采用大直径灌浆套筒连接的预制桥墩抗震性能研究

为探究墩台处采用大直径灌浆套筒连接的预制装配式桥墩抗震性能,进行拟静力试验及有限元分析。设计、制作2个采用大直径灌浆套筒(主筋直径40 mm)连接的预制装配式桥墩(预制桥墩)及1个现浇桥墩开展拟静力试验,对2类试件的试验现象、破坏形态、滞回曲线和承载能力进行对比分析,并采用有限元法对预制桥墩混凝土、套筒及连接钢筋的受力性能进行研究。试验结果表明:在水平循环荷载作用下,预制桥墩与现浇桥墩一致表现为弯剪破坏,但墩底区域破坏形式不同,现浇桥墩主要表现为柱脚混凝土大面积压碎,而预制桥墩的破坏现象更为严重,集中表现为套筒四周混凝土成块压碎剥落;相较于现浇桥墩,预制桥墩的承载能力平均值偏小5.2%,位移延性系数平均值偏小2.7%,预制桥墩力学性能与现浇桥墩相当。有限元分析结果表明:预制桥墩会在套筒顶部和桥墩底部出现2个塑性区,且预制桥墩中大直径灌浆套筒的受力状态以轴向受力为主,按照轴向受力进行套筒设计可满足其在桥墩结构中的受力要求;预制桥墩在墩底混凝土破坏后,其主筋和灌浆料仍保持可靠粘结,采用大直径灌浆套筒连接的预制桥墩抗震性能良好。

混凝土芯水泥土复合桩竖向承载特性分析方法

基于Euler梁理论和状态空间法,建立了综合考虑非线性芯桩-水泥土-桩周土界面作用的双层叠合直梁分析模型及其状态方程,推导了成层土中不同组合形式的复合桩截面内力与变形的统一解析解,有效地考虑了复合桩分析中土与结构相互作用、结构局部参数发生变化等难点。通过与已有文献中现场试验和数值计算结果对比,验证了该方法的有效性,并讨论了桩径比、芯长比和水泥土弹性模量对桩承载特性的影响。研究结果表明:(1)桩径比增大,可提供的桩侧摩阻力和桩端阻力增大,复合桩竖向承载力基本呈线性增长;(2)芯长比增大,复合桩竖向承载力的增长幅度逐渐增大;(3)水泥土弹性模量对于桩竖向承载力影响较小。

一种多层组合梁自由振动分析的混合有限元法

基于截面等效,提出了多层组合梁的二维分析模型。使用混合能变分原理,以包含频率函数的节点位移及其能量对偶的应力分量为单元节点未知量,引入混合元对梁长方向进行离散,建立动力学状态空间控制方程;接着引入微分求积法(Differential Quadrature Method,DQM)对控制方程进行梁高度方向的离散,求得组合梁在不同轴力与边界条件下的动力学方程。以混凝土-木材组合梁、波形钢腹板梁和钢-混组合梁为例进行验证。该方法基于二维理论,可为梁理论提供假设依据和误差分析的基准。

基于机器学习的砂浆流变特性预测

砂浆流变性除了与混合料成分特性和配合比设计相关外,还随胶凝材料混合时间的长短而发生改变。为研究上述因素对砂浆流变性能的影响,采用流变仪获得4个不同时段、30种不同配合比下砂浆的塑性黏度与屈服应力,并对得到的120组流变性能数据进行数据清洗等处理分析工作。接着通过支持向量回归、K-邻近回归和随机森林回归3种机器学习算法,以水泥含量、机制砂、粉煤灰、石灰石矿粉、减水剂、水、砂浆混合后时间、水灰比、骨胶比以及水胶比等参数作为自变量,塑性黏度与屈服应力作为因变量,对砂浆的流动性能进行学习预测。最终结果是支持向量回归算法对砂浆的塑性黏度与屈服应力预测准确率最高,预测结果的平均绝对误差、均方根误差、平均绝对百分比误差以及决定系数均优于其他模型,拥有更好的泛化能力,在预测领域中具有良好的适用性。通过时间效应分析,得到了不同组分对水泥砂浆流变性能的重要系数,其中减水剂、水泥、砂、水对于砂浆的流变性能影响比较显著。最后使用支持向量回归对具有较大特征重要性的变量(水泥、机制砂以及减水剂)进行单一特征分析,通过改变单一变量得到了该变量对砂浆流变性能的影响曲线。

