岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应分析

在动力有限元理论的基础上,运用ANSYS软件对石家庄至武汉铁路客运专线岩质边坡进行地震荷载作用下的动力响应分析。获得了位移、加速度和锚杆(索)轴向力放大系数及其变化规律,结果表明:边坡对地震加速度存在放大作用,坡顶水平向峰值加速度为5.13 m·s^-2,约为输入地震峰值加速度的1.6倍,锚杆(索)框架梁支护能有效地提高岩质边坡的动力稳定性,具有良好的抗震效果。研究结果对岩质边坡的抗震设计具有一定的借鉴意义。     

Coupled axial–torsional vibration of thin-walled Z-section beam induced by boundary conditions

The coupled axial–torsional vibration of thin-walled Z-section beam induced by the boundary conditions is investigated. The value of the warping function is not zero at centroid for Z-section beam. If the axial displacement of the pin end is restrained at the centroid of the Z-section for thin-walled Z-section beam, the axial vibration and torsional vibration may be coupled. The governing equations for linear axial and torsional vibration of a thin-walled Z-section beam are derived by the d’Alembert principle and the virtual work principle. The bending vibration is uncoupled from axial and torsional vibrations and is not dealt with in this paper. For harmonic vibration, the general solution of these equations with undetermined constant coefficients may be obtained. Substituting the general solution into the displacement and force boundary conditions, a set of homogeneous equations can be obtained. The natural frequencies and the coefficients of the general solution may be obtained by solving the homogeneous equations using the bisection method.Numerical examples are studied to verify the accuracy of the proposed method and to investigate the effect of boundary conditions and the value of warping function at centroid on the coupled axial and torsional natural frequency of Z-section beam.     

钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能的试验研究

为了探讨钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,本文进行了12个框架试件在恒定轴力和水平反复荷载作用下的试验研究,主要考察了柱截面形状(圆形、方形)、含钢率(圆形:α=0.06,0.103;方形:α=0.125,0.126)、柱轴压比(圆形:n=0.06~0.60;方形:n=0.04~0.60)、梁柱线刚度比(圆形:i=0.36~0.58;方形:i=0.34~0.62)等参数对其力学性能的影响。试验结果表明:钢管混凝土柱-钢梁框架滞回曲线较为饱满,强度和刚度退化不明显;柱轴压比和含钢率对框架的承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低,而含钢率影响规律则相反;圆形截面柱框架抗震性能整体上优于方形截面柱框架。按照《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ13—51—2003)设计的钢管混凝土框架能够满足结构抗震设计要求。     

钢骨高强混凝土短柱轴压力系数与配箍率关系研究

通过 1 4根剪跨比λ为 2 0的试件在反复荷载作用下延性的试验研究 ,研究了钢骨高强混凝土短柱的破坏形态 ;分析了配箍率对钢骨高强混凝土短柱位移延性的影响 ,得出了延性和配箍率间的相关曲线 ;分析了配箍率对钢骨高强混凝土短柱轴压力系数的影响 ,得出了满足一定延性要求的对应于不同体积配箍率的钢骨高强混凝土短柱的轴压力系数限值     

隧道及井巷工程超前探测模拟及其偏移技术研究

隧道及井巷工程中前方地质构造超前探测是一项技术难题,目前国内在基于反射波法探测方面开展了大量的应用性研究工作,但较少进行探测方法布置及数据处理技术的研究,在实际工程探测中未取得较为理想的效果。利用多炮检反射波观测系统,通过水槽超声波试验模拟隧道及井巷掘进过程中可能遇到的不同地质条件,进行反射波超前数据采集,并实现了对数据绕射扫描偏移方法处理。探测模拟结果表明,多炮检反射波观测系统对不同地质条件产生的波阻抗差异具有明显的反应,其偏移结果与实际界面位置相吻合,但多层介质探测时对后续界面的分辨率降低。因此必须进一步完善三维多分量立体数据的采集与波动方程数据偏移方法技术的研究,增强对隧道及井巷工程前方复杂地质构造的探测能力。     

