装配式防撞护栏方案与车辆碰撞仿真性能分析

本文以武汉市某大道高架桥SA级装配式混凝土防撞护栏为工程背景,提出了一种新型C40混凝土装配式防撞护栏竖向连接设计方案,即预埋H型钢焊接与浆锚连接相结合,护栏节段之间通过钢筋连接.基于LS-DYNA分别建立了1.5 t小型客车、14 t大型客车和25 t大型货车20°斜向撞击装配式护栏的有限元模型.通过阻挡性能、缓冲性能和导向性能等评价指标,评价装配式防撞护栏的安全性能.结果表明:在车辆碰撞作用下,护栏的竖向连接与纵向连接均未失效,护栏具备良好的阻挡性能.碰撞过程中,纵向加速度分量峰值和横加速度分量峰值均低于200 m/s 2,满足标准中加速度评价指标,护栏具备良好的缓冲性能.碰撞结束后,小客车驶出角度为7.8°,大型客车与大型货车驶离护栏轨迹几乎平行与护栏,满足规范要求,护栏具备良好的导向性能.

装配式防撞护栏竖向连接设计与准静态加载分析

目的 提出三种装配式防撞护栏竖向连接设计方案,即预埋H型钢焊接与浆锚连接相结合(方案一);预埋倒T型钢板焊接及浆锚连接相结合(方案二);“双环锚固”嵌固连接(方案三),解决装配式混凝土护栏抗剪和耐久性差、护栏竖向连接设计单一、装配式安装造价高昂等问题。方法 在考虑竖向连接构造与配筋的基础上,建立了相应的护栏-桥面板有限元模型,通过数值模拟开展装配式护栏准静态加载分析,研究上述三种装配式护栏的极限承载能力与失效特点,并简要对比其制造工艺与相对成本。结果 三种竖向连接方案的护栏最大承载力分别为600 kN、340 kN和400 kN;方案一呈现倒梯形屈服破坏,方案二与方案三出现应力集中并整体倾覆;方案一满足SA级桥梁护栏的设计要求,同时兼具工艺简便与相对成本较低的优点。结论 预埋H型钢焊接和浆锚连接相结合的竖向连接方式为优选方案,可为装配式防撞护栏的研究与应用提供参考。

大型地下洞室群地震模拟振动台试验研究(Ⅰ):岩体相似材料配比试验

结合大型地下洞室群地震模拟振动台模型试验研究,根据相似原理,利用正交试验和二次细化试验相结合的试验方法,对岩体相似材料进行配比试验。选用铁精粉、重晶石粉和石英砂作为骨料,石膏为胶凝材料,甘油为调节剂。正交试验以相似材料的密度、抗压强度和变形模量为控制指标,通过极差分析得到各影响因素的重要程度,并在此基础上进行二次细化试验,二次细化试验增加测试相似材料的抗拉强度。这种组合试验方法可通过较少的试验次数得到符合相似指标要求的材料配比,大大提高了配比试验的效率。试验得出的相似材料配比与物理力学指标的变化规律及运用组合试验高效确定具体配比的方法,对类似工程动静力模型试验相似材料模拟具有一定的参考意义。

一个描述软黏土时效特性的一维弹黏塑性模型

为了描述软黏土一维应力-应变关系的时效特性,基于Bjerrum的等时间线体系,提出等黏塑性应变率线概念,推导了黏塑性应变率与黏塑性应变增量的关系,建立了软黏土的一维弹黏塑性模型;从理论上分析了新建模型与3种典型的一维弹黏塑性时效本构模型的内在联系,表明新建模型与其他3种模型在本质上是等效的,且形式更简洁,物理意义更明确;利用新建模型对软黏土的固结-蠕变耦合效应、应变率效应、应力松弛效应等时效特性进行了理论分析,并得到了相应的解析解;结合宁波软黏土的一维固结试验,阐述了模型参数的确定方法,并用新建模型对宁波软黏土的固结-蠕变试验、温州软黏土的一维多级等应变率试验、香港海相软黏土的一维应力松弛试验进行模拟,验证了新建模型的有效性。研究结果表明,新建模型能很好地模拟软黏土的一维时效特性。

大型地下洞室群地震模拟振动台试验研究(Ⅱ):试验方案设计

为了解大型地下洞室群在地震过程中的动态响应特征,以大渡河流域的大岗山水电站大型地下洞室群为原型,开展地震模拟振动台物理模型试验研究。作为国内外首次进行此类振动台试验研究,系统介绍整个试验的方案设计。首先,根据本次试验的目的和特性,给出试验基本简化原则,并对模型体系进行相似设计,按照完全相似模型推导出各物理量的动力相似常数、确定模拟范围、模型尺寸和相似材料配比。然后,对试验边界条件进行设计,确定了作为柔性边界的聚苯乙烯泡沫板的材料和几何参数,制作了用于测量围岩内部应力的应变砖传感器,并介绍模型制作、洞室成型与开挖等工艺步骤;最后,确定试验输入波形,并按相似理论要求进行调整,给出模型试验的加载工况。经后期试验数据的分析,证明试验条件简化合理,模型设计与制作成功。一整套模型设计方法与制作工艺,可供今后类似试验作为参考。

