不同温度下再生骨料沥青混凝土动态抗压性能研究

为进一步研究再生骨料沥青混凝土在水工建筑物中的适用性,本文在不同温度环境中对再生骨料水工沥青混凝土的动态力学特性进行试验研究。对再生骨料水工沥青混凝土在温度为-10℃~10℃和应变速率为10^(-5)~10^(-2)s^(-1)的条件下进行动态抗压性能试验研究。试验结果表明:再生骨料水工沥青混凝土的抗压强度和弹性模量与温度成反比关系,与加载速率成正比关系;峰值应变与温度成正比关系,与加载速率成反比关系。通过温度影响因子和相关性系数分析,发现抗压强度和弹性模量随着温度升高逐渐减小并趋于某一定值。

考虑超标准洪水作用的沥青心墙坝溃决生命损失评估模型

抗冲刷能力更强的沥青心墙坝一旦遭遇超标准洪水,将面临溃决风险,对下游人民造成严重威胁。现有针对沥青心墙坝的溃决生命损失研究尚属匮乏,亟需开展生命损失评估。本文分析超标准洪水作用下沥青心墙坝的溃决特征,考虑生命损失影响因素之间的相互作用过程,基于溃决洪水致灾机制构建生命损失定量评估模型,实现溃决生命损失的快速定量分析;通过方法对比和敏感性分析,明晰不同影响因素对溃决生命损失的作用规律。将模型应用于新疆射月沟溃决案例发现:溃决洪峰流量为3320 m^(3)/s,溃决历时3.35 h,与实际结果相符;生命损失定量模型分析结果为31人,与实际误差在11%以内,优于其他损失模型;风险人口的敏感性指数I_(max)和I_(min)值最大,分别为1.436、0.486,是射月沟溃决生命损失最重要的影响因素,其他依次为洪水严重性、是否撤离、警报时间、淹没范围。

基岩中入射波三维时域反演及自由场构建

基岩入射波一维和二维时域反演不能反映入射方位角和斜入射角的空间任意性,导致构建的自由场可能与实际偏离较远,因此有必要开展基岩入射波三维时域反演研究。基于波函数组合法,利用基岩中P波、SV波和SH波的入射波时程表达地表控制点自由场,建立基于设计地震动的基岩入射波三维时域反演方法,并进一步构建了多波组合斜入射下的空间非一致自由场,分析了基于一维和二维反演方法构建的自由场偏差,揭示了不同反演和自由场构建方法对于沥青混凝土心墙土石坝地震响应的影响机制。结果表明:基于地震动三维反演方法构建的自由场具有空间非一致性,能够更全面地反映场地的地震动场情况。当入射方位角在0°~60°、斜入射角在40°~90°范围内,与三维反演方法相比,一维反演方法构建的特征点x向自由场偏差较大,位移峰值最大偏差为55.8%;当入射方向与某个水平坐标轴平行时,二维反演方法构建的特征点另一个水平向自由场偏差较大,位移峰值最大偏差为100%。介质泊松比增大,一维反演下x向自由场偏差减小,二维反演下x向自由场偏差增大,特征点位移峰值最大偏差分别为46%和36%。与基于地震动三维反演方法获得的心墙拉应力最大值相比,二维和一维反演下拉应力最大值分别减小了83.3%和20.0%。

土石坝风险等级智能预测分析及模型优化研究

大坝溃坝会造成大量的生命财产损失和巨大的环境破坏。精准快速确定土石坝风险等级,对于控制土石坝溃坝危害具有重要意义。本文采用K-最近邻(KNN)算法填补了数据库中大量缺失数据,引入遗传优化算法(GA)优化轻量级梯度提升机(LightGBM)超参数,建立了基于GA-LightGBM的土石坝风险等级快速预测模型。采用受试者工作特征曲线(ROC)、曲线下面积(AUC)值等其他评价指标对模型精度进行验证,并将其与传统机器学习模型进行了对比。研究表明,所提模型预测准确率为89.95%,准确度最高。模型的AUC值为0.977,说明模型在适用性和预测精度方面都优于传统预测模型。采用SHAP分析对该模型进行了全局影响因素分析及案例分析,结果表明,检查频次是导致土石坝风险最重要的影响因素之一。

