基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析

高桩码头岸坡稳定性对整体码头结构安全至关重要。为进一步探究高桩码头岸坡土体强度参数相关性及空间变异性对高桩码头岸坡可靠性的影响规律,基于Copula理论考虑岸坡土体参数的联合概率分布特性,采用PLAXIS计算平台建立高桩码头-岸坡体系数值计算模型,进一步通过Python API接口,编译完成了可自动数据交互与求解的外挂子程序SAPW,并实现了高桩码头岸坡体系参数化前处理、样本工况计算和可靠性求解的一体化、全链条可靠性分析框架流程,并在此基础之上结合蒙特卡罗模拟方法,开展了相关数值计算与参数化分析,探讨了黏聚力、内摩擦角变异系数以及二者相关系数对高桩码头岸坡可靠性的影响规律。结果表明:在高桩码头设计与分析中,忽略土体参数相关性和空间变异性会高估岸坡失效概率,进而导致相关可靠度分析偏于保守,在高桩码头岸坡可靠度分析中宜采用多种Copula函数进行综合考虑。

考虑清淤策略的桩基时变可靠度分析

为发展淤积岸坡-高桩码头相互作用体系结构可靠性分析方法,基于Fick第二定律推导了能考虑氯离子侵蚀效应的二维扩散模型,并采用时间离散法提出了一种综合考虑结构抗力衰减、淤积作用量化和预测,以及桩基受力变形分析的高桩码头桩基时变可靠度数值计算方法。并结合以目标可靠度为导向的清淤策略,编写了淤积岸坡-高桩码头体系时变可靠度外挂求解程序DPRP。在此基础上,开展了多工况计算分析,探讨了高桩码头桩基时变可靠度的演化规律。计算分析结果表明:码头近海侧桩基可靠度更易低于目标可靠度,在实际工程中需重点养护与修复;泥沙淤积作用会降低多数桩基时变可靠度,而对于近海侧及近岸侧且向岸倾斜的斜桩,其时变可靠度则会因泥沙淤积作用而增大。该高桩码头桩基时变可靠度数值求解流程框架及对应外挂子程序DPRP,可为高桩码头-岸坡相互作用体系的相关工程设计与可靠性评价提供参考。

考虑参数空间变异性的高桩码头-岸坡体系可靠性分析

为进一步发展高桩码头-岸坡体系结构可靠性分析方法,基于KL-Copula互相关随机场模拟方法,综合考虑了岸坡土体参数空间变异性与其相关结构及大小的影响,提出一种岸坡-高桩码头体系互相关随机场模拟与可靠性求解数值实施流程,并基于PLAXIS计算程序平台,编写了高桩码头-岸坡体系互相关随机场模拟与可靠性分析外挂求解程序KLCPRP。在此基础上,进一步结合非侵入式随机分析方法进行相关算例分析,探讨不同岸坡强度参数Copula函数结构对互相关随机场模拟和高桩码头结构可靠性求解的影响规律。计算分析结果表明:不同Copula函数结构所对应模拟样本的线性相关系数、秩相关系数均存在一定差异性;对于有限实验数据情况,Gaussian Copula函数结构会导致随机场计算结果偏于保守;所提出的KL-Copula模拟随机场数值实施流程及对应外挂求解程序KLCPRP具有良好的精度和有效性,可为高桩码头-岸坡相互作用体系的相关工程设计及安全评价提供理论参考。

饱和场地中异跨地铁车站地震响应特性分析

为研究饱和场地中异跨地铁车站结构体系地震动力响应特性问题,以某异跨地铁车站为研究对象,基于有限元分析软件MIDAS-GTS(Midas Geotechnical and Tunnel analysis System)建立异跨地铁地下车站结构体系三维有限元数值模型,选取弹性模量、黏聚力、泊松比、摩擦角作为敏感性影响参数,采用正交试验方法和饱和两相介质动力分析方法进行参数敏感性分析。研究结论表明:剪力墙和悬挑跨附近易发生受弯破坏,中柱易发生受剪破坏;在单一横向地震动作用下或者水平与竖向地震动共同作用下,弹性模量影响最大,泊松比和摩擦角的敏感性次之,黏聚力影响最小。此动力响应特性分析流程方法可为异跨地铁车站抗震设计提供参考。

