上覆软弱路基加固对既有地铁隧道沉降的影响规律

为研究道路施工引起下方既有地铁隧道的沉降问题,在地铁隧道上方斜穿施工道路的基础上,进行了现场隧道沉降变形实测研究,分析了道路在路基注浆加固、路床和路面结构层施工阶段中地铁隧道的沉降曲线。建立地铁隧道-土体-道路模型对道路施工的注浆加固过程及路床和路面结构层施工进行模拟,通过比较地铁隧道沉降计算结果与现场实测值,验证了该精细化模型的准确性。基于此,分析了路床和路面结构层总施工厚度、道路土体性质、隧道下卧土层、隧道衬砌强度等关键参数对地铁隧道的沉降影响规律。结果表明:地铁隧道的沉降值与施工厚度呈正相关关系;道路的存在对隧道的沉降影响越小,其弹性模量和泊松比对地铁隧道沉降几乎没有影响;卧土层的弹性模量越大,土层越不易变形,且地铁隧道沉降越小;衬砌弹性模量增大对地铁隧道沉降影响反而越小。

列车激励下钢框架结构不同形式楼板振动特性分析

为分析列车激励下钢框架结构3种不同楼板形式的振动差异,使用ANSYS有限元软件建立轨道-路基-土体-钢框架结构耦合振动分析模型,为方便建模及提升求解效率,以刚度等效为原则分别对3种楼板进行合理的等效简化,并使用模态分析方法验证楼板等效模型的可靠性。通过瞬态动力分析得到列车激励下钢框架结构3种楼板形式的振动规律。结果表明:总体上组合楼板的振动位移峰值均大于另外2种楼板,但三者之间最大相差不超过2%;3个方向上组合楼板的加速度峰值总体上均大于另外两种楼板,在Y方向上,3种楼板的振动加速度峰值差距最大,最大达到15%左右;X、Y方向上3种楼板的振动加速度峰值随楼层的增加变化幅度较大,最大值均出现在顶层(第五层),Z方向上3种楼板的振动加速度峰值随着楼层的增加先增大后减小,最大值出现于第四层。

波动问题中桥梁转体结构等效动力计算模型

研究铁路环境振动在转体桥梁中传播的波动问题时,转体结构的模拟至关重要。精细化建模能够有效提高结果的准确性,但其建模过程较为复杂且求解需耗费大量计算时间。为了提高波动问题的求解效率,基于结构动力学中阻抗等效原则对转体结构复杂几何进行了简化,推导了等效计算公式,建立了等效的动力计算模型,通过将实测的加速度时程作为输入,求解结构振动响应,并结合精细化有限元模型和现场振动试验的结果验证其准确性。研究表明:本文所提出的等效动力计算模型可得到较为精准的响应结果,且求解时间仅为精细化有限元模型的29%。该模型具有建模简单、计算快速等优点,能够为研究转体桥梁波动问题提供一种新的建模思路。

列车振动下转体桥梁最大悬臂状态动力响应特性研究

为研究玉山桥转体施工过程中桥梁的振动状态,以桥梁最大悬臂状态为研究对象,在桥面关键位置布设加速度传感器监测列车通过时转体桥梁的动力响应。首先,采用基线校正方法消除了加速度测量数据的基线漂移和误差,结合随机子空间法和稳定图法识别了转体桥梁的模态信息。其次,分析了客运列车和货运列车在不同车速下诱发振动对转体桥梁加速度动力响应的影响规律,并以客运列车车速110 km/h工况为例,分析了桥梁悬臂状态下加速度能量的分布规律。最后,研究了不同车速诱发的转体桥梁加速度反应谱衰减规律。结果表明:基线校正方法可有效消除测量数据的基线漂移,玉山桥最大悬臂状态下前五阶自振频率分别为1.01,1.57,2.19,3.75,4.47 Hz;桥面3个方向的加速度响应峰值与客运和货运列车行驶速度均存在正相关关系,其中列车诱发振动对转体桥梁竖向加速度影响最为明显;同一车速下,转体桥梁悬臂两端加速度能量谱的频率分布范围较转体结构上承台更广且能量更大,转体桥梁悬臂两端应重点监控;转体桥梁加速度反应谱衰减周期在0.3 s左右,转体桥梁加速度反应谱衰减速度与列车行驶速度存在正相关关系。研究结果可为不中断列车通行实施类似桥梁转体提供技术参考。

地基非线性波动问题中黏-弹性人工边界研究

建立了考虑地基动力非线性效应的波动模拟的二维和三维黏-弹性人工边界条件。引入考虑动力非线性特征的土体等效线性模型中的动模量变化模式,推导了新的平面内法向、平面内切向以及出平面切向的黏-弹性人工边界公式,同时也给出了新的三维法向、切向黏-弹性人工边界公式,并在实际应用中采用等效线性化方法处理,进行了数值算例分析,结果表明,新的黏-弹性人工边界具有更好的精度,可以用于地基非线性波动问题的研究。