新型装配式梁柱节点有限元参数分析

提出了一种装配式梁柱节点新形式,带悬臂梁段的框架柱与框架梁进行拼接,通过L形角钢进行节点加强,形成全螺栓装配式节点。为研究该节点的力学性能,以前期试验作为研究基础,对带悬臂梁段拼接的装配式新型梁柱节点采用ABAQUS软件进行参数分析。首先建立装配式梁柱节点的足尺试验模型,与试验结果进行对比验证;然后,对带悬臂梁段拼接节点进行参数化分析并且考虑加劲肋数量、横板厚度、耳板厚度、L形角钢长度和翼缘螺栓数量的因素,得到不同参数下节点的力学性能。

新型装配式框架节点地震损伤性能研究

梁柱节点的构造型式对框架结构的力学性能影响显著,该设计了一种新型装配式框架节点,为研究新型装配式框架节点的地震损伤性能,以连接方式和轴压比为设计参数,设计制作了8个节点试件进行低周循环试验,结合VIC-3D技术监测试件柱端表面应变,观察其破坏模式,分析了该节点的滞回曲线、延性和耗能能力等抗震性能指标,建立了适合于装配式节点的修正损伤模型。结果表明:新型装配式节点破坏模式为剪切破坏,主要破坏位置发生在混凝土与钢部件的连接处;装配式节点滞回曲线饱满,耗能能力强,装配式Z字形拼接节点的累积总耗能为现浇节点的1.75倍,表现出较好的抗震性能;装配式节点的延性系数在2.02~3.78,轴压比的增大会使节点承载力提高,延性降低;修正模型计算出的损伤发展曲线与实际情况吻合较好;连接方式的改变能够显著影响节点的损伤发展速率,轴压比越小,损伤发展速率越慢。最后,对装配式框架结构性态水平进行了参数量化,给出了性态水平与层间位移角、损伤指数、柱端表面峰值应变的对应关系,研究结果可为该类结构损伤评估及震后恢复提供理论依据。

复杂地质条件下沥青混凝土心墙坝风险识别方法

针对复杂地质条件下沥青心墙坝风险识别问题,本文从“三高一深”复杂地质条件、沥青混凝土心墙和传统土石坝三个风险维度,系统建立沥青混凝土心墙坝风险指标体系。针对主客观信息融合不充分问题,本文采用三角模糊层次分析法(TFAHP)确定风险指标主观权重,通过指标重要性评价法(CRITIC)确定其客观权重,并利用博弈论法(GT)计算最优组合权重,构建基于TFAHP-CRITIC-GT组合赋权模型的沥青心墙坝风险智能识别方法。实例分析表明,新疆奴尔沥青心墙坝工程复杂地质条件风险指标权重占比0.516,是该工程的重要风险因素。综合考虑复杂地质条件风险对于准确识别沥青心墙坝风险因素具有重要工程意义,本文提出的指标体系及识别方法对于西部地区复杂地质条件大坝风险识别及评价研究具有推广价值。

Q460高强钢管柱-H形梁焊接节点循环拉伸性能试验研究

为研究Q460高强钢管柱-H形梁焊接节点在地震作用下的力学行为,对11个梁翼缘板与柱段焊接组成的节点进行了低周循环拉伸性能试验,研究了梁翼缘板与钢管宽度比α、厚度比β以及钢管宽厚比λ等参数对节点破坏模式、承载力、延性和耗能能力的影响规律。结果表明:在循环拉伸荷载作用下,Q460高强钢管柱-H形梁焊接节点的失效模式主要分为连接处焊缝断裂、连接处钢管面板断裂或梁翼缘板被拉断三种;高强钢梁翼缘板与钢管宽度比、钢管柱宽厚比对焊接节点的受力行为影响较大,当宽厚比α由25.0减小到18.75时,节点的应变能减小了134%;当节点破坏时,具有新型焊接通过孔构造的焊接节点极限位移超过传统构造节点近2倍,前者延性性能较好。研究成果可为高强钢管柱与梁焊接节点的抗震设计以及进一步的理论研究提供依据。

梁柱节点弯剪型可更换耗能件抗震性能试验研究

为解决实际工况下阻尼器受压易屈曲,耗能不稳定的问题,提出一种配置弯剪型可更换组件的高强钢梁柱节点,其结构具有震后塑性残余变形小、耗能能力稳定以及震后功能易于修复等优势。基于弯剪型耗能件在节点中的受力特点,设计了5个弯剪型耗能件,通过低周循环加载试验,系统探讨了该组件的协同工作机理及破坏模式,分析了不同设计参数对弯剪型耗能件承载能力、刚度退化和耗能能力等的影响规律。结果表明:弯剪型耗能件肢柱间协同工作性能较好,其损伤主要分布在耗能肢柱端部,从肢柱内侧缓慢渗透至肢柱表面最终导致肢柱断裂破坏,以此耗散地震能量,试件滞回曲线均较为饱满,具有良好的耗能能力;随着肢柱高宽比或宽厚比等参数的增加,耗能件初始刚度和承载力均降低,面外变形趋势明显,使得等效黏滞阻尼系数减小,耗能能力变差;综合对比各个试件的滞回性能指标,肢柱总高宽比约为3.5、宽厚比为1.5、肢柱数量为10时,耗能件具有较高承载力的同时,拥有良好的耗能能力。

