车辆撞击下桥墩动力响应与撞击荷载研究

为研究城市桥墩抗撞性能,采用LS-DYNA有限元软件建立精细化车辆-桥墩碰撞模型,分析桥墩动力响应与撞击荷载。该模型考虑了应变率效应对钢筋与混凝土非线性材料力学性能的影响。基于40个车-桥碰撞工况,研究了撞击速度、撞击质量对撞击荷载和桥墩变形的影响,分析了撞击能量和桥墩破坏模式之间的关系。根据40个撞击荷载样本,提出撞击荷载经验公式与半正弦荷载时程曲线,用来计算撞击荷载峰值与反应时撞击荷载时程。将撞击荷载峰值分别与3种等效静力荷载和《公路桥涵设计通用规范》荷载限值进行对比。结果表明:规范中撞击荷载限值偏于不保守;采用等效静力荷载作为撞击荷载对城市桥墩进行抗撞评估偏于不安全。     

型钢混凝土框架侧向撞击下的响应分析

采用数值模拟手段,从撞击力、撞击位移、塑性变形、能量状态角度,分析了撞击位置、撞击速度对型钢混凝土框架动力性能的影响。结果发现:撞击位置、撞击速度对撞击力影响明显;不同撞击位置下框架的塑性变形存在差异,且塑性变形随着撞击速度的增大而加剧;受撞位置是塑性耗能的主要位置,节点位置的塑性耗能水平与撞击速度的变化关系不大。     

钢-混凝土混合框架抗撞击设计研究

利用有限元分析软件LS-DYNA模拟汽车撞击钢管混凝土柱-钢梁混合框架的过程。研究不同撞击高度和角度、不同撞击能量以及不同强度等级钢材和混凝土对于钢-混凝土混合框架在撞击荷载作用下动力响应的影响。采用直接加载撞击荷载分析、评价钢-混凝土混合框架结构抗撞击性能,提出了加强混合框架结构抗撞击设计的措施。根据有限元分析结果,总结出在实际工程中提高钢-混凝土混合框架抗撞击性能的设计建议。     

车辆撞击作用下RC桥墩动力响应

采用LS-DYNA建立了钢筋混凝土(RC)桥墩水平撞击有限元模型,简要介绍了有限元建模技术及相关参数的取值,并通过与水平撞击试验结果进行对比,验证了目前较为常用的2种混凝土本构模型和钢筋本构模型的有效性,进而验证了有限元结果的有效性,并进一步研究了桥墩在等代车辆撞击作用下的破坏机理,分析了与桥墩动力响应和损伤程度有关的影响参数。结果表明:对于水平撞击试验而言,采用MAT_SCHWER_MURRAY_CAP_MODEL(145^#)混凝土和MAT_PLASTIC_KINEMATIC(3^#)钢筋材料模型构建的有限元模型能够更加准确地反映RC桥墩在等效车辆撞击作用下的动力特性、剪切破坏模式和损伤分布; 在等代车辆撞击作用下,混凝土的损伤累积主要集中于墩底剪切带处,而桥墩其他部位的混凝土未出现明显损伤累积; 参数分析结果表明,增大撞击质量能够显著增大撞击荷载峰值、桥墩变形和损伤程度; 提高撞击位置会使桥墩破坏模式由局部剪切破坏转变为整体弯曲(或弯剪)破坏; 在相同撞击冲量下,撞击荷载峰值、桥墩变形和耗能会随撞击速度增加而增大。     

一种能遥控产生大能量低频声波的装置

对大能量低频声波产生装置进行了设计与制作,实现了大能量低频声波产生装置的远距离遥控;通过多次试验发现声波能量随装置气压升高而增大,可通过增大气压的方法得到更大能量的声波;并对钢质撞击挡板和铜质撞击挡板作了对比,结果发现钢质撞击挡板在相同气压下产生的能量远大于铜质撞击挡板,宜优先采用钢质撞击挡板。     

机械碰撞对可燃气体的引燃特性及引燃概率

阐述了机械撞击引燃可燃气体的机理,对影响机械碰撞引燃可燃气体概率的特征因素展开分析,并研究了可燃气体浓度、撞击部件材料和撞击能量等因素和机械火花引燃概率的关系。根据机械撞击引燃可燃气体的特征原理,分析和推导出机械撞击引燃可燃气体概率计算模型,为分析、计算和评估工业生产中机械撞击产生的事故后果提供参考。     

岩石撞击过程中的升温机理分析

分析了岩石在撞击过程中的能量转化及其升温机理,推导出了理论升温公式。同时,采用TVS–2000MKII高精密度红外热成像系统,测量了大理岩和砂岩在撞击过程中的升温值,并给出了其升温值与岩石质量和撞击角度的关系曲线。最后,得出了岩石撞击过程中的升温的主要因素为:岩石破坏时释放热量、撞击时摩擦生热和岩石受压缩而升温等三个方面,同时通过实验进行了验证。     

