泰州大桥北塔群桩基础三维动力非线性抗震计算研究

采用三维八节点等参单元与无限元相组合的数值方法进行土和大桥桩基的地震反应分析。基于ABAQUS软件,建立"承台-群桩-土体系统"的大型三维非线性时域地震动力反应分析的弹塑性模型与相应的计算方法。承台和桩采用混凝土损伤塑性模型,土体采用传统莫尔-库仑屈服准则的弹塑性模型。考虑承台和大直径超长钻孔灌注桩的天然自重、江床浅部松散砂性土层部分振动液化等不利因素对桩基础承载能力的影响。提出静、动力统一的黏弹性无限元边界概念,采用四CPU并行计算得到"承台-群桩-土体系统"同时承受竖向静载荷和水平动载联合作用时,群桩的动轴力、动剪力和动弯矩,桩周摩阻力和桩侧与桩周土体的接触压强等对设计和施工具有参考价值的成果,进而对大桥桩基的抗震性能有比较全面和深入的认识。

车集矿深部三维初始地应力测量研究

岩体的初始地应力是地壳地层力学状态最基础的原始数据,是采矿工程围岩稳定性分析、开采与支护设计的一个基本参数。与其它地应力测量方法相比,空心包体应力解除法测量精度高且能一次测得三维应力,论述了其地应力测量原理,并采用改进的KX-81型空心包体式应力计实测了车集矿区深部4个测点的三维地应力大小和方向。通过结果分析获得车集矿地应力场的基本分布规律如下:各个主应力均为压应力,没有出现拉应力的现象,最大主应力倾角均小于6°,方位角介于SE10°—SW11°,为近水平南北方向,说明车集矿区域地应力以水平构造应力为主,根据应力回归公式可知,垂直应力基本上等于或略小于单位面积上覆盖岩层的重量,最大主应力随深度的增加而增加。测量结果对深部采矿设计和安全生产具有重要的指导意义。

大断面浅埋暗挖海底隧道CRD法施工模拟分析

基于大型有限元软件ABAQUS,采用有限元无限元组合方法对大断面浅埋暗挖海底隧道CRD法施工进行了模拟分析,研究包括:初始地应力场分析,围岩注浆预加固,服务隧道的开挖及其影响,主隧道CRD法不同施工工序对隧道围岩、支护结构以及地表沉降的影响等。研究认为:新提出的初始地应力场定义方法较之前方法为佳;服务隧道开挖时,地表沉降成V形分布,主隧道开挖时,地表沉降变成W形分布;CRDⅠ部开挖和CRDⅡ、Ⅲ、Ⅳ部开挖引起的隧道围岩最大沉降位置不同;CRDⅡ部初期支护对围岩的变形有一定的控制作用;主隧道Ⅲ部拱顶的围岩沉降量较大;主隧道底拱角部存在应力集中和较大的塑性变形。研究结果对于类似工程的设计与施工具有一定的参考价值。

神经网络方法在位移反分析中的应用研究

为解决传统位移反分析建模复杂、求解速度慢等问题,基于MATLAB的二次开发语言M语言,编写了用于位移反分析的BP神经网络源程序.针对传统BP网络收敛速度慢的缺点,采用L-M优化算法及归一化方法来加快网络的训练速度.对圆形巷道弹塑性问题的力学参数进行了反演分析.反演结果表明,MATLAB与神经网络相结合应用于位移反分析,具有建摸快、模型简捷、求解速度快、精度高等优点,可以在工程实际中推广应用.

预制装配式型钢混凝土梁抗剪承载力的智能模型研究

通过建立计算预制装配式型钢混凝土(PSRC)梁抗剪承载力的智能模型,在一定程度上提高了计算精度与适用性。基于BP人工神经网络算法,通过对影响PSRC梁抗剪承载力的相关参数进行梳理,选取14个主要影响参数作为输入层,以试算法确定隐含层节点数为5,初步构建了3层结构人工神经网络系统;以收集的76组试验数据作为学习样本,对构建的神经网络系统进行训练,建立了对PSRC梁及SRC梁抗剪承载力计算的N14-5-1智能模型。使用智能模型对6个PSRC梁构件及6个SRC梁构件进行抗剪承载力计算,并通过与规范公式计算结果、试验结果的对比分析,证明了智能模型具有良好的计算精度及较好的泛化能力,具有一定的工程参考意义。运用Garson算法对输入参数进行敏感性分析,结果表明箍筋间距、型钢屈服强度、箍筋屈服强度、型钢腹板含钢率对抗剪承载力影响较大。随着研究试验的开展,在收集更多具有代表性的试验数据以扩充学习样本后,可对智能模型进一步优化。