SH波不同入射方位下沥青混凝土心墙土石坝响应特性及安全评价研究

地震波空间斜入射下沥青混凝土心墙和坝体的破坏模式及安全评价的研究存在较大不足。考虑SH波入射方位角的空间任意性,基于波场叠加原理构建了地基边界上的非一致自由场,建立了SH波三维空间斜入射下的波动输入方法;基于试验结果建立了沥青混凝土瞬时抗拉强度随应变速率变化的经验公式,提出了依据瞬时拉应力和瞬时抗拉强度判别单元抗拉破坏的心墙安全评价方法;分析了入射方位角对过渡料与心墙之间的位错、心墙应力的影响规律,开展了坝体单元抗剪破坏评价,明确了不同入射方位下心墙和坝体的抗震薄弱部位。结果表明:地震波振动方向平行于水流向是过渡料位错、心墙拉应力和坝体局部动剪切破坏的最不利激振方位。与振动方向平行于坝轴向相比,振动方向平行于水流向时过渡料水平向脱开和竖直位错分别增大19.25倍和2.19倍,心墙最大拉应力增加1.8倍,上游坝坡单元发生动剪切破坏的深度加深。相对本文提出的心墙抗拉破坏判别方法,传统判别方法会导致心墙的破坏程度被高估。

地震波斜入射下水平成层覆盖层地基波动输入研究

覆盖层具有土体动力非线性和结构成层特征,地震波斜入射下覆盖层地基自由场计算难度增大、人工边界吸能能力受到限制,制约了地震波动输入精度和应用。以水平成层覆盖层为研究对象,引入势函数理论,构建了地震波斜入射下顶层幅值矩阵与任意层幅值矩阵之间的动态传递关系,获得土体时域应变;基于二维应变状态理论,采用等效线性化法反映土体动力非线性,建立了地震波斜入射下非线性水平成层覆盖层地基自由场解析计算方法。利用作者发展的非线性黏弹性人工边界单元模拟远域辐射阻尼效应,近场波动分析中边界单元参数随内层土体单元动剪应变变化,边界单元吸能能力达到最优。结合解析自由场转换得到的等效输入荷载,建立了适用于地震波斜入射下非线性水平成层覆盖层地基地震波动输入方法。该方法能够依据深部斜入射波和地表地震动实现覆盖层地基波动输入,依据地表地震动实现波动输入是避免了通过基底地震动正演自由场等过程。研究了弹性水平双层和非线性水平多层覆盖层地基地震响应,结果表明,波动输入计算获得位移和应力均与解析解有较高拟合度,计算精度高,可为水平成层覆盖层地基上土石坝地震响应研究提供基础。

深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震动响应分析

由于良好的环境适应能力沥青混凝土心墙坝是我国西南强震区深厚覆盖层场地的优选坝型,然而对于沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震作用下的抗震安全评价研究尚有不足。采用改进的Clough-Penzien功率谱结合随机函数,充分考虑地震动频率与强度的非平稳特征,生成了一系列与反应谱拟合的非平稳随机地震动集合,以某深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝为例,对其坝顶水平加速度及竖向永久变形等响应的均值及变化范围等进行了统计分析及分布检验,揭示了覆盖层与坝体响应均值及变异性沿高程变化规律,并通过概率密度演化方法,展示了坝顶水平加速度概率密度沿时间的演化过程,同时对生成的55条非平稳随机地震动进行调幅,结合多条带分析法易损性分析方法开展了深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震动易损性分析,给出了以震陷率为破坏等级控制指标的坝体易损性曲线,为深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝的抗震安全评价提供了新的方法和思路。

Housner模型在渡槽抗震计算中的适用性

重点研究了Housner水体简化模型在渡槽抗震领域的适用性 ,分别采用Housner水体简化模型和作者建立的流体固体动力耦合水体统一模型进行了实际渡槽的地震反应分析 ,数值分析结果表明 ,Housner模型与后者相比 ,特别是柔性墩体结构反应结果偏小 。