结构简化弹塑性撞击分析模型及新型防撞吸能器初步试验研究

通过引入防撞吸能器的力-位移关系,建立了用于结构防撞设计的简化弹塑性撞击分析模型。同时对新型蜂窝状加气混凝土吸能器开展了系列静压试验,结果表明该吸能器具有良好的塑性变形吸能特性。通过改变水灰比、骨料配比及模具的形状与大小,可制作不同强度及不同几何构型的蜂窝状加气混凝土吸能器。对安装该吸能器的结构模型进行了撞击试验,实测的结构振动响应与简化弹塑性撞击分析模型的仿真结果吻合良好,从而验证了所提出的简化撞击分析模型的有效性。进一步的撞击能量转移及结构振动响应分析表明:吸能器强度越大,则撞击持续时间越短,而直接作用在结构上的撞击能量越大;撞击过程中结构的动力响应主要受吸能器的强度及结构自身刚度的影响;采用拟静力法分析撞击过程中结构的位移响应时需考虑合适的放大系数。     

撞击速度的变化对陨石撞击形变场的影响及其规律探讨

针对苍山陨石撞击事件，运用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序，分析讨论撞击速度的变化如何影响陨石撞击形变场及其形成、发展和演化。得到了撞击速度与撞击形变场的关系曲线，可作为陨石撞击研究的重要依据。     

遥感-岩石力学(Ⅶ)--岩石低速撞击的热红外遥感成像实验研究

利用热红外遥感成像技术进行岩石低速撞击瞬间的遥感监测,分别进行了以大理岩为主的不同岩性的垂直撞击实验、不同角度的倾斜撞击实验以及不同表面条件(潮湿度)的垂直撞击实验.发现(1)岩石垂直撞击时,均存在一临界速度,不同岩性岩石的临界速度值有所差异,以大理岩为例,其临界速度约为15 m/s ;(2)辐射特征与撞击因子相关,大理岩在临界速度以内垂直撞击时,热红外辐射通量增量与弹体动能线性相关,热红外辐射温度增量与撞击速度二次相关;(3)不同角度撞击时,热红外辐射特征各不相同,其辐射强度基本上都比相同速度下垂直撞击时强,且在45.角入射时达到峰值;(4)潮湿与干燥大理岩在垂直撞击时具有不同的热红外辐射特征,且其变化趋势与速度相关.     

运营期船桥碰撞时大型哑铃型承台群桩基础承载变形特性

对某特大桥运营期承受船撞荷载时的索塔哑铃型承台群桩基础与土体相互作用进行了三维弹塑性静态有限元分析。桩土界面间设置三向的弹簧,横桥向与纵桥向和竖直方向的弹簧分别模拟水平荷载和竖向荷载下桩土相互作用,以便能较好模拟竖向荷载与水平荷载共同作用下大型群桩基础受力变形特性。比较研究分析了索塔哑铃型承台群桩基础最大冲刷方案和护底方案在船撞击时桩身轴力分布、桩身水平剪力分布及桩身弯矩分布等特性,并与其离心模型试验成果进行了比较。结果表明:护底方案在桩身弯矩等方面远比最大冲刷方案的小而表现出能较好抵御船撞荷载。     

土塞效应对管桩低应变测试视波速的影响研究

首先,基于附加质量模型建立了考虑环向波动效应的管桩纵向振动频域解析解,然后利用傅里叶逆变换得到半正弦脉冲激振力作用下时域响应半解析解,最后,基于建立的理论模型,研究了土塞效应对管桩视波速的影响,为管桩的低应变无损检测提供更加精确的管桩测试波速计算理论。本文解的理论反演曲线分别与现有理论解的反演曲线、模型试验和现场试验测试曲线进行了比较,验证了本文解的合理性和计算精度。分析表明:土塞效应对管桩视波速的衰减作用随着管桩壁厚和纵波波速的减小而增强;土塞的存在会导致桩端反射信号幅值到达时间随着桩顶接收角度的变化而变化;土塞效应会增大桩端反射信号的宽度。     

施工工艺对钻孔灌注桩承载性能的影响

摩擦型的钻孔灌注桩由于承载变形机理的复杂性,影响其承载性能的因素也是多方面的。通过对某电厂工程中的两组冲孔灌注桩和旋挖灌注桩的静载试验和应力、应变测试结果进行对比分析,探究了在同样的地质情况和试验条件下两组试桩的承载性能产生差异的原因。结果表明,不同的施工工艺可导致桩的承载性能的较大差异。为今后工程中的同类现象提供了参考与借鉴。     

深基坑排桩锚杆支护与稳定计算

深基坑支护是基坑在较深空间下开挖,但空间限制不允许放坡而只能采用支护结构保护下进行垂直开挖的设计方法和施工技术。深基坑通过采用钻孔灌注桩做排桩及排桩锚杆联合支护的模式,并采用m法计算地基抗力,表明排桩支护在深基坑支护中具有施工简便,经济效益较好,对周围环境影响较小的特点。     

粘土中等桩顶间距人字形桩与竖直双桩竖向承载力分析

通过有限元计算分析,对在粘土中人字形桩和竖直双桩的抗拔与抗压承载力Q～S曲线进行了定性的比较分析,得出了在相同桩顶间距时,人字形桩抗拔抗压性能均优于竖直双桩抗拔抗压性能的结论.     