结构性软黏土一维压缩变形特性的数学描述

为了研究结构性软黏土一维压缩变形特性的影响,在软黏土一维压缩结构破坏特征的基础上,揭示了压缩指数随孔隙比的变化规律,提出了土体结构渐进破坏的数学描述模式;基于上述描述模式,首先推导了一维压缩曲线的数学表达式,分析了结构效应参数对压缩曲线性状的影响规律;然后利用10种典型结构性软黏土的一维压缩试验结果对数学描述模式进行了验证,并以Mexico City clay为例,将描述模式和其他6种常用描述模式的模拟效果进了对比分析;最后分析了软黏土结构效应参数随(w-wP)的变化规律,通过线性回归得出了结构效应参数的经验关系式。研究结果表明提出的描述模式能较准确地描述一维条件下结构性软黏土的压缩变形的结构破坏特征。成果为建立结构性软黏土的本构模型提供了一定的理论基础,也为进一步研究结构性软黏土的变形特性提出了新的思路。

结构性软黏土的一维弹黏塑性模型

为了研究结构性软黏土一维压缩变形的时效特征和结构破坏特征的耦合效应,首先,基于Bjerrum的等时间线体系,提出等黏塑性应变率线概念,建立非结构性软黏土的新型一维弹黏塑性模型;然后,在大量试验结果的基础上,揭示了一维压缩过程中压缩指数随孔隙比的变化规律,并提出了土体结构渐进破坏的新型描述模式;仿照特征体积,定义了"本征体积"和"本征应变"的概念,得到了结构性软黏土的"本征压缩定律",并推导了结构性软黏土的蠕变方程,构建了结构性软黏土的一维弹黏塑性模型。最后,阐述了模型参数的确定方法,所有参数均可通过试验直接确定,并用本文模型对宁波天然软黏土的常规压缩试验和长期蠕变试验、Berthierville clay、Ariake clay的一维等应变率压缩试验进行模拟,验证了该模型的有效性。研究结果表明,该模型能很好地模拟结构性软黏土一维压缩变形的时间效应和结构破坏效应,为建立结构性软黏土三维时效本构模型奠定了基础。

表面源激发的瑞利波传播特性分析

自由状态下层状介质中平面瑞利波相速度与频率及层状介质特性参数有关,表面源激发的瑞利波以柱面波阵面传播,传播速度不仅与频率有关,而且还与传播距离有关,这样,自由状态下层状介质中平面瑞利波传播特性理论不能有效地用于激发瑞利波相速度分析。以薄层法得到的圆盘状表面垂直源激发瑞利波位移响应为基础,导出激发瑞利波相速度,比较激发模态与简正模态相速度差异,分析激发模态空间特性,揭示这种空间特性形成机制。结果表明:源对激发模态传播影响距离不超过一个波长,波场距源越近,激发模态竖直振动传播速度越低;在多模波场,激发模态间相长相干或相消相干导致表观相速度具有较明显的空间特性。该研究可为发展考虑瑞利波频率及空间特性反演数学模型及算法提供指导。

结构性软黏土时效特性的一维弹黏塑性模拟

为了研究土体结构破坏对软黏土一维变形的时效特性的影响,在Bjerrum的等时间线体系基础上,提出了等黏塑性应变率线等黏塑性应变率线概念,建立了非结构性软黏土的一维弹黏塑性模型;为了描述土体结构渐进破坏特征,定义了结构性参数——结构应变,在非结构性模型的基础上推导了结构性软黏土一维弹黏塑性模型;讨论了通过试验法直接确定模型参数的方法,并利用新建模型对温州天然软黏土的一维常规压缩试验、天然Ariake黏土的分级快速固结试验、结构性Berthierville黏土的一维等应变率压缩试验及长期蠕变试验进行模拟。模拟与试验结果的对比表明,该模型能较好地描述结构性软黏土一维压缩变形的时效特征。

浅部地下洞穴散射瑞利波对表观相速度影响

均匀半无限体中表面源激发的瑞利波能量在介质浅部占主导地位。当前行瑞利波遇浅部洞穴时,瑞利波在洞穴发生散射。以洞穴作参照位置,波场沿前行波方向可依次分为前方、上方、后方三个区域。前方远场散射波以反射瑞利波为主,传播特性与入射波相同;当洞穴几何参数满足一定条件,上方散射波可形成与兰姆波传播特性类似的导波;后方远场由透射瑞利波主导。受散射波影响,表面波场表观相速度出现扰动,不同位置扰动特征不同,若测线下方有浅部洞穴存在,由不同位置相速度扰动特征差异,可预测洞穴方位,由前方相速度特征扰动对应波长可预测洞穴埋深。

