等参元在饱和-非饱和路基水分场数值计算中的应用

采用四边形等参元研究建立饱和-非饱和路基水分场的有限元算法。以往的研究只给出了应用三角形单元时的路基水分场有限元计算方法,而三角形单元精度较低。从能量守恒的原理出发,采用Galerkin加权余量法推导得到四边形等参元来分析渗流问题的有限元格式。进一步基于Jacobi矩阵转换及Gauss数值积分,确定了该方法中刚度矩阵的元素计算式,并给出了容量矩阵及其元素表达式。该方法考虑了土体各向异性以及渗透系数与坐标轴不重合等情况,是非饱和土瞬态渗流分析的一般形式。进而通过算例说明四边形单元在分析具有对称性的问题时精度优于三角形单元。最后通过对路基水分场的计算得到了在连续降雨条件下路基饱和区扩展规律,验证了该方法的适用性。     

下沉式黄土窑洞结构传力机制研究

下沉式窑洞是我国西北黄土高原上独有的民居建筑结构形式,是传统民居保护的重点对象。运用ANSYS有限元分析软件建立了下沉式窑洞的整体模型,通过分析步模拟其开挖过程,分别研究了下沉式窑洞的窑院开挖以及后续窑洞开挖造成的土体扰动影响,进一步研究窑洞的传力机制和受力机理,相关研究结果有利于了解窑洞这种无梁无柱结构屹立不倒的奥秘,同时有助于对窑洞的传承和保护。     

独立式石箍窑洞振动台试验研究

根据现场调研,以山西省静乐县典型三连拱独立式石箍窑洞为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶4的模型结构,并对其进行了地震模拟振动台试验,分析了模型结构的自振频率、阻尼比、加速度放大系数、最大相对位移、位移角、底部剪力与耗能等。结果表明：独立式石箍窑洞结构在地震作用下的薄弱部位为边洞洞口处拱顶与中窑腿;随着输入地震波峰值加速度的增大,模型结构自振频率下降,阻尼比上升;模型结构各部位的动力放大系数随着输入峰值加速度的增加变化不大,x向动力放大系数最大处为拱顶,y向动力放大系数最大处为窑顶;输入加速度峰值为70 gal(小震)、200 gal(中震)、440 gal(大震)时,结构最大侧移角均出现在拱顶,分别为1/1618、1/491、1/255,输入峰值加速度为600 gal时,最大侧移角出现在窑顶,为1/102;输入峰值加速度为800 gal时,结构的最大扭转角为0.0037 rad;底部剪力和累积滞回耗能均随着输入地震波峰值加速度的增大而增大。研究结果可为石箍窑洞这一西北传统民居的妥善保护和传承提供科学依据。     

预应力钢带约束混凝土轴心抗压强度试验研究

通过对7根预应力钢带约束方形混凝土柱和1根对比柱的轴压试验,分析钢带间距和钢带层数变化对预应力钢带约束方形混凝土柱破坏形态、承载力、延性、钢带应变等影响。试验结果表明,随钢带间距减小或钢带层数增加,柱承载力提高率越大,变形能力越强;随钢带间距减小,钢带峰值应变越高,钢带约束作用越强。结合试验结果,进一步分析钢带约束下混凝土柱的力学性能和工作机理,建立预应力钢带约束混凝土轴心抗压强度模型。根据试验数据测得的钢带有效拉应变,拟合出钢带约束下混凝土短柱轴心抗压强度计算式。     

独立式砖箍窑洞振动台试验及动力响应分析

为研究独立式砖箍窑洞的动力响应特性,对一缩尺比例为1∶4的结构模型进行振动台试验.试验选取两条天然地震波以及一条拟合人工波作为输入激励,对结构模型的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力以及滞回耗能进行分析.结果 表明,地震作用下独立式砖箍窑洞的窑脸面、窑腿以及中拱顶破坏更为严重.随着输入地震动峰...     

独立式石箍窑洞加固模型振动台试验研究EI北大核心CSCD

应用配筋砂浆带等加固技术对一缩尺比例为1/4的独立式石箍窑洞震损模型进行加固,并对其进行模拟地震振动台试验,以研究独立式石箍窑洞加固模型的动力响应与抗震性能。通过白噪声扫频得到该模型各阶段的自振频率和阻尼比等动力特性,并研究了模型结构的破坏特征、动力响应及其滞回耗能。试验研究结果表明:随着输入地震动峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,加速度放大系数呈下降趋势;在水平X向(面阔方向)地震作用下,窑脸侧拱顶的加速度响应大于背墙侧拱顶,中孔拱顶的加速度响应大于边孔拱顶的,中拱拱脚的相对位移值始终大于边拱拱脚,甚至大于边拱拱顶;在峰值加速度为1.00g的地震激励后,窑顶、拱顶和拱脚的X向最大侧移角分别达到了1/29、1/229和1/201。模型虽局部破坏明显,但仍未出现整体倒塌趋势,表明本文提出的方法对独立式石箍窑洞的加固效果显著。     

聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固残损砖箍窑洞振动台试验研究

为提高残损砖箍窑洞的抗震性能,对黄土高原地区典型传统民居砖箍窑洞残损试验模型采用墙体裂缝注浆加固和聚丙烯打包带网水泥砂浆面层进行整体抗震加固,并对加固后结构模型的抗震性能进行模拟地震动振动台试验。试验中选取人工波、El Centro波和LA Hollywood波作为地震动输入,实测并分析了加固结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力、滞回耗能及加固效果。结果表明：随着地震动峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大;随地震动峰值加速度的增加,X向、Y向加速度放大系数均逐渐减小,出现明显损伤后,结构动力放大系数减小幅度变大;多遇地震作用下加固模型结构最大层间位移角为1/500,设防地震作用下最大层间位移角为1/200,罕遇地震作用下最大层间位移角为1/133,倒塌时最大层间位移角为1/29;拱脚与基础的相对变形明显大于拱顶及窑顶的;加固模型结构破坏时水平扭转角最大值为0.0015rad,具有较大的抗扭刚度和耗能能力;综合加固后结构模型的抗震性能、能量耗散、经济性,聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固砖箍窑洞具有明显的优势,可在残损砌体结构的抗震加固中推广应用。     

下沉式黄土窑洞结构模型振动台试验研究

以我国西北部黄土高原地区传统民居下沉式黄土窑洞为研究对象,对其缩尺比例为1:5的简化模型进行振动台试验,以研究结构的动力特性及地震响应,其中加速度相似比取2.5.通过试验得到了模型结构在不同工况下的加速度响应、位移响应和破坏形态,并分析白噪声激励下各测点的频响函数,获得各受力阶段模型结构的动力特性及其变化规律.结果表明...