ABAQUS动力无限元人工边界研究

针对动力场天然无限地基的数值模拟与地震波输入问题进行了一些有意义的研究,评述了现有动力计算常用无限元的优缺点,详细阐述了ABAQUS无限元理论体系框架,并加以改进,提出一种考虑外域地震动影响的ABAQUS动力无限元人工边界。采用等效边界力的叠加原理,对入射波和散射波分开处理,视入射波和散射波在边界上互不影响,将输入地震动转化为作用于有限元无限元交界面上的等效应力的方法来解决外源波的入射问题。算例验证结果表明:内源振动和固定边界会出现失真和扰动现象,同时该计算结果与黏弹性边界的计算结果对比可知,该方法对外行散射波的过滤作用优于黏弹性边界。因此,改进的ABAQUS动力无限元人工边界理论方法有效且具有一定的稳定性。

考虑土–桩–结构相互作用的群桩振动台试验研究

土–桩–结构相互作用下群桩动力响应的研究存在着许多不确定性,造成其在实际工程设计应用中受到限制。通过不同加速度峰值、不同频率正弦波和泰州地震波入射时,考虑桩土相互作用的群桩振动台试验,研究了土–桩–结构体系相互作用机理,同时对群桩动力反应规律进行了分析。试验结果将为今后深入的理论分析研究提供依据。

钢纤维对海上风电灌浆料及灌浆连接段模型性能的影响研究

开展了不同体积掺量的钢纤维对海上风电灌浆料以及小型灌浆连接段模型力学性能影响的研究。结果表明:当钢纤维掺量为1.0%时,能在保障灌浆料工作性和微膨胀性能的基础上,灌浆料的28 d抗折强度和抗压强度相较于未掺钢纤维时分别提高了65.4%和31.0%,且灌浆连接段模型的极限承载力和极限位移分别提高了12.0%和15.5%,有效提高了灌浆料的延性;灌浆连接段模型在轴心荷载作用下,主要受力和变形部位为内筒上部剪力键和外筒下部,在今后的灌浆连接段设计中,可对该部位进行适当加强,以便充分发挥灌浆连接段的整体性能。

基于地应力椭球和椭圆的松动圈计算方法

采用地应力椭球和地应力椭圆分析方法,结合实测的车集矿地应力结果,以及矿区地质资料、地应力测量中揭露的地质情况,研究原岩应力与巷道松动圈的关系.结果表明:在地应力作用下,不同的巷道走向将影响到其周边围岩的受力状况,随着地应力椭圆离心率的增大,巷道周围受力的不均匀性增加.走向一定的情况下,将应力椭圆视为围岩破碎带的形状,从而进行巷道断面形状的优化和支护参数的优选是合理可行的.

隧道围岩稳定性正算反演分析研究——以厦门海底隧道穿越风化深槽施工安全监控为例介绍

为了降低海底隧道施工风险,确保隧道施工顺利穿越海底几处风化深槽和风化囊区域,解决难以获得隧道围岩力学参数的技术难题,采用位移反分析方法建立了动态反演预测模型;作为比较,还简单介绍了弹塑性反演的一种全局优化方法。根据隧道典型断面实际监控量测的围岩拱顶沉降量和周边收敛位移量,结合先行服务隧道揭露的水文地质情况,进行优化反演分析,得到该类围岩初期支护后的等效弹性模量和等效侧压力系数。在相应的同类地质条件下,对后续将开挖的左、右主洞围岩采用边界元法进行正演数值计算,使之能为主洞施工方案比选以及支护设计参数调整与修正提供定量依据,做到信息化动态设计与施工。工程实例分析表明,利用正算反演分析法得出的围岩等效力学参数是可靠的,可据此对类似地质条件下主隧道围岩进行正演计算分析,预测主洞围岩的变形破坏模式,判断其围岩稳定性。位移反分析法是隧道施工变形理论预测分析与工程实际相联系的有效平台,为工程设计施工技术决策提供了一种切实有效的途径。

