拱坝抗曲折稳定再探

将大曲率圆弧深拱稳定理论引入到拱坝抗曲折稳定分析中,考虑了曲率和剪切变形对拱坝水平拱圈稳定的影响,给出了临界荷载的计算公式,并构造出无铰圆弧拱失稳时超越方程的一种高效的迭代格式解,提出了拱坝水平拱圈抗曲折系数的概念。通过对典型拱坝及失事拱坝进行抗曲折稳定校核,与实际工程十分吻合,得到如下结论:对于拱坝上半部分离坝顶不远处,拱圈容易发生整体曲折失稳,但因上部曲率和厚度较小,使曲率和剪切变形对水平拱圈稳定临界荷载的影响不大;对于拱坝下半部分不容易发生整体曲折失稳,但因下部曲率和厚度较大,曲率和剪切变形使水平拱圈抗曲折稳定临界荷载明显降低,而且剪切变形对拱圈稳定临界荷载的影响大于曲率的影响;坝体和坝肩岩体之间的连接越接近固支水平拱圈越稳定。该文结论对相关规范的制定有参考价值。     

高拱坝坝肩接触爆炸毁伤安全评价方法

坝肩稳定是高拱坝结构整体安全运行的基础,尽管高拱坝由于拱形受力特性具有较高的承载能力,但坝肩在遭受爆炸荷载作用后极易发生局部毁伤破坏,从而影响高拱坝结构的整体稳定性。着重对高拱坝遭遇水下接触爆炸毁伤后整体的安全稳定评价方法开展了研究,以刚体极限平衡法为基础,针对坝肩的毁伤破坏特征及毁伤面积,提出了拱圈沿右拱端面抗滑安全系数的评价准则,探讨了拱端面的损伤破坏对高拱坝沿拱端面抗滑稳定的影响。结果表明:坝肩接触爆炸主要引起接触部位坝体的压缩破坏和邻近拱端面的剪切损伤,而拱端面的毁伤将直接降低拱圈沿拱端面的抗滑稳定性,并最终导致高拱坝整体沿拱端面滑动失稳。     

大曲率圆弧深拱平面弹性稳定分析

大曲率拱中,截面形心轴与中性轴不重合,其截面抗弯惯性矩与不考虑曲率影响的截面面积二阶矩有一定的差别;当截面尺寸相对拱弧长来说较大时,此时拱为深拱,剪切变形的影响不能忽略。基于此认识,提出了考虑曲率、剪切变形影响的深拱平面弹性稳定分析方法,讨论了圆弧拱在径向均布荷载作用下的面内稳定问题,导出了临界荷载计算公式,比较了不同理论结果的差别,给出了弹性失稳与塑性屈曲的临界系数和临界圆心角,得出了一些重要结论。     

集中荷载作用下弹性扭转约束层合浅拱的非线性面内稳定

该文研究了集中荷载作用下弹性扭转约束层合拱的非线性面内稳定,基于虚功原理建立了拱的微分平衡方程及屈曲平衡方程,追踪了拱的平衡路径,获得了屈曲临界荷载的解析表达,提出了修正长细比参数及柔度系数以表征拱的失稳模式,通过有限元模拟验证了解析结果的正确性,着重分析了铺层模式及边界条件对层合拱的屈曲及后屈曲的影响。研究结果表明:当长细比及柔度系数给定,层合拱的屈曲临界荷载随着开口角及修正长细比的增大而增大;铺层模式显著影响拱的屈曲临界荷载,随着90°铺层逐渐远离中面,拱的承载能力明显降低。     

考虑剪切变形的圆弧深拱参数共振稳定性分析

基于结构弹性稳定理论,根据能量法推导出以位移为基本未知量的圆弧深拱总势能,从Hamilton原理出发,建立了考虑剪切变形的圆弧深拱的动力稳定微分方程。 利用Galerkin方法将该方程转化为二阶常微分Mathieu型参数共振方程,推导出圆弧深拱主参数共振的临界频率方程式,从而求得周期解所包围的动力不稳定区域。通过分析剪切变形、圆弧半径、圆心角等参数对圆弧深拱动力稳定性的影响,探讨了圆弧深拱发生参数共振的动力稳定性问题,为拱型结构动力分析与设计提供参考依据。     