Pasternak层状地基中群桩水平动力响应解析解答

基于Pasternak地基和Euler梁振动理论,提出了一种能考虑轴向荷载影响的单桩水平振动简化分析力学模型,建立了层状地基中桩-土耦合作用下单桩水平振动控制方程;采用微分变换的方法对方程解耦,进一步结合桩-土边界连续条件求出单桩水平位移、转角及内力解析解答。然后,考虑主动桩Ⅰ振动引起被动桩Ⅱ的动态位移,建立被动桩Ⅱ的水平振动控制方程,求解得到被动桩Ⅱ的响应解析解答,依据动力相互作用因子定义进一步求得桩-桩水平动力相互作用因子。最后,利用叠加原理求得群桩水平动力阻抗,并与已有相关解析解进行退化对比验证其合理性。在此基础上,通过参数化分析探讨了地基剪切系数、布桩类型、桩距径比、轴向特征参数对群桩水平阻抗以及桩顶反力分布、桩身内力分布的影响规律,可为实际工程群桩桩基设计提供理论指导和参考作用。

考虑桩土非完全粘结及桩底土波动效应的浮承桩纵向振动特性研究

为合理考虑浮承桩纵向振动问题中桩端土作用及桩-土界面相对位移条件,同时引入动力Winkler模型和虚土桩模型,建立了一种适用性更广的浮承桩纵向振动特性研究方法。引入分离变量法对三维土体位移控制方程进行求解,结合土体表面及基岩处边界条件得到三维土体位移基本解;通过将动力Winkler模型相关参数考虑为桩-土界面边界条件在频域内解析求解了桩纵向振动特性,并将所得频域解析解拓展到时域,采用离散傅里叶逆变换方法(IFT)求解了桩顶速度时域响应;开展参数化分析探讨了桩-土界面非完全粘结条件及虚土桩参数对浮承桩动力响应的影响,计算结果表明:桩-土界面完全耦合假定会过高估计桩侧土对桩的约束作用,无法合理评估桩基的抗振性能,并会对桩基抗振防振设计及桩底反射信号识别产生不利影响;另外,针对浮承桩纵向振动问题,采用虚土桩模型描述其桩底土作用具有合理性和必要性。

基于知识图谱和熵值优化的高桩码头模糊评估

高桩码头应用广泛,在其服役期内可能受到超载、淤积、环境腐蚀等因素影响,出现结构性能退化,对其进行服役性态评估具有重要价值。基于已有行业规范与工程案例整理了中国常见码头结构形式的服役性态评估指标体系,采用Top-down方式创建指标体系的知识图谱,并利用visNetwork工具包编写指标体系内核代码与BS架构交互界面。结合AHP-FCE法与评估指标进行码头服役性态评估:建立评语集与评估等级集进而得到模糊评估向量;采用熵值法(EM)对层次分析(AHP)中的权值进行修正,从而实现客观赋权。最后,以中国东南沿海某海港高桩码头结构为例进行流程演示,结合该工程特点从知识图谱中抽取安全评估指标并建立该工程分级评估系统,分层计算模糊评估向量并得到码头整体安全等级为A级。该结果与工程检测机构评估结果一致,验证了所建知识图谱的适用性与修正的AHP-FCE法的正确性,说明该方法可推广应用于其他各类码头结构的运维评估。