基于状态空间法的平面圆弧曲梁面外动力学分析

该文通过选择广义位移和与其对偶的广义力作为状态变量,建立了平面圆弧曲梁面外动力学问题的状态方程列式,并求解了工程中常见的四种边界条件下圆弧曲梁面外自由振动的频率和模态。利用状态空间列式和辛内积的概念,建立了振动模态关于质量和旋转惯量以及关于刚度的正交关系式。基于建立的振动模态关于质量和旋转惯量的正交关系式,运用模态叠加法得到了非齐次状态方程即面外强迫振动控制方程的解析解,并具体考察了竖向移动荷载作用下圆弧曲梁的动力响应。给出了数值算例,并与已有结果进行了比较,验证了该文方法在进行圆弧曲梁面外自由振动和强迫振动分析时的准确性和可靠性。

MATLAB在有限元教学中的应用与实践

利用MATLAB在有限元教学中进行公式推导和程序编写,可极大地降低学生掌握有限元理论和进行程序设计的难度,从而提高学习兴趣和效率.另外,利用MATLAB强大的图形处理功能,也可方便地进行有限元分析的后处理,增加学生对计算结果的感性认识,提高教学效果.经过几年的教学实践,发现学生经过本课程后,均具有独立使用MATLAB进行有限元程序设计的能力.

包装测试信号计算机采集和处理系统的开发

介绍了近期开发的计算机信号采集和处理系统构成和软件设计，进行典型包装材料动态性能测试的应用分析和前景论证。

压电板壳自由振动的三维精确分析

本文简要评述了压电材料板壳结构的研究现状,着重介绍了近年来我们在压电板壳三维分析方面所做的工作:(1)四边简支横观各向同性压电矩形板的状态空间分析方法;(2)横观各向同性压电圆板和环板的状态空间分析方法;(3)横观各向同性压电圆柱壳和球面各向同性压电球壳耦合振动的精确分析。这些工作都直接从压电弹性力学三维基本方程出发,不引进任何变形假设,因此可作为二维简化理论和数值计算方法的校核标准。文末对今后压电材料板壳的研究方向也作了展望。

瓦楞纸板的静态压缩非线性模型

分析了瓦楞纸板压缩性能的基本特征，对多种瓦楞纸板进行了测试，应用弹塑性理论，建立了瓦楞纸板的平压、边压和侧压的静态应力应变数学模型，根据少量实测数据，识别了模型参数。

有轴力的部分作用组合梁的动力分析

针对轴力作用下部分作用组合梁的振动,给出了基于状态空间列式的求解方法,并导出了自由振动频率方程。进一步利用辛内积的概念,针对工程中常见的边界条件证明了振动模态的正交性,进而采用模态叠加法进行了瞬态响应分析,得到了移动集中荷载作用下该组合梁的动力响应。最后,给出了数值算例,计算了屈曲荷载,讨论了轴力对固有振动频率的影响以及对移动集中荷载作用下的部分作用组合梁的瞬态响应的影响。

功能梯度圆板的轴对称自由振动

基于三维弹性理论,用直接位移法求解了横观各向同性功能梯度圆板的轴对称自由振动,其材料特性沿板厚度方向按指数形式变化.在弹性简支和刚性滑动两种边界条件下得到了三维精确解,即它逐点满足基本方程和边界条件.最后给出了数值算例并与以前的工作进行了对比.该方法也可推广应用于材料特性沿板厚度任意变化情形.

基于黏聚区域模型的石拱圈承载力分析方法研究

石拱桥拱圈石之间的拼接界面往往是拱圈结构的薄弱处,决定着拱桥的安全性和承载力。该连接界面往往因其强度低而沿法向起裂并张开扩展,或沿切向发生相对滑移,此复杂的界面行为特性成为石拱桥承载力分析及安全性评估的难点。针对拱圈石连接缝处的起裂及裂缝扩展后结构非连续变形的复杂力学行为的模拟问题,采用多折线型黏聚区域模型描述拱圈石间界面滑动和拉裂破坏变形,并构造无厚度界面单元,形成考虑非连续变形效应的石拱桥极限承载力分析的方法。采用该方法对一石拱圈的破坏全过程进行模拟分析,实现拱圈石块之间非连续变形的数值模拟,得到拱圈结构的极限承载力及相应的破坏形态,验证了本文方法的可行性。本文方法可以模拟石拱桥结构破坏的全过程,可用于石拱桥的承载能力分析及石拱桥结构脆性破坏的安全性评估。