大跨径铁路钢管混凝土系杆拱桥稳定性分析

以现有拱桥稳定计算理论为指导,建立了格丑沟特大桥主桥136m跨度铁路钢管混凝土系杆拱桥的空间有限元模型,给出了该桥在特定的荷载工况下的稳定系数及失稳模态,结果表明：结构的失稳主要表现在拱肋的面外失稳,弹性屈曲系数均大于一般要求(4~5),弹性稳定满足要求．考虑了非线性影响,对拱肋进行了逐级加载,得到了拱肋的极限荷载,并给出了拱肋达到极限荷载时各控制截面的竖向位移和横向位移,通过比较得出材料非线性对本桥稳定的影响大于几何非线性的影响．并以大量计算结果为依据,揭示了横撑布置形式、拱肋内倾角、矢跨比对该桥稳定性的影响．     

梁拱组合体系桥梁稳定性研究

由拱肋、系梁以及吊杆和横粱,冉加上桥面系组合起来一起受力的预应力混凝土连续梁拱组合体系桥梁,是一种结构较为合理,外形较为美观,形式较为新颖的结构体系。一般来说,拱桥的稳定问题分为平面内以及平面外稳定。连续梁拱组合体系桥的吊杆布置若是较密,在一般情况下基本不会发生面内失稳,这是因为系梁通过吊杆将与失稳方向相反的力施加给了拱圈。在本文中只是将组合体系桥平面外稳定进行简单的研究。     

基于Winkler地基Timoshenko梁理论的十字交叉条形基础节点荷载分配分析

考虑十字交叉条形基础截面剪切变形影响,利用Winkler地基Timoshenko梁无限长梁在集中力、集中力偶作用下的变形和内力关系,推导了带悬挑的半无限长梁的集中力、集中力偶作用下的悬挑系数计算公式。当条形基础抗剪刚度趋于无穷大时可退化成不考虑剪切变形影响的Euler梁理论结果,因此该文公式是一种通用公式。剪切变形对集中力的悬挑系数影响大、对集中力偶的悬挑系数影响小。对于节点较密、截面尺寸较大、对变形敏感的十字交叉条形基础,应该考虑截面的剪切变形影响。根据静力平衡条件和变形协调条件,建立了可同时考虑截面剪切变形和节点集中力、集中力偶作用的带悬挑十字交叉条形基础的节点荷载分配的统一公式。算例结果显示:虽然节点处作用的集中力偶较小,但其可以改变竖向荷载在节点x、y两方向上的分配,力偶数值越大,影响越明显。考虑条形基础截面剪切变形影响后,计算的节点荷载分配更均匀。     

无侧移半刚接钢框架柱考虑剪切变形影响的计算长度系数研究

通过引入梁柱线刚度比修正系数考虑节点连接的非线性,采用变刚度螺旋弹簧模拟节点半刚性,推导了无侧移半刚接钢框架考虑剪切变形影响柱子的计算长度系数计算公式。分析结果表明,当柱子的长细比较小时,在进行半刚接无侧移钢框架稳定分析时,柱子的计算长度系数考虑剪切变形和不考虑剪切变形二者有明显区别。由于钢框架半刚性节点对柱子的约束能力较弱,稳定分析中忽略剪切变形影响对柱子稳定计算将产生一定误差。考虑剪切变形影响与不考虑剪切变形影响两种情况相比较,柱子计算长度系数μ值增大的范围为5.6%―10.2%。因此在对无侧移半刚接钢框架柱子进行稳定分析时,应考虑剪切变形对柱子稳定承载能力的不利影响。     