液化侧向扩展场地-群桩基础-结构体系地震破坏反应大型振动台试验方案设计

为系统研究液化侧向扩展场地钢筋混凝土群桩基础-上部桥梁结构的地震破坏机理,依托中国建筑科学研究院抗震实验室地震模拟振动台系统,开展了液化侧向扩展场地-桩基础-结构体系大型振动台系列试验。根据试验的研究目标,首先对系列试验的总体设计进行介绍,详细阐述了场地的制备与结构的设计和制作、各类传感器的布设及新型传感器的应用、地震动选取与工况安排等内容。利用试验数据对层状剪切箱的边界效应做简要分析,对阵列式位移计(SAA)直接测试液化土体侧向位移的结果进行评估。结果表明:模型箱边界效应不显著,SAA可有效测量可液化土体的侧向位移,为系列试验的对比分析奠定了基础。试验最终实现了液化诱导侧向大变形与桩基塑性破坏的宏观效果,达到预期目标,说明该次系列试验方法及其方案是合理的。该文试验技术与方案为今后同行开展类似试验提供一套系统、完备的方法。

基于层次分析-模糊综合评价的线上课程质量评价研究

随着“互联网+”时代的到来,纯线上教学和线上-线下混合式教学已成为高等教育教学模式发展的新趋势,也是近年高等教育教学改革研究的热点。为淘汰“水课”,国家大力打造线上“金课”,期望起到标杆和导向作用。如何对线上课程教学质量进行全面、科学的评价则直接关系着提升线上课程质量、甄别线上课程含金量以及更好地发挥金课的“标杆”作用。该文以学生为中心,突出学生评价主体地位,考虑目前我国主流慕课平台的发展现状以及线上课程教学特点和规律,采用AHP层次分析法构建一套较全面、合理的线上课程质量评价指标体系,同时结合模糊综合评价法对线上课程质量进行量化评估。其成果可为高校或者广大教师进行线上课程质量评价提供理论支撑和指导建议。

十字交叉换乘地铁车站地震响应分析

目的 研究十字交叉换乘地铁站在抗震分析中地震动荷载对结构动力响应的影响,为十字交叉车站的抗震设计和分析提供参考。方法 以十字交叉换乘地铁站为研究对象,借助MIDAS-GTS建立三维有限元分析模型,采用动力时程方法分析水平与竖向地震动荷载下车站结构的地震响应规律,并将单向与双向耦合地震动荷载下的结构响应进行比较。结果 双向地震动荷载下,结构响应规律与单向地震动相似,但结构水平位移增幅为1.44%,竖向位移增幅为1.21%;层间位移角比水平地震动增加了12%,比竖向地震动增加了1 876%;结构加速度响应在水平向增加了4.1%,在竖向减少了2.8%。结论 在双向地震动荷载下,结构的地震响应增大,产生的动力效应更大,对结构损伤更大;顶板的加速度峰值最大,最易受损;由于ρ-Δ效应,结构水平向地震响应增大,竖向地震响应减小。

考虑冲刷深度影响的海上风力机减震控制研究

为分析冲刷深度对海上风力机(offshore wind turbine, OWT)吸振阻尼系统鲁棒性的影响,选用NREL发布的某5 MW单桩海上风力机作为研究对象,采用大直径p-y曲线法考虑桩土耦合效应,研究了冲刷深度对碰撞调谐质量阻尼器(pounding tuned mass damper, PTMD)与调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)减震效果影响规律。数值分析结果表明:随冲刷深度增加,风力机前三阶频率均呈下降趋势,其中一阶频率下降1.1%,三阶频率下降达7.8%;随冲刷深度增加,风力机塔筒地震响应总体呈放大趋势;TMD与PTMD均能有效控制海上风力机在地震荷载作用下的动力响应,PTMD的减震效果略高于TMD;按无冲刷工况对阻尼器进行设计,两种阻尼器的减震效果随冲刷深度的增加呈现放大的趋势,对冲刷引发的失谐现象均表现出了足够的鲁棒性。

