过程中受材料老化、环境侵蚀等因素影响,其动弹性模量真实值与设计值存在一定差异,合理确定运行期高拱坝及其地基的原型动弹性模量参数对于监控拱坝的振动安全至关重要。由于模态参数更能从整体上反映结构的振动特性,基于拱坝原型振动模态参数反演拱坝及地基的动弹性模量在理论上更为精确,为此,本文提出了一种基于敏感性分析与粒子群算法的拱坝原型动弹性模量反演方法。首先,建立了反映拱坝及地基各分区动弹性模量与拱坝模态参数之间非线性映射关系的响应面数学模型,基于正交试验法分析了拱坝及地基的动弹性模量区域对拱坝模态参数的敏感性,并以此确定了待反演的动弹性模量区域。其次,提出了基于响应面数学模型计算模态参数和原型振动模态参数的拱坝及地基分区动弹性模量反演最优化数学模型,将动弹性模量参数反演问题转化为目标函数最优化求解问题。最后,采用自适应惯性权重的粒子群优化算法对目标函数进行寻优求解,反演出各分区实际动弹性模量。通过原型工程实例分析表明,该方法合理可行且具有很好的精度,为反演拱坝的动弹性模量提供了一条新思路。     

基于积分型分数导数本构方程的黏弹性土层中单桩的竖向复刚度与导纳研究

建立了基于三维积分型本构方程的单桩在黏弹性土体的竖向振动微分方程。利用三维分数导数Kelvin黏弹性本构关系描述土体的应力应变关系,考虑分数导数和卷积的Fourier变换性质,利用势函数和分离变量法在频域内求解了分数导数黏弹性土层的竖向振动,并在此基础上求解了黏弹性土层中单桩的竖直振动。研究了土体本构模型参量对桩顶复刚度和桩顶导纳的影响。研究表明,分数导数的阶数对桩顶复刚度和桩顶导纳有较大的影响,土体黏性系数对桩顶复刚度的实部和桩顶导纳影响较大,而对桩顶复刚度虚部影响相对较小。     

深水高桩码头在船舶驶靠时的阻尼复振分析

本文对装有橡胶护舷的深水高枕码头结构,在行近船舶撞击下的复振问题,提出一种考虑结构阻尼的分析法.假定行近船舶通过护舷同码头结构段发生塑性碰撞瞬间、整个复合系统在水平面内形成5个自由度、有阻尼的自由振动状态.文中利用滞变阻尼理论导出了阻尼复振的通解,通过算例的电算结果,分析了主要参数对撞击力、桩顶动反力及动位移的影响规律.文末得到了初步的定性结论.     

成层地基上基础梁的计算

本文用初始函效法对成层弹性地基在任意表面荷载作用下的位移和应力进行分析,导出了载荷作用下成层地基位移和应力计算的一般公式.不论弹性层的数目多少,最后问题都可化为求解一个二元一次代数方程组.分布力作用下单层地基的表面位移公式和文献[2]用不同的方法得到的结果完全一样,从而验证了提供方法的正确性,简便性和计算结果的精确程变.文中的算例说明,如果地基弹性模量沿深度逐渐增加,则表面荷载对地基的影响范围将大大减小,基础梁的内力亦有明显的变化.     

基于积分型分数导数本构方程的粘弹性弹性土层中单桩的复刚度与导纳研究

在三维积分型粘弹性本构方程的基础上，建立了基于三维积分型本构方程的粘弹性土体的竖向振动微分方程。利用三维分数导数Kelvin粘弹性本构关系描述土体的应力应变关系，考虑分数导数和卷积的Fourier变换性质，利用势函数和分离变量法在频域内求解了分数导数粘弹性土层的竖向振动，并在此基础上求解了粘弹性土层中单桩的竖直振动。研究了土体本构模型参量对桩顶复刚度和桩顶导纳的影响，研究表明，分数导数的阶数对桩顶复刚度和桩顶导纳有较大的影响，土体粘性系数对复刚度的实部和桩顶导纳影响较大，而对复刚度虚部影响相对较小。     