考虑剪切变形影响的框架柱弹性稳定

该文研究了考虑剪切变形影响的压杆弹性稳定,着重分析了压杆自身的剪切变形对其稳定临界荷载的影响。该文提出了考虑剪切变形影响的杆件单元一阶、二阶转角位移方程。提出了考虑剪切变形影响,计算两端任意转动约束轴压杆有侧移失稳及无侧移失稳的近似公式,通过与精确解对比,近似法具有很好的精度。讨论了压杆有侧移失稳临界荷载与压杆抗侧刚度之间的内在联系,根据这一规律,提出了近似计算两端转动约束轴压杆,具有侧向不完全支撑时的临界荷载。     

内侧交错布索索拱结构面内弹性稳定的研究

基于小挠度理论,推导了两类内侧交错布索-索拱结构(等长均布式和两端辐射式)在径向均布荷载作用下面内弹性挠曲的总势能方程。基于能量变分原理,采用Ritz法求解两类索拱面内弹性屈曲临界荷载及屈曲形态,讨论了结构参数对弹性屈曲临界荷载的影响。结果表明:该文方法具有较高的精度和效率。拱的轴向伸缩和剪切变形对临界荷载的影响很小,可忽略不计。第一类索拱面内的屈曲形式为反对称,而第二类索拱,多数情况为反对称,少数为正对称。内侧交错布索对提高拱结构的整体稳定性效果显著。两类索拱的临界荷载随索截面积的增加而增加,随拱长细比的增加而减小,随拱矢跨比的增加而先增加后减小。初始张拉力对临界荷载的影响较小。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的压拱机制分析模型

钢筋混凝土框架结构依靠梁板组成的楼盖系统来抵抗连续倒塌,其在小变形下的连续倒塌抗力由梁板内的压拱机制提供。现有压拱机制的宏观理论分析模型参数过多且不能考虑楼板的影响,因此难以在工程设计中进行应用。该文基于楼盖系统微观受力机理的分析,建立了压拱机制下梁板子结构系统的连续倒塌抗力分析模型。和现有模型相比,该文计算模型的参数大幅减少、公式显著简化,且能够考虑楼板和梁抵抗连续倒塌的共同作用。通过与国内外47个梁试件和6个梁板子结构试件的试验结果进行对比,发现该文计算模型在计算梁试件时计算精度和现有模型精度相同,而在计算梁板共同作用下的连续倒塌抗力时精度提高显著,能够为混凝土框架结构的抗连续倒塌工程设计提供参考。     

计算拱坝的格栅法之研究

黄文熙教授提出的格栅法,可以适用于求解拱坝、板壳等结构。尤其在拱坝的计算中,更有优于其它方法(诸如试载法、有限单元法等)之处,故应予推广使用。本文在力求领会格栅法之精华的同时,就其中的一些计算方法进行了讨论,研制了格栅法计算拱坝等结构的静力、动力分析程序。通过几个例题的计算证明,格栅法在拱坝计算中确有很大的优越性;并由此计算成果分析得出了格栅法用于拱坝计算中的初步结论。     

钢管混凝土标准桁肋拱面外弹性稳定分析

以面外失稳的主要影响因素作为构造参数,对已建的钢管混凝土桁拱进行统计分析,构建一虚拟拱,然后参照实际桥例,建立了既有典型意义、又符合工程实际的标准拱.以标准拱为对象,进行面外弹性稳定性的参数分析.结果表明:钢管混凝土桁拱面外稳定性随着拱桥宽跨比增加而增大;拱顶横撑形式对面外稳定性影响较小;其他横撑影响较大,其有利作用从大到小依次为X 型与米字型、K 型和一字型;拱肋间横撑的疏密程度(拱肋的自由长度)影响较大;桁拱的弹性稳定系数随着矢跨比f/L 的增大呈现先增大后较小的趋势,在f/L=0.2~0.25时达到峰值;面外长细比越大面外稳定性越差,面外长细比在80~140区间影响较大,在140~220区间影响减弱.最后,对应用特征值求解拱的面外弹性分支计算方法进行了讨论.结果表明:计算时应以拱所受压力最大的荷载工况,且该方法的计算结果不能有效反映几何初始缺陷和横向力对结构真实的面外失稳破坏的影响.     