嵌岩桩与多层土质构造下摩擦桩的自平衡法测试

结合检测工况对测试数据的影响,对自平衡"精确转换法"进行改进,提出摩擦桩位移协调转换法和嵌岩桩的荷载协调转换法,实际应用结果说明两种转换方法合理。所得测试结果表明湄公河大桥桩基承载力符合设计要求;分析湄公河大桥试桩的侧摩阻力和端承力分布,嵌岩桩和摩擦桩纵向承载均以侧阻力为主。     

基坑双排斜桩模型试验研究

伴随着地下空间开发的开发,基坑开挖深度逐步加大,当开挖深度较大时,单排桩满足不了位移要求时,发展出双排直桩、斜直交替桩等新型支护形式,然而支护效果仍不够理想。为进一步优化基坑工程中的双排支护桩,增大其抗侧刚度,将桩设置为斜桩形成基坑双排斜桩。为了验证双排斜桩的支护效果,基于室内模型试验对双排斜桩在开挖与堆载作用下的桩顶位移和桩身弯矩进行监测,并与单排桩、双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩和常规排距前排倾斜双排桩进行对比。研究结果表明:(1)双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩、常规排距前排倾斜双排桩和双排斜桩的侧向刚度均优于单排桩;(2)当桩顶排距较小时,前后排形成的空间刚架作用不强,小排距前排倾斜双排桩承载力弱于双排直立桩,当桩顶排距与双排直立桩相同时,前排倾斜双排桩的桩顶位移增长速度比双排直立桩缓慢,承载力提高;(3)双排斜桩在开挖和堆载过程中,位移增长最为缓慢,桩身弯矩较小,相比单排桩、双排直立桩和前排倾斜双排桩有一定优势;(4)对5种工况的桩型布置进行排序,双排斜桩＞常规排距前排倾斜双排桩＞双排直立桩＞小排距前排倾斜双排桩＞单排桩。     

低应变瞬态荷载作用下基桩动力响应解析解

目前广泛采用的基桩低应变检测问题的理论基础是基于平截面假定的一维应力波理论。而实际上,锤击产生的应力波是三维应力波,不仅沿桩身纵向传播,还沿径向传播,对于基桩低应变检测问题平截面假定实际上是不成立的。此时,一维纵波传播问题转换为应力波沿三维柱体传播问题。文章从基桩三维理论出发,忽略桩土径向位移,考虑桩体中应力波沿纵向和径向传播与桩土的相互作用,建立三维条件下桩土系统瞬态振动计算模型,推导得到低应变瞬态荷载作用下基桩三维动力响应的解析解,以期为基桩低应变检测提供新的理论指导。     

液化土中对称双斜桩动力反应特征及p-y曲线规律试验研究

地震作用下液化土中桩基动力反应一直是岩土工程抗震研究的热点问题,基于非液化土和饱和砂土中对称双直桩和对称双斜桩电磁式振动台试验,在试验中输入不同地震动强度的正弦波和El-Centro地震波,对比研究非液化土和饱和砂土中,直、斜桩水平动力反应特征、桩身弯矩分布及p-y滞回曲线规律。试验研究结果表明：(1) 无论是正弦波输入还是El-Centro地震波输入试验,随着加速度峰值的增加,斜桩承台加速度和位移反应放大值均低于相同工况下的直桩基础,尤其在砂土液化时斜桩的水平抗震性能表现更好;(2) 在非液化砂土中,斜桩和直桩弯矩均较小,而当饱和砂土发生液化后,斜桩的最大弯矩是直桩3倍左右,桩顶和距离桩端0.16 m处,直桩的最大弯矩则主要集中在桩顶与承台连接处;(3) 斜桩p-y曲线包络面积更大,利于能量耗散,在非液化砂土中斜桩p-y滞回曲线整体斜率低于直桩,在饱和砂土中其整体斜率则高于直桩。因此,在进行液化土中桩基抗震设计时,斜桩的整体性能优于直桩基础,但在设计时应增强斜桩桩身的局部抗弯刚度以抵抗较大的弯矩作用。研究成果对可液化土层中工程斜桩抗震设计理论具有重要的参考价值。     

考虑土体冲刷应力历史的单桩承载性状分析

目前分析冲刷对桥梁桩基承载力的影响通常采用将冲刷土体直接移除的方法,近似认为冲刷使得桩基埋深减少,桩头出露高度增加。这种方法忽略了冲刷后土体应力历史变化对桩基承载性能的影响。笔者提出了一种能够考虑土体应力历史的简化方法,该方法适用于ABAQUS内置的Mohr-Coulomb模型,应用ABAQUS软件对竖向受荷单桩进行了数值模拟,与模型试验结果的对比,验证了该方法的可行性。通过参数分析,进一步考察了冲刷深度对桩基竖向承载力的影响。研究表明,冲刷将极大地降低摩擦桩的竖向承载能力,其极限承载力损失量随冲刷深度的增加呈线性增加趋势。因此,实际工程中必须重视冲刷对摩擦型桩基竖向承载力的影响。