拱坝坝体-地基动力相互作用的振动台动力模型试验研究

在振动台上进行拱坝动力模型试验时，设置人工阻尼边界，以模拟地震时地震动能量向无限远域地基逸散的地基幅射阻尼效应。选用液体作为阻尼材料，其厚度根据阻尼液体的黏滞系数、基础材料的弹性模量和密度确定。试验同时模拟坝体-地基-库水的动力相互作用和坝体伸缩横缝的动力非线性影响。通过数值对比计算分析，验证了同时计人上述诸多复杂因素影响拱坝系统动力模型试验研究的可行性。为今后进行类似试验研究，合理评价高拱坝的抗震安全，探索了新的研究途径。     

碾压方式对珊瑚砂地基工程特性的影响

以某机场吹填珊瑚砂地基加固工程为研究背景,针对吹填珊瑚砂地基的工程性质,采用振动碾压和冲击碾压2种方法对不同试验区域进行地基处理,结合多种现场原位检测手段,并实施沉降监测,分析和总结碾压方式对珊瑚砂地基力学变形特征的影响规律。试验结果表明:振动碾压20遍以上,加州承载比(CBR)可达38%;而经过30遍冲击碾压,CBR值仅为28%。经30遍振动碾压后,未修正的地基承载力特征值在270 kPa以上,土基反应模量达到106.68 MN/m³,且碾压沉降变形趋于稳定。碾压遍数相同时,振动碾压后的珊瑚砂地基承载力及抗变形能力明显高于冲击碾压处理区域,振动碾压法相比较于冲击碾压法更适宜于珊瑚砂地基处理。振动碾压区域的现场浸水试验结果表明珊瑚砂地基水理性质稳定,不易受到地表水变化对其变形性质的影响。研究结果为指导岛礁吹填珊瑚砂地基处理及类似工程提供借鉴和参考。     

桩基础动阻抗函数计算方法研究

随着现代工程建设规模的扩大,桩基础得到广泛的应用。针对成层地基上的桩基础,采用两种方法计算了桩基础动阻抗函数：子结构法即离散桩体,采用混合数值算法求解半无限成层地基的格林函数,并结合容积法进行求解;直接法即对桩及桩周围有限域土体进行离散,在边界处施加黏弹性人工边界,进行桩－土系统的整体求解。前一种方法中所采用的混合数值法,该方法计算精度高,且适用于复杂水平成层地基,后一种方法则计算方法简单,适用于大型群桩系统。在数值算例中,计算了半无限地基中单桩、2×2桩基和4×4桩基以及多层水平成层地基中带承台的桩基础的阻抗函数,验证了方法的精度,并讨论了网格尺寸、计算范围选取对计算精度的影响。研究结果对桩基和施工有一定指导意义。     

水泥混凝土路面板底脱空区水运动规律的分析模型

在不考虑路面板横向曲率变化、地基的阻尼效应、水的粘性和假设脱空区内始终充满水的前提下,将车辆荷载作用下水泥混凝土路面板底脱空区内滞留水的流体运动问题,换变为求解非稳态的第一类边界条件的Laplace方程,其数值解采用有限元和中心差分相结合的方法求解.为预防和控制板底脱空的出现和扩展,提高水泥混凝土路面使用性能和寿命提供了理论基础和分析手段.     

基于多时间尺度法的桩基轴向振动分析研究

假定桩基及桩周土的材料满足粘弹性本构关系,导出了分析粘弹性桩基轴向振动的偏微分方程。在桩基和土的粘性都比较弱的情况下,用四阶多时间尺度方法求解了边界条件为一端固定、另一端自由的粘弹性桩基轴向自由振动的 n 阶固有频率和振动位移的近似表达式,得到： n 阶固有频率是粘弹性阻尼、阶数 n 和桩周土刚度系数的函数;位移与初始位移、相位、固有频率、时间、桩身位置、阻尼系数等有关;将四阶多时间尺度近似解与精确解进行了对比发现,当阻尼比小于 0.76 时,四阶多时间尺度解与精确解误差很小（小于3%）,因此,只要使用较高的阶数,在较低的阻尼比情况下,用多时间尺度法求得的近似解与精确解误差不大,可以用于分析粘弹性桩基轴向振动。     