考虑循环围压与振动频率影响的饱和软黏土动力特性试验研究

利用GDS变围压动三轴试验系统对宁波重塑饱和软黏土进行了一系列变围压不排水循环加载试验,重点研究了循环轴向偏应力和循环围压耦合作用下饱和软黏土不排水动力特性,分析了循环围压、振动频率对轴向累积应变及孔压的影响。研究结果表明:不排水条件下,循环轴向偏应力和循环围压耦合作用对试样的累积塑性应变发展具有一定的限制作用,轴向累积应变随应力路径斜率η及振动频率f的增大而减小。不同应力路径斜率、振动频率影响下,应变率随加载时间的变化规律一致,应力路径斜率η对应变率-时间关系影响较为明显,随着应力路径斜率η的增大,应变率减小,而不同振动频率条件下的应变率-时间关系曲线几近重合。最大孔压随循环围压的增加而增大,而随振动频率的增加而减小。在上述试验结果基础上,建立了呈线性关系的应变率与加载时间关系表达式。

考虑小应变特性的软土盾构隧道地层变形分析

盾构隧道施工不可避免会造成地层扰动,危及周围建(构)筑物的安全,因而准确预测盾构隧道开挖引起的地层变形显得尤为关键。以FLAC3D中的小应变模型为出发点,借助三轴模拟试验验证了小应变塑性硬化模型(PH-SS模型)在考虑土体小应变特性方面的有效性和先进性;以上海某软土盾构隧道施工段为工程背景,分别利用莫尔–库仑模型(MC模型)和PH-SS模型研究盾构隧道施工引起的周围地层变形分布规律。研究结果表明:PH-SS模型不仅可以区分软土加载和卸载模量的差异性,而且可以较好地反映土体剪切模量随剪应变增大而衰减的特性,在表现软土行为时更为合理;当应力释放系数小于0.3时,预测地表沉降时考虑小应变特性与不考虑时的情况区别不大,但当应力释放系数大于0.3时,考虑土体小应变特性是十分必要的;应力释放系数越大,土体应力相关模量的力学响应越明显,地层变形越大;数值计算结果与实测数据进行对比表明,PH-SS模型计算得到的地表沉降更大,与实测数据更为贴近,也说明了PH-SS模型在预测盾构隧道地表变形规律的适宜性。

基于时间效应理论的软土深基坑变形分析

由于软土的蠕变特性,在基坑开挖过程中存在着时间效应。以宁波某基坑为工程背景,基于SSC模型并利用PLAXIS有限元软件对深基坑的开挖过程进行了数值模拟,分析了开挖工程中支护结构及基坑自身的变形特点。计算结果表明:基坑开挖时地连墙水平位移、地表沉降及支撑内力均随时间发展而增大,但相比之下,基坑隆起的流变效应不甚明显。其中不同工况对应地连墙水平位移最大值发生位置随开挖深度的增大而下降,而地表沉降最大值基本发生在距坑壁10 m位置,且地表沉降累计最大值与累积施工时间满足多项式函数关系;同时不同工况下地连墙弯矩、剪力随深度变化曲线趋势基本一致并呈"S"形。另外随着支撑结构的施加,地连墙水平位移和地表沉降的增加速率均受到一定限制,因此可通过及时施加支撑的方法抑制支护结构的变形及控制内力的急剧变化。上述结论可对宁波地区基坑开挖的施工提供理论指导,以保障施工过程的安全实施。

“探究温度对酶活性的影响”实验教学设计与实践

利用DNS法定量测量不同温度条件下淀粉酶催化淀粉产生的还原糖含量,用图示和文字解释温度对淀粉酶活性的影响,并建构温度对酶活性影响的生物学模型,将“探究温度对酶活性的影响”实验进行定量化设计,切实提升科学思维能力。

双向激振循环荷载和振动频率共同作用下饱和软黏土孔压试验研究

利用GDS变围压动三轴试验系统模拟真实交通荷载下轴向循环正应力与水平循环正应力的耦合作用,对宁波饱和重塑软黏土进行一系列变围压不排水循环加载试验,对循环轴向偏应力和循环围压耦合作用下饱和软黏土的孔压变化规律进行了研究,分析了循环应力比、循环围压及振动频率对孔压的影响。研究结果表明:变围压作用下,孔压随循环应力比、循环围压的增加而增大,随振动频率的增加而减小。不同应力路径斜率、振动频率影响下,孔压率随加载时间的变化规律一致,循环应力比CSR、应力路径斜率η对孔压率–时间关系影响明显,随着循环应力比CSR、应力路径斜率η的增大,孔压率也增大,而振动频率对孔压率–时间关系影响不显著。在上述试验结果基础上得知,估算交通荷载作用下产生的孔压,不能忽视循环围压及振动频率的影响。

