预留大尺寸洞口的地铁地下车站结构受力分析

为了研究围护桩与地下车站大尺寸开洞结构共同承受侧土压力时结构的内力变化规律,以某地铁车站为工程背景,采用岩土与隧道结构分析软件MIDAS/GTS,建立了包括周边土体、支护结构和预留轨排井地铁车站的地层—结构三维有限元模型,土与结构的接触算法基于Goodman无厚度接触单元,土体的本构关系采用摩尔—库伦模型模拟,对预留轨排井地铁车站施工全过程进行了模拟,并分析了预留轨排井阶段支护桩刚度、地面超载、纵梁截面高度等参数对结构受力性能和变形的影响。结果表明,支护桩刚度一定范围内的折减对主体各构件的受力影响较小。地面超载对结构顶纵梁受力影响较大,对中纵梁的影响次之,对侧墙底部应力分布的影响最小;增大轨排井的纵梁截面高度可显著减小结构纵梁端部附近侧墙的弯矩,但对侧墙底端与底板相交处的弯矩的影响不大。

穿斗式木结构通榫节点抗震性能研究及数值模拟分析

为研究穿斗式木结构通榫节点的抗震性能,对通榫节点缩尺模型进行低周往复荷载试验,分析节点的弯矩-转角滞回曲线及其骨架曲线、刚度退化规律、变形与耗能能力。采用ABAQUS非线性有限元软件对通榫节点进行数值分析,所得模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:通榫节点弯矩-转角滞回曲线捏缩效应明显,且随枋截面高度的增加而愈加明显;在加载过程中,枋在柱卯口处发生滑移,且滑移量随转角的增大而增大;节点的等效黏滞阻尼系数随着枋截面高度的增大而减小;通榫节点具有较好的延性和较大的承载力,加载转角达到0.22rad时,枋出现较大的挤压塑性变形,但未发生材料破坏。枋横纹应力达到其抗压强度,而柱顺纹应力尚未达到其极限抗压强度。

地铁车站轨排井结构加强措施及布置方案分析

为改进地铁车站轨排井结构的设计,提高预留轨排井车站的受力性能,研究不同加强措施对地铁车站轨排井结构的影响,通过有限元模拟,进行了2种结构模型的对比,以及不同结构布置方案下轨排井车站的受力分析。结果表明:增设壁柱主要改变了结构侧墙的内力分布;双排桩围护对车站结构的侧向变形和顶纵梁范围内弯矩的减小有明显作用;拱形结构方案相对于传统的车站结构形式可使轨排井结构的受力更加均匀。

带空隙透榫节点弯矩-转角关系理论分析

为研究带空隙的典型不对称榫卯节点——透榫节点的弯矩-转角关系,构建了节点的埋置嵌压作用力学模型.通过建立平衡方程、物理方程及几何关系,推导了节点的弯矩-转角理论计算公式,并与试验结果进行了对比,分析表明:理论计算结果与试验结果吻合较好.进一步定量分析了空隙g以及摩擦因数μ对节点弯矩和初始转动刚度的影响,结果表明:随着空隙g的增大,透榫节点正反向初始转动刚度均逐渐减小,且与空隙g基本呈线性变化;正反向加载情况下,透榫节点弯矩和转动刚度均随摩擦因数的增大而逐渐增大,尤其在节点屈服后表现更加突出;节点间空隙是节点弯矩和转动刚度的主要影响因素,摩擦因数对节点弯矩和转动刚度的影响略小于空隙的影响.所得结果可为古建筑木结构的加固保护提供理论依据.

轴压作用下斗栱的精细化有限元模型研究

斗栱中斗与横栱之间的嵌压及摩擦作用是影响斗栱在轴压作用下力学性能的重要因素。基于木材的正交各向异性本构关系和Yamada-Sun强度准则,引入修正的库伦摩擦模型,开发了木材本构关系子程序及木材摩擦子程序,并将两种子程序联合编译形成用户子程序,使用该子程序建立了大式建筑单翘单昂柱头科斗栱的精细化分析模型。将精细化模型及不采用子程序的普通有限元模型与斗栱轴压试验进行对比分析,结果表明:精细化模型计算得到的荷载-位移曲线、各构件的内力和变形与试验结果更吻合,更能真实反映斗栱在轴压作用下的力学性能。

不同松动程度下古建筑透榫节点抗震性能试验研究

现存古建筑木结构中均存在不同程度的残损,榫卯节点的松动属于其中典型的一种.为研究不同程度的节点松动对透榫节点的抗震性能影响,参照清《工程做法则例》以1∶3.2缩尺比,制作了6个透榫节点模型,其中1个完好节点和5个不同松动程度节点.通过低周往复加载试验,得到了完好节点与不同松动程度节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线与骨架曲线、强度与刚度退化曲线、变形及耗能能力等力学性能.结果表明:透榫节点榫颈截面处木材纤维拉断,出现裂缝并斜向榫头端部延伸,发生弯曲破坏;各节点滞回曲线形状均由S形过渡到Z形,且随着松动程度增大,捏拢效应越明显;松动节点的转动弯矩、刚度和耗能能力均比完好节点低,且随着松动程度增大不断降低;各个节点的变形能力均较好,但松动节点的极限转角要大于完好节点,并随节点松动程度的增大而增大.

木结构古建筑抗震性能参数分析

不同构造形式及其参数取值对木结构古建筑的动力特性及抗震性能有直接影响,因此研究参数变化对结构动力性能的影响规律,对于木结构古建筑的修缮与加固保护具有重要的指导意义。基于宋代《营造法式》制作了某单层单开间殿堂式木结构模型,建立了考虑柱础滑移隔震、榫卯半刚性连接及斗栱减震性能的空间杆系有限元模型,并与单向水平地震激励下的振动台试验进行了对比;通过参数分析探索了木结构斗栱、榫卯及屋盖等不同构造方式及相应结构参数取值的改变对其抗震性能的影响。结果表明:随着斗栱刚度的增大,整体结构的自振频率收敛于上限2.08 Hz,且其耗能减震作用逐渐变弱;随着榫卯节点的刚度逐渐变大,整体结构的自振频率收敛于上限3.26 Hz,柱脚的滑移量会随之增大而柱架侧移却随之减小,而榫卯节点刚度的减小在减少柱脚滑移量的同时会使得柱架的侧移变形大大增加,榫卯节点的刚度变化对结构自振频率的影响程度大于斗栱刚度;屋盖质量的增加会降低结构的自振频率,增大斗栱的水平变形,提高整体结构的抗震能力。