一种确定侧向受载桩地基抗力系数的方法

本文假定侧向受载桩的地基抗力系数K=c my~n,用初参数法求解桩的内力和位移,以实测和理论计算的弯矩、位移之差的平方和为目标函数,用可变多面体法确定目标函数的极小点,从而确定地基的侧向抗力系数。由于综合应用初参数法计算速度快和可变多面体方法稳定性好的特点,使得一般工程的桩地基侧向抗力计算能在微机上进行。本文与其它方法的计算结果比较后表明,具有较高的精度.对于成层地基或非成层地基中的桩,不管采用何种侧向抗力系数的计算模式,采用本文提供的方法,亦十分简捷。     

水闸与地基相互作用及底板的设计

传统的设计方法不能反映水闸的上部结构、底板和地基三者之间的相互作用.本文利用子结构法来模拟三者之间的相互作用;接触单元模拟底板和地基的相对错动、滑移;Mohr-Coulomb准则定义点的安全系数;剪应变脊线确定深层滑动线的位置,进而根据强度准则求解稳定系数.系统分析了上部结构、底板和地基刚度变化对地基的差异沉降和稳定性的影响,给出了相关曲线,提出了利用底板和地基刚度为函数的板土刚度比设计底板的新方法.     

非比例阻尼情况下的振型分解法及其应用

本文讨论了平面有限厚弹性地基上结构的抗震分析,提出用振型分解法求解结构一地基系统的动力反应。该法基于地震时结构的高阶振型的反应一般较小,而考虑用少数几个较低的基本振型来描述系统的运动,将动力方程化为只含少数几个广义坐标的耦合的常微分方程组,然后用逐步数值积分的方法求解。与常用的逐步求解法相比,这一方法大大减少了问题的未知数,求解简便,并且能够应用于振型迭加法不适用的非比例阻尼情况。     

无拉力半空间地基梁静力分析的线性互补解法

本文讨论了无拉力半空间地基梁静力分析的线性互补解法。将地基反力作为未知函数进行近似插值，对梁和半空间地基分别进行解析求解而获得１组地基与梁之间相对竖向位移和反力的线性互补方程。利用Ｌｅｍｋｅ方法求解线性互补方程而得到梁的挠度、转角、弯矩和剪力及地基反力。计算结果表明线性解与非线性解之间的差别是相当明显的。     

黏弹性人工边界地震动输入方法及实现

本文对实现黏弹性边界的常用方法进行了总结,对相应于黏弹性边界的地震动输入公式进行了详细推导,把自由场应力的求解也转化为自由场速度的求解,简化了地震动输入公式,并给出了地震动输入的简化方法。基于ABAQUS软件,进行算例分析并和理论解进行对比,验证了各种黏弹性边界实现方式及本文地震动输入方法的合理性和正确性。最后,对大朝山重力坝典型挡水坝段进行地震响应分析,通过施加黏弹性边界并输入相应地震动,评价了无限地基辐射阻尼的影响,并与无质量地基模型的计算结果进行了比较。结果表明,考虑辐射阻尼效应后坝体地震响应明显降低,故在实际工程抗震分析时对其影响应予以适当考虑。     

粘弹性人工边界地震动输入方法及实现

进行结构-地基动力相互作用分析时必须考虑无限地基辐射阻尼效应，粘弹性人工边界方法由于其优越性而得到广泛应用，但对于外源地震作用下结构-地基体系的动力响应分析，还需要确定相应于粘弹性边界的地震动输入，目前一般转化为人工边界节点上的等效节点力处理，为此需要求解自由场位移、速度和应力，比较繁琐。本文首先对目前实现粘弹性边界的常用方法进行了总结。其次，对相应于粘弹性边界的地震动输入公式进行了详细的推导，使得自由场应力的求解也转化为自由场速度的求解，简化了地震输入公式，并给出了地震动输入的简便实现方法。然后，基于ABAQUS软件，进行算例分析并和理论解进行了对比，验证了各种粘弹性边界实现方式及本文地震动输入方法的合理性和正确性。最后，对大朝山重力坝典型挡水坝段进行地震响应分析，通过施加粘弹性边界并输入相应地震动，评价了无限地基辐射阻尼的影响。与无质量地基模型进行比较，结果表明坝体地震响应明显降低，故在实际工程抗震分析时对其影响应予以适当考虑。