规则层状弹性介质中基阶模态瑞利波频散曲线计算新方法

在层剪切波速随层深度递增的规则层状弹性介质中,基阶模态瑞利波在表面波场起主导作用,基阶模态频散曲线计算在表面波测试分析中非常重要。层状弹性介质中各阶模态瑞利波频散曲线计算常采用矩阵方法,由矩阵行列式根得到频散曲线,但行列式需用搜索方法求解。为了避免复杂计算,基于Aki和Richards给出的基阶模态频散曲线计算式,假设瑞利波相速度是层剪切波或瑞利波速与基阶瑞利波位移振型函数积分加权均方根。通过对规则层状介质中基阶瑞利波位移振型及土参数与第1层相同的均匀半无限体瑞利波位移振型比较,可知两者变化规律具有相关性,以层剪切波速度差异为参数对半无限体中瑞利波位移振型修正可估算分层介质中基阶瑞利波振型。分析结果表明,相较于矩阵方法,该方法算法简单,相较于半波法,精度较高。

浅部地下洞穴散射波对波场扰动分析

均匀介质体表面源激发的瑞利波能量在介质浅部占主导地位,当前行瑞利波遇体浅部洞穴时,质点位移形状及轨迹会发生改变,瑞利波在洞穴发生散射。散射波导致波场能量出现扰动,波场不同区域扰动特征不同。在洞穴前方,反射瑞利波与入射瑞利波相干,能量谱出现干涉条纹;在洞穴上方,透射波发生频散,相速度不同于瑞利波,在某些条件下,透射波传播特性类似于自由板中兰姆波,透射波在洞穴后边界面绕射会导致表面波场能量减小;在后方区域,受几何衰减影响,表面波场逐渐由透射瑞利波主导,其低频成份相对高频成份能量减少较多。本文基于散射波理论,分析洞穴埋深/波长比对波场扰动影响,由数值模拟计算验证理论分析,结果表明由测点距—波长域能量谱扰动对应的临界波长可预测洞穴埋深。

岩溶地区桥梁桩基施工中溶洞病害处理数值模拟

为研究溶洞对桩基安全性的影响,以武汉市雄楚大街桩基施工项目为工程背景,采用有限元软件ANSYS进行数值模拟,分别分析溶洞被贯穿、桩底被包含、桩与溶洞隔离等3种不同病害下,桩基的变形与受力情况。通过对填充溶洞前后桩基的变形进行对比,得出溶洞处理效果。结果表明:溶洞在桩底时的影响最大,施工中应着重加强对溶洞的检测和填充;对于溶洞被桩体贯穿的情况,当溶洞直径达到极限值5m时,需对其进行处理。

城市高架桥异形宽幅钢箱梁顶推施工仿真分析

以某异形宽幅高架桥为例,利用大型有限元软件Midas/Civil进行钢箱梁顶推施工仿真分析。通过分析变截面钢箱梁在顶推施工过程中的受力性能、临时墩支座反力、扭转变形和关键位置应力等,以此研究整个钢箱梁顶推施工研究。分析结果表明:顶推过程中,支座最大反力和钢箱梁最大应力均出现在悬臂最大状态,异形宽幅钢箱梁在自重荷载下,会出现扭转的现象,同一截面的主要控制点位移值相差较大。

层状半无限体浅部洞穴对表面响应谱扰动

层状半无限体中瑞利波具有频散特性,不同频率成分瑞利波具有不同可激性。当层状介质下覆半无限体出现充气洞穴时,入射瑞利波遇洞穴发生散射。以层特性参数及厚度与洞穴上方层状介质相同的层状板研究板波传播特性,分析埋深(板厚)/波长比值对板波与入射瑞利波传播特性差异影响。由频率-相速度域洞穴上方数值模拟响应谱得到绕射波频散,与层状板中波频散曲线比较,分析主导绕射波。结果表明:主导绕射波传播特性类似于基阶板波,当入射瑞利波波长大于埋深,洞穴绕射波相速度低于瑞利波速,随着波长减小,逐渐趋于瑞利波速。与基阶瑞利波位移结构相比,绕射波位移随深度变化平缓,变化与分层结构及频率有关。绕射波位移结构导致表面振动能量减弱,不同频率成分,能量减弱程度不同。这种现象是洞穴对表面响应谱扰动主要特征,由偏移距-频率域表面响应谱扰动特征可以预测洞穴在传播方向位置。