作用于椭圆沉箱上的非线性波浪力研究

为深入研究椭圆沉箱的水动力特性,建立了非线性波浪与结构物相互作用的三维时域数值计算模型,该模型中N-S方程的求解基于有限差分法,采用VOF方法追踪流体自由表面,使用部分单元体方法处理椭圆沉箱结构物的曲面边界,用计算圆沉箱波浪力对该模型进行了验证,并将该模型应用于相对波高(H/d)、相对波长(k D)和相对长宽比(B/D)对椭圆沉箱波浪力的影响研究。结果表明:相对波高对椭圆沉箱波浪力有重要影响,其值越大波浪非线性的影响越明显;与沉箱无量纲正向波浪力相比,相对长宽比对无量纲横向波浪力影响更大。研究表明,本研究中建立的数值模型可应用于椭圆沉箱波浪力的计算,但实际设计中需依据建设地点的风浪特征与掩护条件,确定合适的沉箱相对长宽比,以保证结构足够的安全系数。     

非均质软土地基上吸力式沉箱抗拔承载力数值分析

针对非均质软土地基上吸力式沉箱的抗拔极限承载力,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维非线性数值分析。通过一定数量的数值计算与分析,较系统地考察了沉箱承受拉拔荷载过程中主动侧土体与结构接触状态对沉箱极限承载力的影响。由此表明:软土地基的不排水抗剪强度、吸力式沉箱结构的长径比、荷载作用点位置等因素对于主动侧土体与结构的接触状态具有一定影响。通过与有关模型试验结果及极限分析上限解的对比分析,在一定程度上验证了有限元计算模型与数值分析结果的合理性。     

高强钢方管截面双向压弯构件局部和整体相关屈曲研究

采用ANSYS软件建立的考虑初始几何缺陷和残余应力影响的有限元模型分析了板件宽厚比、构件长细比以及荷载相对偏心率对构件极限承载力的影响;提出了利用有效屈服强度系数来计算构件极限承载力的建议公式。研究表明:板件宽厚比(或构件长细比)增大均会导致构件无量纲极限承载力减小,且无量纲极限承载力的减幅会随偏心率的增大而减小;偏心率增大也会使构件无量纲极限承载力减小;构件弯矩-轴力相关曲线大致呈线性变化;建议公式计算结果与有限元计算结果吻合较好。     

平面四节点模型的大变形长宽比分析

针对平面四节点单元进行数值研究,利用Matlab语言编制有限元程序,并以大变形问题为例对不同长宽比的单元进行计算对比。数值研究表明该单元的长宽比对大变形问题计算的影响较小,该单元对大变形问题具有较好的适用性。     

非线性破坏准则下浅埋隧道掌子面三维被动稳定性能耗分析改进方法

 通过引入圆锥椭圆截交线计算公式,改进浅埋隧道掌子面三维被动破坏多椭圆锥体几何参数的计算方法。基于非线性破坏准则和极限分析上限法,推导浅埋隧道掌子面三维被动支护力的上限表达式,并进一步采用非线性规划程序优化计算获得了极限支护力最优上限解。通过对比分析,验证本文方法的可靠性;同时分析非线性抗剪强度参数对被动破坏极限支护力和破坏模式的影响,并绘制相应的破坏模式图。研究表明：被动破坏极限支护力与地面超载?s及地层容重?大致呈线性变化,而与非线性参数m、量纲一化的参数c0/?t及超负荷比C/D呈非线性变化;非线性参数m、量纲一化的参数c0/?t和超负荷比C/D对破坏模式影响显著,而地面超载?s对破坏模式影响则较小。研究成果为隧道掌子面稳定性分析提供一种新思路,进一步完善了隧道掌子面稳定性评价体系。     