中美欧水平地震作用的比较

分析了中美欧抗震设计中的水平地震作用问题。首先,比较了中美欧抗震规范中建筑物重要性、强度折减系数的差异,介绍了中国规范的底部剪力法、美国规范的等效侧向荷载法以及欧洲规范的侧向荷载法。然后对一多层框架结构,分别作为办公楼和医院,计算了不同设防烈度下、不同延性等级下的水平地震作用,并进行了比较分析,获得了3种规范关于水平地震作用的一些差异。

成层地基–桩基–结构动力相互作用体系的计算分析

以一个1∶2大比例模型结构–地基的动力相互作用模型试验为基础,结合通用有限元程序MSC.Marc,对成层地基–桩基–结构动力相互作用体系进行了三维有限元分析。计算中采用考虑土非线性特征改进的黏弹性人工边界模拟外部土域,利用考虑动力相互作用中桩土分离、滑移以及桩基提离效应的接触模型反映桩土接触界面特性,并引入阻尼项表征桩土动力作用中的能量损耗,土体采用等效线性模型。通过计算分析与试验的比较研究,验证了计算模型和分析方法的合理性,进行了地震动输入下的地震反应分析,为地基–结构动力相互作用的进一步研究奠定了基础。

桩土动力分析中二维接触模型的研究

根据桩土动力相互作用中的接触界面特性,提出了考虑桩土分离、滑移以及桩基提离效应的二维接触模型的本构行为,推导了其相应的单元刚度矩阵,同时引入阻尼成分考虑了桩土动力相互作用中部分能量的耗散问题,并研究了二维接触单元的厚度选择。通过算例分析,得出在中小地震作用下应用接触模型计算得到的上部结构的加速度反应、水平位移反应都较Goodman接触单元有不同程度的降低,且强震作用下的接触模型反映出了桩土动力相互作用中的桩土分离、滑移以及桩基提离效应。

盾构隧道下穿铁路股道及火车站站房的影响分析

通过对南宁地铁1、2号线盾构隧道下穿铁路股道及火车站站房现场的调查、了解,依据各自的环境条件分别建立二维、三维数值模型,选取适当的单元类型进行模拟计算。发现采用洞内注浆加固配合地面加固的方式可使股道最大沉降减小18.9 mm,且使沉降槽缩小60 m。对火车站站房下的隧道采用洞内加固可保证影响区范围内的最大桩基沉降差约4.5 mm,远小于过规范规定的允许值。这就确保了盾构隧道下穿南宁火车站站房及铁路股道的安全,为今后类似工程的数值模拟分析提供经验。

外墙石材干挂结构的安全性评价与处理

某大楼外装饰采用石材幕墙,大楼使用几年后出现了石材幕墙的石板在开槽处崩裂的现象。为了验证石材幕墙结构的安全可靠性,对外墙石材干挂结构进行了现场检测,并进行了外墙石材干挂结构整体的三维有限元力学计算,分析了石板在开槽处崩裂的原因,评价了其安全性,进行了加固处理,并提出了维护措施。

凸起地形对铁路环境振动的影响分析

建立了列车作用下路基-凸起地形的二维有限元计算模型,研究了凸起地形宽度、形状、高宽比以及地基土性质对铁路环境振动的影响规律。结果表明,凸起地形减弱了铁路环境振动的地面加速度,明显放大了水平振动位移,对竖向振动位移的影响不明显;随凸起地形宽度、高宽比的增大,水平振动位移的放大效应更为显著;高宽比越大,竖向、水平两个方向地面加速度减小越明显;半圆形、梯形凸起地形对铁路环境振动的影响较为一致,但三角形凸起地形的水平地面加速度在凸起地形顶部出现明显的局部放大,水平振动位移的放大效应较半圆形、梯形地形要明显;地基愈软弱,凸起地形的影响效应越显著。

高速列车引起建筑物振动的研究方法概述

高速列车引起建筑物振动的研究是国际学术界十分关心的一个问题。本文介绍了研究地面高速列车引起邻近建筑物振动问题的四种主要方法,即经验预测方法、解析方法、数值分析方法以及试验研究方法,分析了该领域的研究现状及进展,提出了需要进一步研究的若干问题。

考虑土-结构动力相互作用效应的界限研究

开展了土-结构动力相互作用的模型试验,探讨了框架结构的近似有效基本周期,并研究了考虑相互作用效应的界限。模型试验中分别进行了刚性地基和柔性地基条件下的结构基本周期测试,并通过与理论计算结果的比较,验证了FEMA450中建议的有效基本周期计算方法能够有效预测土-结构相互作用效应的影响。利用FEMA450中建议的刚性地基上普通钢筋混凝土框架结构基本周期近似值的计算式,分别建立了明置基础、埋置基础的框架结构有效基本周期近似值的计算式,并以此分析了框架结构考虑相互作用的界限问题,提出了考虑埋置深度影响的合理界限。

高速列车引起半刚性节点装配式结构振动分析

为了研究高速列车运行所引起半刚性节点装配式混凝土框架结构的振动,建立轨道-路基-土体-结构的三维有限元计算模型,研究节点平动和转动刚度对结构3个方向振动响应的影响,分析车速、轴重、距离和土体性质对结构振动响应的影响规律。结果表明,转动刚度的变化对装配式结构振动响应的影响比平动刚度更大;节点刚度变化对结构水平方向振动的影响比竖向更明显;车速和距离对转动半刚性变化引起的X和Y向加速度峰值的减小幅度的影响很小,但会明显影响X和Y向位移峰值的减小幅度;地基土的剪切波速对Y向加速度峰值减小幅度有影响;轴重对X和Y向的加速度和位移峰值减小幅度的影响都非常小。