大跨钢桁梁悬索桥风-车-桥分析系统建立与可视化实现

从钢桁梁断面风荷载和车辆荷载加载角度对现有风-车-桥耦合振动系统进行精细化改进。首先基于钢桁梁自身结构特性,以桁杆为单位,对静风力和抖振力,采用合力等效原则,使得任意时刻每个截面内所有节点所受静风力和抖振力的合力与作用在该截面形心的等效静风力和抖振力相等,求取每个节点的静风力和抖振力;对于自激力,依据刚体运动学理论,推导了钢桁梁截面节点与相应截面形心两者运动状态之间的关系式,采用响应不变原则,获取每个节点的自激力。其次在已建立适用于单主梁模型的分析系统的基础上,融入提出的钢桁梁风荷载精细化分析方法,构建大跨钢桁悬索桥风-车-桥分析系统,并基于OpenGL技术集成开发风荷载作用下随机车流过桥的动态可视化功能。最后依托一座典型大跨钢桁悬索桥,采用建立的分析系统,对不同风速和车流密度作用下的桥梁响应进行分析。结果表明：桥梁跨中竖向位移响应主要受车辆荷载控制,横向位移同时受风荷载和车流密度控制,但风荷载起主要作用;随着风速和车流密度的逐渐增大,跨中内力与位移响应极值明显增大。     

Post-buckling response of elastic-plastic beam resting on an elastic foundation to eccentric axial load

The post-buckling response of an elastic-plastic beam resting on a Winkler-type elastic foundation to an eccentric axial load is investigated. A nonlinear beam element is formulated and employed in computing the post-buckling paths and limit points. The numerical results show that the post-buckling behaviour of the beam is unstable, and the post-buckling strength, measured in term of a ratio between the axial load and the critical load, increases with an increment in the foundation stiffness. The limit load, which the beam can withstand, is sensitive to the eccentricity and it gradually reduces when raising the eccentricity, regardless of the foundation stiffness. The elastic foundation support increases the axial load at the initial yield point, but it reduces the mid-span deflection at the point, and this effect is more pronounced for the foundation having higher stiffness, regardless of the eccentricity.     

基于精细梁模型的向量式有限元分析

精细梁不同于Euler梁和Timoshenko梁,该模型在考虑剪切变形的同时还考虑了横向弯曲时截面转动产生的附加轴向位移及横向剪切变形影响截面抗弯刚度后产生的附加横向位移。推导了适用于向量式有限元分析的精细梁单元应变和内力表达式,采用FORTRAN自编了向量式有限元程序。对悬臂梁、两端固支梁和门式框架进行了算例分析,对比了采用不同梁单元模型下结构的竖向位移。结果表明:当高跨比较小时,3种梁单元的竖向位移相差不大;当高跨比较大时,精细梁单元的竖向位移较Euler梁和Timoshenko梁明显增大,表明剪切变形及刚度折减引起的附加轴向位移、附加横向位移不能忽略。精细梁单元模型对高跨比较大的梁进行分析可望得到更精确的结果。     

Response of steel beam–columns exposed to fire

Steel beams when exposed to fire develop significant restraint forces and often behave as beam–columns. The response of such restrained steel beams under fire depends on many factors including fire scenario, load level, degree of restraint at the supports, and high-temperature properties of steel. A set of numerical studies, using finite element computer program ANSYS, is carried out to study the fire response of steel beam–columns under realistic fire, load and restraint scenarios. The finite element model is validated against experimental data, and the importance of high-temperature creep on the fire response of steel beam–columns is illustrated. The validated model is used to carry out a set of parametric studies. Results from the parametric studies indicate that fire scenario, load level, degree of end-restraint and high-temperature creep have significant influence on the behavior of beams under fire conditions. The type of fire scenario plays a critical role in determining the fire response of the laterally-unrestrained steel beam within a space subframe. Increased load level leads to higher catenary forces resulting in lower fire resistance. Rotational restraint enhances the fire resistance of a laterally-unrestrained steel beam, while the axial restraint has detrimental effect on fire resistance.     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

变截面门式刚架的平面内弹性稳定计算

对楔形变截面轴压杆在各种边界条件(包括弹性约束)下的稳定性进行了详细研究,提出了简单而精度较高的计算式;对门架有侧移失稳时变截面梁对柱子提供的转动约束进行了分析,提出了高精度的近似计算式,可直接用于计算变截面门式刚架的计算长度或临界荷载.     