不同断面型式悬浮隧道管段波动特性实验研究

水中悬浮隧道(Submerged floating tunnel,简称SFT)是世界上目前唯一还没有实践过的海洋交通结构。SFT的波浪荷载作用评价对隧道结构设计十分重要。通过在二维波浪水槽中的物理模型实验,研究了3种不同断面型式悬浮隧道结构在不同波高和周期下的不规则波作用响应。实验结果表明:(1)相比圆形和多边形断面,椭圆形断面在周期内明显出现了多个局部峰值,且随着波高的增加,局部峰值的个数也随之增多,说明高宽比较小的椭圆形断面旋转力矩发生了作用。(2)通过获得的SFT断面周向压强对SFT断面的垂向和水平向波浪力进行了估算。(3)3种SFT断面出现最大最小压强的位置是一致的,但3种SFT断面的垂向波浪力均大于水平波浪力,结构设计时应重点关注垂向波浪力。根据垂向波浪力与水平波浪力幅值差变化比较,椭圆形和多边形受波高变化的敏感性比圆形更为显著。     

矩形钢管高强混凝土中长柱轴压构件的试验研究与理论分析

进行了 10根矩形截面钢管高强混凝土中长柱轴压构件的试验研究 ,目的是分析长细比、含钢率和截面长宽比对中长柱轴压构件的影响。同时 ,采用数值分析的方法 ,编制了适用于矩形钢管高强混凝土轴压构件的非线性计算程序 ,理论分析结果和试验结果进行了对比 ,两者吻合较好。在此基础上 ,利用所编制的非线性分析程序 ,分析了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和截面长宽比等因素对轴压构件长细比 -稳定系数相关曲线的影响。研究结果表明 :构件的稳定承载力主要和长细比有关 ,随着长细比的增大迅速降低 ;截面长宽比在 1 0～ 1 6的范围内变化时 ,对稳定系数和相对跨中挠度的影响很小。     

单桩与群桩变形特征对比有限元分析

群桩基础广泛应用于建筑领域，为深入研究群桩基础作用详细机理，通过非线性有限元ABUQUS建立单桩与群桩模型，研究轴力、桩土应力比、桩土差异沉降对单桩和群桩的影响，并计算群桩效率系数，优化桩承式加筋路堤设计参数。研究结果表明，群桩基础相对于单桩基础承载力明显；通过分析桩土应力比变化规律，随着荷载的增大，中心桩、边桩、角桩的桩土应力比逐渐变大；越靠近群桩基础中心的位置，桩间土承受的压力越小，在边缘处达到最大值。成果将丰富数值模拟研究并为实践应用提供借鉴和参考。     

轴向和横向荷载下管状组合杆自由端响应的数值分析

提出了轴向和横向荷载下玻璃纤维聚合物(GFRP)悬臂管状杆的数值分析。建立三维有限单元,分析不同轴向荷载下的横向荷载-挠度曲线以及轴力-弯矩关系曲线。建立的模型是为了解决几何非线性和层状组合结构的问题的。当根据Tsal-Wu失效准则计算得到材料失效或者结构整体失稳时,就代表结构失效。试验结果证明了模型的有效性。对考虑不同层角度和交叉层、不同直径厚度比(D/t)和长度直径比(L/D)的杆件的参数化分析表明当D/t越小时,随着L/D的增加,杆件轴向强度下降得越快。在一定的D/t值情况下,GFRP分层结构对轴向强度和抗弯强度有显著影响。研究还表明:轴力-弯矩关系曲线一般是线性的。提高层中纵向纤维的含量或者减小纤维与构件纵向的交角能使关系曲线包围的面积更大。并提出了一个简单的杆件设计方法。     

波浪-海床-结构物相互作用离心模型试验及数值模拟

针对波浪-海床-结构物相互作用这一海洋结构物设计中需考虑的重要问题,采用离心模型试验及数值分析模型两种手段进行研究。离心模型试验采用浙江大学自行研制的超重力造波试验装置及ZJU400土工离心机完成,观测到波浪作用下砂质海床内部孔压累积的渐进特性;所采用的数值分析模型基于Biot固结理论,结合可准确描述砂土液化前后力学行为的“交变移动”土体本构模型,可对波浪作用下海床与结构物相互作用及液化现象进行合理模拟。通过与离心模型试验的对比验证该数值模型的有效性,随后利用该模型针对海底埋置管道这一近海区域常见的海工结构物周围土体在波浪作用下的动力响应进行详细分析。结果表明：海底管道的存在会加快管顶及管侧的超静孔隙水压力累积,管道周围土体的弱化及超静孔隙水压力累积导致的额外上浮力两者的耦合作用是海底管道发生上浮的主要原因。