钢筋桁架混凝土楼板人致振动舒适度分析

采用电动式激振器对钢筋桁架混凝土楼板进行简谐激振试验,以确定楼板在不同幅值不同频率简谐激励下的振动响应。利用ANSYS对试件进行建模分析,并与试验结果对比,验证有限元方法对钢筋桁架混凝土楼板进行动力分析的可行性。建立了人致激励下钢筋桁架混凝土双向板动力分析模型,分析了底部钢板、板厚(桁架高度)对楼板振动性能及舒适度的影响,并与同等规格的开口型压型钢板-混凝土组合楼板进行对比分析。结果表明:同等条件下,钢筋桁架混凝土楼板的基频较开口型组合楼板更高,在楼板中央施加人行激励时,钢筋桁架混凝土楼板振动加速度峰值比开口型组合楼板平均减小65.65%;拆除钢筋桁架楼承板的底部钢板后,钢筋桁架混凝土楼板的基频平均降低约4.37%,加速度峰值平均增加了约19.76%;且底部钢板厚度一定程度上影响了楼板的振动舒适度;楼板厚度的增加能显著提升钢筋桁架混凝土楼板和开口型压型钢板-混凝土组合楼板的振动舒适度。

基于土-结构动力相互作用的结构隔震研究

利用土-结构动力相互作用中的地基隔震效应,提出换填地基进行结构隔震的新途径。依据成层地基中的单桩水平阻抗函数研究了土层动力特性对桩基阻抗的影响,指出在较坚硬场地上,只对桩身一定范围内的地基进行软化换填时,就可明显减弱桩基阻抗作用,降低其传递给上部结构的地震作用,从而达到上部结构隔震的效果。算例表明这一隔震途径的可行性和合理性。

基于流体单元法的深水圆端型空心桥墩地震响应分析

基于势流体理论建立考虑墩-水相互作用的深水圆端型空心桥墩三维有限元模型。分析桥墩考虑内域水、外域水及同时计入内、外域水时,不同水位下的动水效应对桥墩自振频率及动力响应的影响,并讨论桥墩壁厚不同时,内域水、外域水及同时考虑内、外域水作用对桥墩地震响应的影响规律。研究表明:动水效应使桥墩的自振频率下降,桥墩的动力响应和墩顶位移明显增大,且同时计入内、外域水的影响最大;桥墩的壁厚越薄,内域水和外域水及同时考虑内、外域水对桥墩地震响应的影响均会增大,三者相比,壁厚对考虑内域水作用的空心桥墩地震响应的影响最大;内域水对桥墩地震响应的影响不可忽略,建议在计算中同时计入内外域水的影响。

基于振动分析的压型钢板-混凝土组合楼板等效计算模型研究

为便于建立用于闭口型压型钢板-混凝土组合楼板振动问题分析的有限元模型,以位移等效和刚度等效为原则,分别建立闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的各向同性等效计算模型和正交异性等效计算模型,并通过三维有限元模型和楼板振动试验进行比较分析,以得到针对其振动研究的闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的等效简化计算模型。研究发现:采用闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的各向同性等效计算模型和正交异性等效计算模型均可得到有效的结果,正交异性等效计算模型相对于各向同性等效计算模型求解精度更高;采用等效计算模型使模型建立更快捷,且能显著提高计算效率。

基于铁路环境振动的隔振堤数值分析

为减小铁路运营引起的环境振动,提出了一种新的隔振方法——隔振堤。建立了隔振堤-土体-路基的二维有限元计算模型,研究了隔振堤材料、坡角、地基土性质、隔振堤的中空大小、转角数量对铁路环境振动隔振效果的影响。结果表明:隔振堤的材料弹性模量越大,场地土体的弹性模量越小,其隔振效果越好;陡坡角隔振堤在近隔振堤区域的隔振效果更明显,但中坡脚和缓坡脚隔振堤在远侧的隔振效果更好;中空对隔振堤的隔振效果几乎没有影响;随着隔振堤转角数量的增加,非振动放大区内隔振堤的减振效果更好。

考虑动水压力作用影响的矩形深水桥墩地震响应分析

基于Morison方程法,采用附加质量考虑动水压力的影响研究在动水压力作用影响下,矩形实体桥墩与空心桥墩的自振特性和地震响应峰值随水深的变化规律。结果表明:桥墩入水深度、迎水面越大,动水压力作用使其自振频率折减越大,且相对于实体桥墩而言,空心桥墩自振特性改变更大。随着水深的增加,动水压力对桥墩地震响应的影响也增大,顺桥向(迎水面大)地震响应峰值增大幅度大于横桥向(迎水面小),其最大差值约达150%;空心桥墩地震响应峰值增大幅度大于实体桥墩,其最大差值约70%。