基于部分抗剪的钢箱梁横向分块施工效应分析

为了研究横向分块施工造成的抗剪刚度减弱且分布不均对分块钢箱梁受力特性的影响,针对分块后不对称开口薄壁构件顶、底板之间部分抗剪的力学特性,引入考虑界面滑移的组合结构理论,建立变形和应力的解析分析方法.基于典型等截面单箱多室钢箱梁截面设计参数的统计规律进一步归并结构尺寸参数,建立以桥梁跨度、分段长度和抗剪刚度等关键参数为基本变量的变形计算公式.通过影响参数分析,提出能够应用于不同跨度钢箱梁的分块施工方法.结果表明,当分段长度增大到40m以上时,必须采用抗剪临时撑增大抗剪刚度,或采用临时支点加固,以减小变形、控制施工质量.

压电矩形板的自由振动

本文通过对压电弹性体的线性本构方程直接作厚度方向的积分，并引入适当的变量及对位移的分布作一定的假设，导出了对应的二维简化板理论．考虑了四边简支板的自由振动，给出了算例，并与三维理论的结果作了比较．

强化有限元剪力连接件的拔出数值模拟

剪力连接件的拔出过程伴随着混凝土的拉裂与扩展,为了准确模拟拔出过程中的非连续变形及剪力连接件抗拔承载力,本文采用基于强化有限元的无厚度CZM单元,以粘聚区域模型描述剪力连接件拔出过程裂纹的开裂与扩展.然后建立了剪力连接件拔出数值分析模型,对拔出过程连续-非连续变形进行模拟,得到了拔出过程的荷载位移曲线,剪力连接件的抗拔承载力以及拔出过程裂纹扩展形态.本文方法可以实现拔出过程混凝土裂纹起裂扩展的非连续变形的数值模拟.

横观各向同性矩形板的非经典稳定问题

针对四边简支的横观各向同性矩形板单向受非均匀对称压力作用的稳定问题给出了三维分析方法 .首先通过引入位移函数和应力函数 ,从三维基本方程出发构造了两类相互独立的状态空间方程 .其次结合层合近似理论 ,求解了对应非经典稳定问题的状态空间方程 .进而利用子层间的连续条件和矩形板上下表面的自由条件 。

TM-JCM法分析FRP-梁界面应力

基于经典梁理论并忽略外贴FRP的抗弯刚度,导出了FRP粘结加固梁的状态方程和传递矩阵。但是由于FRP与混凝土梁的横截面刚度相差太大,导致传统的传递矩阵法(Transfer Matrix Method,TMM)存在比较严重的数值稳定问题。为此,本文在传统的TMM基础上引入节点耦合矩阵法(Joint Coupled Method,JCM)求解状态方程,避免了数值稳定问题,从而得到精确的界面粘结应力。

压电扇形板弯曲的三维精确解

本文利用Ding et al^[1]提出的横观各向同性压电材料三维问题的通解，求得了压电扇形板在表面正应和和电位移或电势作用下的三维精确解，该解可退化为圆板情形。

基于弹性地基曲梁理论的盾构隧道管片分析方法

基于弹性地基曲梁理论,考虑管片接头的抗弯、抗压和抗剪性能,采用状态空间法,求得圆形盾构隧道管片环在周围土压力作用下变形和内力的解析解.通过与有限元和简化解结果的对比,验证了解析结果.参数分析表明,在盾构工法的典型地层范围内,接头剪切刚度的变化对衬砌内力和变形的影响明显小于其他2个方向刚度的变化.衬砌的水平变形由受压内缩趋势和荷载差异导致的横扩趋势共同决定.接头轴向刚度的削弱加剧内缩趋势,土弹簧的存在对上述2种趋势的发展起限制作用.当接头轴向刚度较小时,内缩趋势占主导地位,将导致衬砌向内的水平变形.

基于Zig-zag理论的波形钢腹板梁自由振动分析

根据波形钢腹板梁的特点,将波形钢腹板梁模拟为具有正交各向异性层的夹芯梁,并引入层间连续的Zig-zag位移假设和分层抛物线分布的横向切应力假设,基于混合能变分原理,建立波形钢腹板梁自由振动的Zig-zag理论.该理论的横向切应力满足上、下表面为0以及层间连续条件,因此无需引入剪切修正系数.导出波形钢腹板梁的频率方程,得到不同边界条件下的频率和振型.与其他方法的对比表明该理论能够精确地预测波形钢腹板梁的动力学特性.