淤积条件下码头桩基-岸坡体系受力变形分析

沿海港口码头常受淤积影响,导致岸坡土体发生位移,进而威胁码头结构安全。结合具体工程建立了码头桩基-淤积岸坡相互作用有限元模型,以内力组合值判定桩基塑性变形状态,与码头桩基开裂轴线实际位置基本相符,验证了建模合理性。在此基础上,建立了桩-土相互作用简化模型,研究了淤积过程中桩基内力变化及桩-土体系位移演化趋势,分析了工程地质和码头结构方面因素对桩-土体系受力变形特征的影响规律。结果表明,岸坡淤积条件下,码头下方坡体水平位移及后方坡体竖向沉降较为明显;随着淤积土层厚度持续增加,岸坡稳定系数逐渐降低,而水平位移与竖向沉降逐渐增大,且变形量与淤积厚度呈线性关系。淤积过程中,各轴桩基水平位移沿纵向呈现相同变化趋势,而桩身弯矩分布则表现为3种不同模式;土体压缩模量对桩体位移和岸坡变形的影响最为显著,不同位置下影响桩顶弯矩变化的主导因素各异(或为压缩模量或为桩径),而淤积速度对桩-土体系受力变形状态的影响最小。本研究有助于完善岸坡淤积条件下桩-土相互作用理论体系,为工程实践中淤积码头的结构设计和日常维护提供理论支持。

考虑土塞效应的半埋入式管桩水平振动动力阻抗解析解答

基于Novak平面应变理论,综合考虑半埋入式管桩土塞效应的影响,建立了层状黏弹性土中半埋入式管桩水平振动分析模型。通过引入势函数法和分离变量法分别求出了桩侧土和土塞部分的频域解析表达式,进而利用桩‑土耦合条件以及传递矩阵法推导出层状土中半埋入式管桩桩顶水平阻抗的解析解答,将所得解进行退化并与已有理论解进行对比,以验证其合理性。在此基础上,通过进一步参数化分析分别探讨了桩‑土各参数对桩顶水平动力阻抗的影响规律。研究结果表明:随着埋入比的增大,桩顶水平动刚度和动阻尼幅值均增大;随着表层土体弹性模量的增大,半埋入式管桩桩顶水平动刚度和动阻尼幅值增大,而桩周土中、下层土体的此种影响可忽略;随着土塞高度的减小,半埋入式管桩桩顶水平动刚度幅值减小,而桩顶水平动阻尼幅值则增大。

不同水位下钢板桩围堰工作性状有限元分析

为探讨钢板桩围堰体系工作特性,通过建立双排钢板桩围堰体系弹塑性有限元数值模型,采用基于Mohr-Coulomb破坏准则的理想弹塑性本构模型考虑土石物的弹塑性性质,采用罚函数接触算法描述界面接触特性,针对不同水位下钢板桩围堰在加载过程中呈现的受力变形特征进行了分析与讨论。计算分析表明:在高水位时外侧钢板桩承受被动土压力,而在低水位时外侧钢板桩承受主动土压力。在极端高、低水位情况下,围堰土石体系均在拉杆内侧端部附近区域存在明显的塑性区,在极端低水位下拉杆外侧端部土石体系附近区域也存在明显塑性区。围堰外水位越低,围堰外侧钢板桩承受的主动土压力越大,外侧钢板桩的正向侧向变形亦越明显,拉杆和钢板桩强度特性发挥的越充分。因此,随着围堰外水位标高增加,拉杆截面正应力变化率呈现逐渐衰减变化特征。

考虑桩底土层波动效应的饱和黏弹性半空间中摩擦桩竖向振动

为深化对饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩竖向振动特性的认识,基于Boer多孔介质动力控制方程组,考虑桩底土层波动效应,采用Hankel积分变换和微分算子分解理论求解相关方程得到桩底、桩侧反力,进而建立饱和土中桩基竖向振动偏微分方程,结合桩土接触面混合边值条件推导得出了饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩桩顶竖向动力阻抗解析表达式。并在此基础上进一步通过数值算例对比分析探讨了液固耦合系数、桩长径比、桩土模量比、地基土黏滞阻尼系数这些重要因素对所得桩顶动力阻抗的影响规律,得到了一些对工程实践有意义的结论。

