平面弹性波入射下空沟隔振的解析分析

基于复变函数理论和保角映射方法,采用波函数展开法及多级坐标变换技术,解析求解了半无限空间中空沟对平面SH波和平面P波的隔振问题。首先,通过设虚源法和大圆弧假定法分别给出了平面SH波和平面P波入射半无限空间时的散射场。然后由空沟边界及大圆弧边界处的应力自由边界条件建立无穷阶线性方程组,并通过对该方程组的求解给出了空沟对平面SH波和平面P波散射的解析解答。最后,参数分析了激励频率、空沟深度等因素对隔振效果的影响规律。结果表明,空沟对平面SH波和平面P波的隔振效果随着入射波频率的增大而增大,随着空沟深度增大而增大。

具自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震性能研究

目前桥梁隔震技术的应用越来越广泛,但这一技术不可避免地会引起震后桥梁上下部结构之间残余位移过大的问题。为有效降低上部结构的惯性力传递至桥墩,使其具有良好的隔震能力,同时减小上部结构复位时的阻尼,增强其自复位能力,降低震后桥梁的修复费用,提出由一种新型自复位摩擦阻尼器和聚四氟乙烯滑板支座代替传统的隔震支座。该阻尼器当活塞向远离平衡位置方向移动时,具有较为稳定的摩擦力使其具有较好的耗能能力;当活塞向平衡位置方向移动时,不具有摩擦力,减小了摩擦力对复位力的消耗,提高了其自复位能力。采用柔性拉索将此阻尼器与桥梁的上下部结构相连,保证阻尼器只受拉且可实现上部结构相对桥墩的往复运动,形成自复位隔震桥梁体系。为验证该隔震桥梁体系的效果,利用OpenSees建立一座4跨连续梁桥模型,分别配置非隔震桥梁支座、铅芯橡胶支座和自复位摩擦阻尼器与聚四氟乙烯滑板支座联合工作的隔震体系,在横桥向输入地震动记录进行时程分析,考察3种桥梁结构的墩顶位移、墩梁相对位移和桥墩内力。结果表明:在相同地震作用下,自复位隔震桥梁体系相对于非隔震桥梁墩顶位移降低为原来的1/8,墩底剪力和墩底弯矩降为原来的约1/3;与配置铅芯橡胶支座的隔震桥梁体系相比,自复位隔震桥梁体系基本没有墩梁相对残余位移。以上说明提出的自复位摩擦阻尼器及具自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震体系有较好的隔震和自复位能力。

自复位单向摩擦阻尼器梁桥数值模拟及混合试验

传统梁桥在地震作用下,支座容易产生较大的残余变形。针对这一问题提出将传统梁桥支座替换为聚四氟乙烯滑板支座,并在主梁和盖梁之间安装自复位单向摩擦阻尼器,形成自复位单向摩擦阻尼器梁桥。首先,将有预加力的自复位单向摩擦阻尼器等效为一个无预加力的阻尼器单元和一个无耗能能力的双线性弹簧单元组成的并联体系,采用OpenSees模拟其本构关系。进一步,以一4跨自复位单向摩擦阻尼器连续梁桥为对象,对其进行地震动记录输入下的动力分析,同时,将桥梁1#墩的阻尼器和支座作为试验子结构,其他部分作为数值子结构进行混合试验,考察地震作用下的桥梁位移和内力响应。数值分析和混合试验的结果对比表明:文章对阻尼器的等效处理是合理的且自复位单向摩擦阻尼器梁桥具有良好的隔震和自复位能力。

考虑上部结构影响的山区桥梁支座刚度设计方法研究

为了合理计算山区桥梁支座刚度,针对桥墩高度不相同的特点,考虑上部结构对桥墩顶部的转动约束作用,提出在横桥向可将墩顶视为自由约束,而在纵桥向将墩顶视为定向约束。分别按照地震作用下各墩底剪力和弯矩相等的原则,推导桥梁支座纵、横桥向的刚度设计公式,并给出各桥墩支座的设计方法。为验证方法的正确性,以墩底剪力相等的原则为例,利用OpenSees建立一座墩高不等的5跨连续梁桥模型,并依支座刚度取值不同分三种工况:工况一各桥墩支座刚度相同;工况二按墩顶自由计算各支座的纵、横桥向刚度;工况三按墩顶定向约束计算各支座的纵、横桥向刚度。分别对三种工况下的桥梁结构输入三条地震动记录进行时程分析,考察各桥墩的底部剪力。分析结果表明:工况一各桥墩纵、横桥向的底部剪力均不相同;工况二各桥墩横桥向的底部剪力相同而纵桥向的底部剪力不同;工况三各桥墩纵桥向的底部剪力相同而横桥向的底部剪力不同。上述结果表明在桥梁支座设计时,横桥向桥墩的抗推刚度应按墩顶自由计算,而纵桥向桥墩的抗推刚度应按墩顶为定向约束计算。