粗糙集-BP神经网络组合方法及其应用

将神经网络与数据挖掘的知识相结合,提出粗糙集-BP神经网络组合方法,并将其应用于围岩稳定性判别。首先,基于山东兖州矿区煤巷信息数据库,建立回采巷道围岩稳定性知识表达系统,对数据进行离散化处理;其次,针对传统BP神经网络收敛速度慢、容错性差、结果不唯一的缺点,采用MATLAB软件开发的粗糙集数据分析程序,对生成的决策表进行挖掘分析,通过挖掘的决策知识引导训练样本的选取和神经网络的建立;最后,在煤巷围岩稳定性判别中予以应用。研究结果表明:BP神经网络克服了传统BP神经网络的缺点,具有容错性好、训练速度快、全局逼近性好、精度高等优点,此方法能较好地用于解决巷道围岩稳定性判别问题。

深基坑支护用大直径预应力混凝土管桩抗弯性能试验及应用研究

通过优化非预应力和预应力钢筋的布置,提高桩身混凝土强度等级,改进端板材质、构造等措施,研发出了更高抗弯性能的大直径混合配筋预应力混凝土管桩,适用于对管桩抗弯、抗剪性能要求更高的深基坑工程。而锤击、静压等常规预应力管桩施工工艺在遇到深厚软土层、不均匀风化岩层时容易出现管桩断桩、偏移、噪音大等问题。本文通过工程实践,采用无泥浆护壁、低噪音的大直径随钻跟管桩施工技术,可以有效解决复杂地质情况下预应力管桩施工工艺存在的此类问题。

桩土界面接触单元的研究与应用

为解决桥梁群桩基础在上部荷载作用下桩土界面的接触问题,根据接触非线性理论和桩土不同物理力学特性的特点,首先推导反映桩土界面滑移的刚度矩阵,然后提出处理滑移变形的均匀化方法。采用ABAQUS软件的用户子程序接口,编制桩土界面接触单元,可以描述接触在循环荷载作用下的塑性应变增长和残余相对位移,在荷载水平分量作用下的界面脱开现象,以及接触刚度的非线性增长与衰减特性。这样,桩土界面的一些重要特性可以通过有限元的方法得以体现。

外伸端板半刚性钢结构连接节点的弯矩-转角智能模型研究

为了寻找一种耗费人力更少、预测效果更好的外伸端板半刚性钢结构连接节点的弯矩-转角(M-θr)关系模型,提出将智能模型引入对该种半刚性连接节点M-θr曲线的预测。首先对现有钢结构梁柱半刚性连接节点M-θr关系经典模型进行了评述,采用其中的幂函数模型对一组试验做了计算并与试验结果进行对比;然后用非线性有限元法对外伸端板半刚性钢结构连接节点进行了计算,并把分析所得M-θr曲线与试验曲线做了比较分析;基于大量试验数据,研究确定了对该种半刚性连接节点M-θr性能影响较大的11个主要参数,并用MATLAB数值计算软件建立了智能模型,对外伸端板半刚性钢结构连接节点的M-θr关系进行了预测,将预测结果与试验值对比。最后发现智能模型不论是定性的曲线变化趋势、还是定量的数值大小,都优于现有幂函数模型和非线性有限元分析,具有更好的可靠性、实用性。所得结论,可为该类半刚性钢结构连接节点M-θr关系研究提供新的思路。

基于“卄”字型钢部件连接节点的装配式SRC剪力墙抗震性能研究

提出一种“卄”字型钢部件连接节点装配式SRC剪力墙结构,对此结构进行非线性仿真。分析模型考虑了材料非线性、几何非线性和混凝土塑性损伤本构。对比装配式套筒连接混凝土剪力墙模型,结果表明,新型节点装配式SRC剪力墙比装配式套筒连接混凝土剪力墙可以提供更高的承载能力,抗震性能较好。对新型节点装配式SRC剪力墙进行了参数分析,考虑了轴压比、剪跨比和暗柱配钢率对新型节点装配式SRC剪力墙的影响,结果表明,提高轴压比和降低剪跨比均能有效提高结构的极限承载力;暗柱配钢率对结构整体抗震性能影响较小。对新型装配式SRC剪力墙的研究可供工程设计参考。