结构–桩筏–地基体系时间效应的三维数值分析

软土的非线性特性及上部荷载作用下地基的固结效应对上部结构内力分布及桩筏基础变形往往具有不容忽视的影响。不考虑上部结构刚度影响的共同作用分析常规设计方法与二维简化方法尚未全面地反映共同作用体系的实际工作机理。为此基于Biot固结理论,考虑地基土的弹塑性特性,对上部结构–桩筏基础–地基共同作用体系的时间效应进行了三维有限元数值分析。结果表明:地基的固结效应对共同作用体系的承载机理与变形协调能力具有显著的影响,共同作用体系的工作性能紧密地依赖于超孔隙水压力随时间的变化特征。同时上部结构刚度对共同作用体系的时间效应也具有不可忽视的影响。因此,在共同作用体系分析中应合理地考虑结构刚度效应和地基固结的时间效应。

考虑竖向波动效应的径向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动响应研究

基于黏性阻尼土体三维轴对称模型,考虑桩周土体竖向波动效应和施工扰动引起的径向非均质性,将桩简化为等截面弹性体,通过建立管桩-土体体系纵向耦合振动简化分析模型,采用Laplace变换和复刚度传递方法,递推得出桩周、桩芯土体与桩体界面处复刚度,进而利用桩-土完全耦合条件推导得出桩顶动力阻抗解析解答,且将所得桩顶动力阻抗解答与已有相关解答进行退化验证其合理性,在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了管桩桩长、桩内径、桩周土施工扰动程度和施工扰动范围对管桩纵向振动特性的影响规律,可为具体工程实践提供理论指导和参考作用。

基于ABAQUS的连续墙支护深基坑开挖弹塑性数值分析

为避免传统简化方法和现场实测的局限性,通过建立基坑体系二维有限元数值模型,采用基于Mohr-Coulomb破坏准则的理想弹塑性本构模型考虑地基土的非线性性质,采用罚函数接触算法描述土-地下连续墙界面非连续接触特性,针对深基坑开挖过程引起的承载体系受力变形特性进行较全面的分析,计算分析表明:随着开挖深度的增加,水平位移极值集中区域逐渐从开挖面以下上升到开挖面以上;开挖深度越大,连续墙受到的主动区土压力越大,地表水平位移越大,位于墙体嵌入深度附近的基坑表面被动区土体发生的局部应力集中和隆起现象越显著;由于在开挖过程中连续墙发挥主要承载作用部位的变化,地表局部区域竖向位移呈现非单调变化特征;值得强调的是,提高墙体刚度虽可以较显著控制基坑体系变形,但这种控制作用的效率变化随着刚度增加呈现逐渐衰减的趋势。

非均质土中不同缺陷管桩纵向振动特性研究

基于复刚度传递径向多圈层平面应变模型,采用黏性阻尼模型描述桩周土材料阻尼,考虑地基土纵向成层特性,建立径向非均质、纵向成层土中变截面和变模量管桩纵向振动简化分析模型,采用Laplace变换和复刚度传递方法,递推得出桩周、桩芯土体与管桩桩体界面处复刚度,进而利用桩土完全耦合条件和阻抗函数传递性,推导得到变模量和变截面管桩桩顶动力阻抗解析解答,并与已有相关解析解进行退化验证其合理性;通过进一步参数化分析探讨了桩身变模量段、缩颈、扩径及变模量、变截面位置对管桩纵向振动动力响应特性的影响规律,可为具体工程实践提供理论指导和参考作用。

软基场地地铁车站地震响应及参数敏感性分析

研究目的:为更加全面地探讨软土场地中地铁车站结构地震动力响应特性和灾变机理,分析软基土性参数变化对土体特征点处动孔压比、地铁车站结构特征位置处内力等动力响应指标变化影响规律,本文采用两相介质动力分析方法和多指标综合平衡法对饱和软土地基-地铁车站结构动力相互作用体系进行数值分析与参数敏感性分析,旨在为认识地铁车站结构地震动力灾变机理提供参考。研究结论:(1)结构底板附近存在环状动孔压比峰值区域,引起两侧远场土体向内部侧向流动,对结构底部产生挤压上抬作用;(2)结构体系中底板、剪力墙下端和中柱为受力破坏薄弱部位;(3)软基土性因素中黏聚力对典型动力响应指标影响最为显著,参考体积模量次之;(4)该研究成果可用于指导软土地基地铁车站结构抗震设计。