移动荷载作用下双参数弹性地基板动力响应分析

同时考虑干扰源的运动性和随机性,对双参数弹性地基上的无限大Kirchhoff薄板的动力响应进行了研究。获得了运动的确定性和随机性的点源作用下双参数弹性地基上无限大Kirchhoff薄板的Green函数、脉冲响应函数、频率响应函数和位移场的理论解。详细分析了随机动力响应的时域统计特性。在随机性问题的研究中,发现地面系统对运动平稳随机载荷作用下的随机响应不再是平稳过程。为今后进行地面结构可靠度设计和疲劳设计提供了一定的理论依据。     

考虑不平度的桥面铺装动响应分析

从动力学的角度出发,模拟考虑由桥面的不平度引起的行驶车辆的随机动荷载,应用有限元方法分析了铺装层在车辆随机动荷载作用下的动力响应分布规律,并与以往的移动恒载作用下铺装层的动力响应和静力响应的分析结果做出比较。分析表明,针对铺装层而言,相邻的两块横隔板的跨中位置为最不利荷载位置;考虑桥面不平度情况下铺装层的最大竖向位移和最大横向拉应力的峰值分别是只考虑冲击系数的移动恒载作用下的1.33倍和1.39倍;讨论了车速的变化对铺装层的最大竖向位移和最大横向拉应力的影响。研究结果为铺装层的混合料和结构设计提供了理论依据,对桥面施工及维护提出了严格要求。     

高温下钢筋混凝土框架的内力重分布研究

通过钢筋混凝土框架的火灾全过程分析,初步探讨高温下钢筋混凝土框架的内力重分布规律。推导建立了高温下钢筋混凝土的简化梁单元模型,编制了钢筋混凝土框架高温反应的全过程分析程序,程序的正确性得到了其他学者试验结果的验证。选取1榀单层3跨的钢筋混凝土框架,针对不同梁柱线刚度比和不同柱子轴压比的情况分别进行了该框架的高温反应分析,考察了部分控制截面的内力重分布规律。研究结果表明,高温下框架结构产生剧烈的内力重分布,其中框架梁的轴力和梁端弯矩变化尤为剧烈,成为影响框架结构其他控制截面内力变化的主要因素之一;随着梁柱线刚度比和柱子轴压比增大,框架梁的轴向压力逐渐加大。在结构层次上开展钢筋混凝土框架的耐火研究,可更为全面科学地把握不同构件的最不利受力状况。     

双层球壳结构内爆炸荷载下的动力响应研究

为考察双层球壳结构内爆炸荷载下的动力响应,用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值分析研究,得到在不同炸药量(TNT当量)和不同屋面孔洞率情况下,双层球壳结构内爆炸荷载下的动力响应结果。对软件模拟结果分析,随着炸药量的增加,结构最大轴力和最大位移响应值都增加;屋面开孔越大,结构最大轴力和最大位移响应值都减小,有利于结构抗爆。     

Cyclic performance of concrete-filled steel CHS columns under flexural loading

Concrete-filled steel CHS (circular hollow section) columns are currently being increasingly used in the construction of buildings. Limited information is available on the models for the moment (M) versus curvature (?) response, and the lateral load (P) versus lateral displacement (Δ) relationship of these columns subjected to axial load and cyclically increasing flexural loading.Eight concrete-filled steel CHS specimens were tested under constant axial load and cyclically increasing flexural loading. The parameters in the study included the concrete strength (f_cu) and the axial load level (n). A mechanics model is developed in this paper for concrete-filled steel CHS columns subjected to constant axial load and cyclically increasing flexural loading. The predicted cyclic responses for the composite columns are in good agreement with test results.Based on the theoretical model, parametric analysis was performed on the behaviours of the moment (M) versus curvature (?) response, and the lateral load (P) versus lateral displacement (Δ) relationship, as well as the ductility coefficient (μ) for the composite columns. Finally, simplified models for the moment (M) versus curvature (?) response, and the lateral load (P) versus lateral displacement (Δ) relationship are suggested. A formula for the calculation of the ductility coefficient (μ) of the composite columns under constant axial load and cyclically increasing flexural loading is developed.     