装配式型钢混凝土螺旋箍筋梁的抗弯性能研究

提出了一种新型装配式型钢混凝土螺旋箍筋梁,为研究其抗弯性能,设计了7根配制螺旋箍筋的装配式型钢混凝土梁、1根配制普通分离式箍筋的装配式型钢混凝土梁、1根配制螺旋箍筋的普通型钢混凝土梁和1根钢筋混凝土梁等几种非线性分析模型。研究了含钢率、箍筋的绕制形式和箍筋间距对构件的抗弯性能的影响。结果表明,随着含钢率的增加,构件的承载力提高较大;采用四边绕制的构件相较于采用普通分离式箍筋和其他绕制形式的构件,其抗弯性能有明显提高;当箍筋间距为200 mm时,抗弯承载力提高明显;配制矩形螺旋箍筋的装配式型钢混凝土梁可以节约18%的箍筋用量,可供工程建设参考。

轴向效应对剪切钢板连梁阻尼器的性能影响分析

剪切钢板连梁阻尼器在实际工程中受到的轴向效应较为明显,本文将探讨轴向效应对剪切钢板连梁阻尼器力学性能的影响。采用ABAQUS有限元软件对存在轴向效应的剪切钢板连梁阻尼器进行受力分析,结果表明:剪切钢板连梁阻尼器的屈服荷载和初始刚度会随着轴向效应的增大而减小;过大的轴向压力会导致阻尼器轴向失稳,承载力急剧下降;阻尼器的峰值荷载、等效黏滞阻尼系数和屈服后刚度随着轴向压力的增大而减小,随着轴向拉力的增大而增大。轴向位移对剪切钢板连梁阻尼器的初始性能影响较大,阻尼器的屈服荷载和初始刚度随着轴向位移的增大而减小,最大偏差超过了50%;随着剪切钢板连梁阻尼器的水平剪切位移的增大,轴向位移的影响会随之消失,对阻尼器的峰值荷载影响较小。

高强钢管高强混凝土短柱力学性能智能模型研究

为研究超出规范范围材料强度的高强钢管高强混凝土短柱承载力在规范范围外拓展应用的相关问题,搜集61组试验及有限元数据,利用神经网络智能技术研究了在不同的截面尺寸、高强材料、含钢率、偏心率和长细比等影响因素下的高强钢管高强混凝土短柱的极限承载力及荷载-位移曲线,将承载力预测结果与规范EC4、规范ACI及规范GJB 4142—2000的计算结果进行了对比分析,并预测了试件的荷载-位移曲线,对各阶段各模型的切线刚度进行了分析研究。研究结果表明:所述规范可以在一定程度上继续延伸使用,而神经网络智能模型不仅与试验数据吻合度较高、精确度高,还考虑了规范没有考虑的约束效应减弱及两种材料强度匹配程度对承载力的影响,承载力会随着混凝土强度和钢材强度的提高而减缓增强速度;神经网络智能模型非常适合用于预测高强钢管高强混凝土短柱承载力,可以为实际工程和规范延伸拓展提供设计参考;神经网络智能模型相比于现有组合构件应力-应变理论公式会更加简便准确,以切线刚度的对比结果可知,其可以更加准确地反映和再现轴压作用下高强钢管高强混凝土短柱荷载-位移曲线的特征,对构件的力学性能研究有一定的参考作用。

新型配螺旋箍筋装配式SRC柱偏压性能研究

提出了1种新型的配螺旋箍筋的装配式型钢混凝土柱,为研究其在偏心受压荷载下的受力性能,以型钢型号,相对偏心距为参数设计了6根配螺旋箍筋的试件,1根配普通箍筋的试件以及1根现浇型钢混凝土试件作为对比,进行非线性仿真分析。结果表明:随着相对偏心距的增大,装配式螺旋箍筋柱的正截面极限承载逐渐减小,但相对于普通型钢混凝土柱更高,其破坏形式基本都为混凝土受压区压碎脱离,同时当型钢含钢率较低时,构件的承载力会由于型钢的全截面屈服而明显降低,构件承载力未能得到充分利用,因此应该限制螺旋箍筋柱的最小含钢率。

钢筋套筒灌浆料研制与检测

钢筋套筒连接技术是装配式混凝土建筑中主要采用的连接技术,其中灌浆料是重要的连接材料。针对自主研制的装配式建筑用钢筋套筒灌浆料,进行灌浆料性能及套筒灌浆连接接头性能研究,并经第三方检测,证明研发的灌浆料产品满足国家相关标准要求,可用于后续工程施工。考虑到广东省发展装配式建筑的需要,建议广东省相关检测单位尽快购置套筒灌浆连接接头专用设备开展相关检测业务。