考虑地震动部分相干效应的拱坝随机响应分析模型

将随机振动的虚拟激励法与拱坝-地基动力相互作用FE-BE-IBE时域模型结合,发展了一个可以考虑地震动部分相干效应的拱坝随机动力响应计算模型,并用Monte-Carlo方法对模型进行了验证。不同模型的计算结果表明,地震动的部分相干效应对拱坝的动力响应有显著影响。     

Seismic cracking and instability of concrete dams: Smeared crack approach

Modeling the material behavior and estimation of the cracking capacity of concrete dams under the dynamic loading is important for safety operation purposes. In the present paper, an improved 3D co-axial rotating smeared crack model is used with the ability of updating the variable shear transfer coefficient. The model is implemented in the finite element code to assess the seismic cracking of three types of concrete dams, i.e. gravity, buttress, and arch dams.Results of the crack profiles confirm importance of the shear transfer coefficient in dynamic analysis of large concrete structures. It is found that the proposed model lead to less diffused cracks in concrete dams and can reasonably matches with the results obtained from experimental tests.     

盾构隧道新型分布榫式管片结构的局部原型试验研究

大直径盾构隧道在穿越复杂地层或水下环境时,环间常设置加强措施以控制环间错动与张开变形.为探明环间设置分布式凹凸榫的新型分布榫式管片结构力学特性与破坏机理,针对佛莞城际狮子洋隧道所采用的环间分布四榫式原型管片,开展了考虑相邻环错缝拼装组合的局部原型试验,详述了结构变形、环缝错台、接缝张开的变化规律与特征,对裂缝发展规律与...     

拱结构的弹塑性二次分岔屈曲性能

使用一种高效的跟踪策略对拱的平面内弹塑性极值点屈曲和二次分岔屈曲的荷载--位移曲线的全过程进行跟踪分析,得到了跨中集中荷载和全跨均布荷载作用下,相同截面不同矢跨比的拱的弹塑性极值点屈曲荷载、二次分岔屈曲荷载和半跨均布荷载作用下的极值点屈曲荷载。研究表明,对于弹塑性拱结构,跨中集中荷载和全跨均布荷载作用下,二次分岔屈曲总是最危险的屈曲形式,必定先于极值点屈曲发生。相同截面的弹塑性拱的极值点屈曲荷载,在跨中集中荷载作用下矢跨比为0.2的拱的极限承载力最大;在半跨均布荷载作用下,矢跨比为0.23的拱的极限承载力最大;全跨均布荷载作用下,矢跨比为0.1的拱的极限承载力最大。对于弹塑性拱的二次分岔屈曲极限承载力,在跨中集中荷载作用下,矢跨比为0.2的拱的极限承载力最大;全跨均布荷载作用下,矢跨比为0.1的拱的极限承载力最大。最后求得全跨和半跨均布荷载作用下具有不同长细比、不同矢跨比的拱的弹塑性极限承载力并且回归成实用计算公式以便于实际工程设计中查询。     

爆炸荷载作用下地下拱结构动力分析

为了准确分析爆炸作用下地下拱结构的动力响应,利用阻尼系数来表达土介质与结构的动力相互作用,建立结构运动方程。由于结构动态响应方程的复杂性,在计算中对结构进行了简化,忽略了结构剪切力、转动惯性矩以及切向力的影响,并且假设拱结构在切线方向是不可延展的。利用振型分解法获得了两端固支拱结构在爆炸荷载作用下的动态响应的解析解。对圆心角为120°的拱结构单元进行了计算,得出了位移、速度和加速度时程响应曲线,探讨了参数响应的最大值与比例爆距之间的关系,得到了最大值与比例爆距之间的关系曲线。利用解析计算得到了结构弯矩的包络图。