基于挠度差值影响线曲率的简支梁桥损伤识别

推导简支梁某一点的挠度随移动荷载位置变化的函数,在理论上证明利用挠度差值影响线进行结构损伤识别的可行性。提出利用损伤前、后某一点的挠度差值影响线曲率来识别损伤的方法,即当移动荷载位于无损区域时,挠度差值影响线曲率为0,当移动荷载位于有损区域时,挠度差值影响线曲率明显增大,且与损伤点的位置、损伤前后的刚度有关。为验证该方法的正确性,采用一个单跨简支梁算例进行有限元模拟,算例表明该方法不但适用于单处损伤的情况,而且适用于多处损伤情况,且对结构的损伤位置和损伤程度都具有准确的识别能力。

环境激励下基础隔震结构的主要动力特性研究

通过对两栋基础隔震建筑在环境激励下的振动测试,运用随机子空间识别法和有理分式多项式法分别识别了结构的模态频率、振型和模态阻尼比。识别结果表明在环境激励下,基础隔震结构的基本频率远大于设计计算多遇地震工况下的基本频率;等效黏滞阻尼比很小,与未隔震结构的阻尼比相当,可以将基础隔震结构视为经典的比例阻尼系统。进一步以其中一栋为研究对象,以识别的模态参数作为修正基准,采用多目标优化的方法反演了环境激励下隔震层的实际水平等效刚度,结果表明其值为多遇地震下计算刚度取值的10.9倍。最后,基于反演的实际隔震层的水平等效刚度对结构的初始有限元模型进行了修正,并对修正后的模型进行了数值分析,分析结果与实际测试结果的对比表明修正后的模型可以更好地反映基础隔震结构在环境激励下的动力特性。

基于随机子空间法的桥梁动载试验研究

首先总结了随机子空间法识别状态空间方程的分析计算的原理,然后以某一工程为例对其进行了有限元模拟,得出其前三阶频率,并进行了基于环境激励的结构动力测试,得到了测点加速度时程曲线,利用随机子空间法对测试数据进行了分析,得到其稳定图和前三阶模态频率。通过有限元模拟和随机子空间分析的结果对比,得到桥梁结构的整体刚度评价结论。

条带式加筋土挡墙力学性能模型试验及数值模拟

通过室内模型试验对条带式加筋土挡墙的作用机理进行探讨.测试挡墙面板的水平位移、侧向土压力以及筋带轴向应变在填土表面局部逐级加载情况下的变化情况,并利用有限元软件进行数值模拟.数值模拟与模型试验结果一致表明,土体中加入筋体材料能明显提高其稳定性;在各级荷载作用下挡墙面板的侧向土压力沿墙高向下逐渐增大,而侧向位移沿墙高向下则逐渐减小;筋带的轴向应变呈单峰状分布.模型试验中,局部逐级荷载作用下,挡墙面板的侧向土压力增量沿墙高向下逐渐增大;侧向位移增量明显上部大于下部;筋带沿其轴向应变的增量先增大后减小.

基于挠度差值影响线的简支梁桥损伤识别研究

推导了简支梁某一点的挠度随移动荷载位置变化的解析解,在理论上证明了挠度差值影响线对结构损伤识别的可行性.提出用损伤前后一点的挠度差值来识别损伤,为验证该方法的正确性,采用一个单跨简支梁进行有限元模拟.通过有限元计算表明该方法对单损伤简支梁的损伤位置和损伤程度具有准确的识别能力.

环境振动下的钢管混凝土拱桥试验与分析

环境振动试验是检测大型桥梁结构的主要方法,检测得到的模态参数是判定桥梁健康状况的重要依据。本文基于随机振动理论,从雁滩黄河大桥在环境激励下获得的加速度测试信号中提取高信噪比的响应信号,采用频域峰值法和时域随机子空间法识别得到了该桥的固有频率、阻尼比和振型等模态参数,并与有限元模型计算结果进行了对比,验证了识别结果的可靠性,结果可作为该桥的损伤检测、使用状态评估和健康监测的基础。

均布荷载作用下悬臂梁的弹性力学解

梁是土木工程中最常见的构件.材料力学基于平衡方程、物理方程和平截面假定的梁的计算分析结果,对浅梁较为精确,对深梁存在较大的误差,难以满足结构设计的要求.为此根据弹性力学平面问题基本理论,采用半逆解法,求出了悬臂梁在均布荷载作用下的应力、形变和位移.可供工程结构设计和弹性力学教学参考.

考虑轨道约束的连续梁拱桥地震反应及减震控制研究

以一座大跨度单线铁路连续梁拱桥为背景,建立了考虑轨道约束和相邻构件碰撞效应的动力分析模型;通过输入40组水平双向地震动记录进行非线性时程分析,探究轨道约束和拱肋对桥梁地震响应的影响,采用“减震榫-拉索限位器”与“自恢复耗能支撑(SCEDB)-屈曲约束支撑(BRB)”控制水平向地震反应,并对比两种组合减震控制系统的减震效果,研究了耗能支撑布置角度对主梁位移响应的影响。结果表明:考虑轨道约束减小了主梁的位移响应;支撑总强度相等的情况下,“SCEDBBRB”较之于“减震榫-拉索限位器”的减震效果更佳;当支撑布置角度在40°~45°时,主梁位移较小,残余位移得到有效控制,结构可基本实现自复位。