预应力简支梁桥在移动荷载作用下的非线性动力特性分析

考虑预应力梁的剪切变形和几何非线性,建立梁的动力学基本方程式,应用增量谐波平衡法,分析计算梁在预应力作用下的横向振动问题。通过实例计算,得到梁在移动车辆荷载作用下的幅频响应曲线和力与位移的非线性响应关系,并给出了外激励频率不同且初始预加力变化时动挠度的变化规律。计算结果表明,梁非线性位移明显大于线性位移,且荷载与位移呈明显非线性关系,非线性因素的影响不可忽略;施加预应力可以提高梁的动抗弯刚度,减少梁的动挠度值。为预应力混凝土桥梁的设计和动力特性分析提供一定的理论依据。     

二次受力下自密实混凝土加固框架节点抗震性能试验研究

通过对3个自密实混凝土加固框架中节点和1个未加固的对比框架节点进行二次受力下自密实混凝土框架节点的拟静力试验,研究不同初始受力对自密实混凝土加固节点抗震性能的影响。柱轴压比为0.3,梁端初始力为0、0.25、0.50倍的被加固试件预估梁端开裂荷载。通过对试件破坏过程、新老钢筋应变、荷载位移滞回曲线等试验结果的分析得出：采用自密实混凝土增大截面法加固框架节点,新老混凝土的协同工作性能良好;考虑初始受力的影响,加固节点的极限荷载、极限位移、梁端位移延性系数等都会降低,且降低的程度随梁端初始荷载的增大而增大,在加固设计中应予以考虑。     

半漂浮式主梁钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器减震设计

为研究大跨半漂浮体系中承式钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器参数选取与减震效果,以某计算跨径320 m中承式钢管混凝土拱桥为工程背景,采用MIDAS/Civil软件建立有限元模型,在动力特性分析的基础上提出黏滞阻尼器减震方案,并基于非线性动力时程分析方法研究了黏滞阻尼器的参数选取与减震效果。结果表明:半漂浮体系中承式钢管混凝土拱桥的纵飘振型出现较早,振型参与质量所占比重大,黏滞阻尼器参数选取主要应考虑梁端纵桥向容许位移和阻尼器连接构件所能承受的阻尼力; 对相同的阻尼指数,主梁梁端最大纵桥向位移响应随着阻尼系数的增大呈非线性减小,阻尼器轴力随着阻尼系数的增大几乎呈线性增大; 阻尼指数在0.2～0.4之间变化时,阻尼指数越大,同时满足梁端位移与阻尼力要求的阻尼系数可选范围越大; 设置黏滞阻尼器后,梁端纵桥向位移响应显著减小,拱顶纵桥向位移有所增加,除拱顶处拱肋轴力略有减小外,其余各处轴力、剪力与弯矩均有所增加,但内力响应绝对值不大; 研究成果可为同类桥梁减震设计提供参考。     

RC框架子结构连续倒塌动力响应分析

采用ABAQUS有限元软件的Explicit和Standard模块分别对RC梁柱子结构中柱失效的动力试验和静力试验进行了数值模拟,验证了模型的正确性,并在原动力试验的基础上做了进一步的计算,分析了中柱失效时间和梁上荷载值对剩余结构动力响应的影响。为得到该动力试验试件在不同静力荷载下的中柱位移,对该试件采用静力方式进行了加载,通过动力位移与静力位移的比值得到动力放大系数,随后讨论了失效时间和荷载大小对动力放大系数的影响。结果表明:失效时间越短,中柱的最大竖向位移和振幅越大,且动力放大系数随着失效时间的增大而减小; 梁上荷载越大,中柱节点的最大竖向位移越大,当荷载大于某一临界值时,位移将随时间持续发散增长,该临界点的荷载值可称作剩余结构的动态极限承载力; 剩余结构的动态极限承载力随着中柱失效时间的增大有所增加; 梁上荷载对动力放大系数值影响较小。