拱坝地震输入模型中黏弹性边界与黏性边界的比较

本文首先介绍了动力分析中无限地基数值模拟采用的各种方法,包括无穷元方法、边界元方法、无穷边界元方法。无限边界处理有叠加边界、黏性边界、黏弹性边界和人工透射边界。介绍了拱坝地震自由场输入模型。通过算例和实际工程计算,验证了黏性边界和黏弹性边界均有较好的吸能效果,且两种边界条件下,所得计算结果几乎一致。黏性边界或黏弹性边界均可作为拱坝地震自由场输入模型中的吸能边界。

流体固体动力耦合分析的有限元法

应用有限元法探讨了流体、固体接触界面由无限接触点对组成,并以接触点对的瞬态接触内力作为待定变量的流体固体动力耦合模型的数值求解方法。分析了流体、固体域插值函数的特点,用二维八节点等参元及流固接触面上的接触点对单元,对流固耦合系统进行了离散化处理;并采用变分原理推导了反映流体固体动力相互作用机理的接触约束矩阵(或称动力耦合矩阵),建立了有限元控制方程,给出了完整的数值计算方法,研编了动力耦合系统的分析程序。数值计算结果与经典理论解误差很小,验证了动力耦合模型和有限元求解方法的正确性及其较高的计算精度。

考虑损伤的平行黏结接触模型开发及其参数影响分析

为研究颗粒细观接触之间的损伤、断裂过程,基于离散元颗粒流程序(PFC;),在平行黏结模型的基础之上,引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量表征颗粒黏结键的变形、强度及能量演化特征,根据最大应力准则确定黏结键损伤起始判据,通过C++语言编程对该接触模型进行二次开发。对单一黏结键进行拉伸、剪切、弯曲及扭转测试,对比理论计算结果,验证了考虑损伤的平行黏结接触模型的计算精度;建立三维细观离散元模型,模拟砂岩单轴压缩试验和花岗岩三轴试验,表明了该模型的适用性和准确性。在此研究基础之上,对考虑损伤的平行黏结模型进行参数影响分析,结果表明:损伤演化系数对应力-应变全曲线的弹性段范围、峰值应力以及达到峰值应力后的软化速率有显著影响;对比研究了应力-应变曲线在不同阶段黏结键损伤、裂隙萌发、扩展及贯通的演化过程;进一步研究了弹性应变能和耗散能的演化规律,引入了耗散能释放率参数,阐释了损伤演化系数越大应力-应变曲线达到峰值应力后下降速率越快的原因。

储液池的抗震问题探讨

应用流体固体动力耦合统一分析模型的有限元法,进行了储液池的抗震分析。分别探讨了储液池内液体的液面大幅波动、池壁刚度变化、池的深宽比等对地震响应的影响。研究结果表明:储液池壁刚度是比较敏感的物理量,弹性比刚性池壁与液体相互作用的非线性行为强,池壁所受流体的作用力大;液面波的影响也有同样规律,刚性池壁情况下考虑面波与否影响不太大,但弹性池壁却有较大影响;另外宽池比窄池的响应强。

南水北调中线穿黄渡槽工程抗震分析

应用振型叠加反应谱法对南水北调中线穿黄薄腹梁渡槽工程进行了抗震分析,对渡槽抗震中比较突出的槽内水体与槽壁的动力相互作用、盆式支座的简化,以及桩、土和桩与结构的动力相互作用等问题进行了符合工程要求的合理简化处理,对场地的地震动参数给出了合理的确定方法.分析结果表明渡槽工程结构的动位移、动应力和静动综合反应满足设计要求.

铅芯橡胶减震支座的非线性动力性态研究

利用慢变参数、时程分析和能量分析方法，探讨了铅芯橡胶减震支座（ＬＲＢ） 的非线性动力性态．结果表明，ＬＲＢ 具有强非线性特性，采用ＬＲＢ 能有效地降低系统的谐振峰值，但将增加系统的高阶振型．ＬＲＢ的合理配置，可减少系统地震能量的输入。

流体—固体瞬态动力耦合有限元分析研究

本文应用有限元法探讨了流体与固体的瞬态动力耦合分析 .利用拉氏乘子法 ,给出了流体与固体接触面上一种接触约束单元 ,将流体与固体动力耦合内力作为基本未知量 ,使流体域与固体域有机地联系成一整体 ,从而实现了流体—固体动力耦合系统的统一分析 .文中还推导了流固动力耦合系统的有限元控制方程 ,编制了计算程序 .数值计算结果验证了耦合模型的正确性及其较高的计算精度 ,并表明固体的变形效应对于流体—固体系统的动力响应是显著的 .