近断层竖向地震动对摩擦摆隔震矮塔斜拉桥地震反应的影响

近断层竖向地震动会放大桥梁地震反应,威胁桥梁地震安全。为研究近断层竖向地震动对摩擦摆隔震桥梁地震反应的影响,以一座三跨矮塔斜拉桥为研究对象,基于OpenSees建立了全桥动力分析模型,选择40组具有速度脉冲效应的三向地震动记录,通过调整输入竖向加速度峰值与水平加速度峰值的比值(V/H),研究了竖向地震动对摩擦摆隔震矮塔斜拉桥地震反应的影响,分析了摩擦摆支座位移、塔底截面曲率、墩底弯矩以及主梁与挡块、主梁与桥台的碰撞效应等,并研究了竖向地震动对桥梁关键构件轴力的影响。结果表明:竖向地震动作用显著放大了支座、桥塔等关键构件的轴力,支座水平位移、塔底截面曲率、墩底弯矩以及主梁与挡块、主梁与桥台的碰撞力明显增大,且随着V/H的增大而增大。

兰州黄河岸边卵石层大吨位桩基自平衡法试验研究

对兰州深安黄河大桥进行桩基自平衡法试验。在对黄河岸边的岩土层进行桩基试验时,对桩基的极限侧阻力和端阻力标准值的取值提出建议,并在兰州地区进行自平衡法桩基试验时,对桩基侧摩阻力的取值提出建议。

频域内饱和多孔介质的参数反演分析

基于Biot理论,假定固体颗粒和孔隙内流体均不可压缩,建立了以固体骨架位移表示的的控制方程.考虑单层饱和多孔介质在竖向简谐荷载作用下一维动力响应,通过理论推导获得了骨架位移、应力以及孔隙流体压力等物理量的解析表达式.基于饱和土的简谐动力模型试验数据,与所得到的理论解答相结合,将饱和多孔介质材料参数反演问题归结为非线性多峰函数的最优化问题.全局最优解的求解采用了遗传算法和模拟退火算法,并通过试验和数值算例验证了所得材料参数的正确性.

环境温度对SMA-LRB隔震桥梁地震响应的影响

随着隔震技术的发展,隔震桥梁的服役环境日趋复杂,环境温度对隔震桥梁抗震性能的影响亟待考虑。为减小地震作用下桥梁的最大响应及残余变形,结合铅芯橡胶支座(LRB)及形状记忆合金(SMA)的优点,组合形成具有自复位能力的SMA–LRB支座。基于一座4跨SMA–LRB隔震连续梁桥,考虑SMA–LRB支座在不同环境温度下的力学特性,对不同环境温度下的隔震连续梁桥进行非线性动力时程分析,得到结构关键部位的动力响应。结果表明:LRB上加设SMA可有效控制支座的位移响应,且SMA自复位特性使其对残余位移的控制效果显著;随着环境温度的降低,LRB和SMA–LRB两种支座的峰值位移和残余位移均随之而减小,但SMA–LRB支座对位移的控制能力和自复位能力较常温有所降低;支座刚度随着环境温度减小而增大,致使桥墩墩顶位移和墩底剪力也随之增大,且较低墩的墩底剪力对温度变化更加敏感。环境温度对SMA–LRB隔震桥梁抗震性能影响的定性评估,可为该类桥梁结构的分析和设计提供借鉴与参考。

三参数弹性地基梁的有限差分法

该文选用三参数地基模型,对Winkler弹性地基模型进行修正。根据已有的双参数弹性地基梁的有限差分法,把地基梁的挠曲微分方程转化为线性差分方程组,推导出三参数弹性地基梁的有限差分方程,得到不考虑广义剪力自由梁端的解答。利用MATLAB编制相应的程序,通过对算例的比较和分析,表明该方法可行,计算结果准确。

筏板-柱节点冲切的国内外研究对比分析

综述了冲切问题的国内外研究概况,总结了板柱节点冲切承载力的主要影响因素,比较了国内外主要规范有关板柱冲切的基本规定,并得出一些有用的结论。

柱对筏板节点冲切性能非线性分析

考虑地基与基础的相互作用,采用Drucker-Prager地基模型,通过有限元软件ADINA对板柱节点进行了冲切模拟和非线性分析.结果表明:在冲切试验中要预防地基土先于板柱节点破坏;筏板厚度对板柱节点的影响非常明显,随着板厚的增加承载力也不断提高;地基模型选取对板柱节点的冲切性能有影响.

自动浇花机器人的研制

为解决花卉在没人看管的情况下也能实现自给补水,设计了壁挂式双关节自动浇花机器人。该系统采用PLC控制,运动系统由电动机、带轮、两个“关节”和两段手臂等组成,通过类似人手臂动作,完成作业半径内指定位置的精准滴灌。壁挂式结构可以节约空间,并充分利用位置优势,轻松实现对植物的给水,在办公室、家庭阳台、花店等场地尤为适用。经模拟仿真和实地检测,测试结果达到预期设计要求,系统运行稳定。该机器人设计理念先进,系统扩展性好,操作简单,成本低廉,实用性强,极具推广应用价值。