考虑冲刷和材料劣化耦合作用的钢筋混凝土桥梁桩基承载性能研究

桥梁桩基是桥梁承担荷载的重要组成部分,【目的】为研究钢筋混凝土桥梁在劣化和冲刷共同作用下的力学性能变化,【方法】结合工程实例,建立桥梁桩基模型。运用有限元软件模拟钢筋锈蚀,用Mander模型实现混凝土损伤本构模型随服役时间的变化情况,通过桩周土体钝化实现水流的冲刷作用。根据桥梁服役时间、钢筋混凝土劣化程度和冲刷深度的不同,分别模拟桥梁桩基在此基础上的承载性能变化。【结果】结果显示:桩基在竖向荷载作用下的位移随冲刷深度以及劣化程度的增大而增大;未考虑钢筋混凝土劣化时,极限承载力随着冲刷深度的增大呈减小的趋势,在服役初期,承载力受冲刷影响较大,下降的速度较快,到服役后期,冲刷深度逐渐稳定,承载力受冲刷影响逐渐变小,下降速度趋于平缓;考虑钢筋混凝土劣化时,钢筋锈蚀对冲刷后桩基承载力的影响不大,但核心混凝土劣化对桩基极限承载力有较大的影响。【结论】结果表明:钢筋混凝土桥梁在水流冲刷和材料劣化的共同作用下,桩基承载力较服役前下降较多,影响桥梁正常使用,甚至引发安全事故,因此对于冲刷劣化后桩基的加固工作应引起足够的重视。

冲刷条件下桩基础水平承载特性非线性分析

水域环境中的桩基础面临水流冲刷的威胁,水流冲刷将会引起基桩周围土体的流失,【目的】为研究冲刷对桩基础水平承载特性的影响,建立冲刷条件下桩基础水平承载特性简化分析方法。【方法】首先构建了桩周土体整体冲刷条件下的p-y曲线模型;然后基于p-y曲线法,采用有限差分法建立了冲刷条件下水平受荷桩非线性简化分析方法,对不同桩径、不同冲刷深度条件下桩基础水平承载特性进行计算分析,并与有限元结果对比验证了简化方法的正确性。【结果】结果显示:随着冲刷深度的增大,水平受荷桩的侧向刚度和水平承载力逐渐降低;相同水平荷载下随着冲刷深度的增加,桩顶水平位移和桩身最大弯矩逐渐增大,并且桩身最大弯矩所处位置逐渐向下移动。【结论】结果表明:水流冲刷引起基桩周围土体的流失将会对基桩水平承载特性产生显著影响,上述简化方法可为冲刷条件下水平受荷桩基的设计提供理论分析工具。

基于Choquet模糊积分的钻孔灌注桩施工风险评价

针对多指标且指标间具有模糊性的钻孔灌注桩施工安全风险评价问题,基于Choquet模糊积分,利用层次分析法确定各层和各指标的权重并计算出模糊测度。利用Choquet模糊积分算子对指标的评价值进行聚合,建立了桥梁工程钻孔灌注桩的施工风险评价模型。应用该模型对广西荔浦市东环大桥工程钻孔灌注桩的部分施工的安全风险进行了评价,结果可为桩基施工工作的决策及实践提供参考。

预应力混凝土连续梁桥结构动力特性分析

为研究车辆荷载对预应力混凝土连续梁桥桥梁动力特性的影响,利用有限元软件建立车桥耦合模型,分析车辆速度、车辆载重对预应力混凝土连续梁桥跨中截面位移和动力冲击系数的影响。研究结果表明:车辆速度和车辆载重均会对桥梁动力特性产生影响,车辆速度与桥梁动力特性间没有明显线性关系,车辆速度增大,跨中截面位移先减小后增大,桥梁冲击系数则先增大后减小;车辆载重增大,跨中截面位移和桥梁冲击系数则线性减小。研究成果可为多工况车辆荷载作用下桥梁动力特性研究提供一定参考。

地震动下考虑各向异性土体-盾构隧道数值模拟

针对层状土体-盾构隧道地震反应分析,引入了横观各向同性弹塑性模型,建立了横观各向同性介质的双渐近-多向透射边界条件。针对盾构隧道抗震设计的特点,基于横观各向同性弹塑性模型,研制了考虑层状土体各向异性和施工开挖效应,适合于地下结构动力计算的弹塑性动力有限元程序。在程序中对不同的材料采用了不同的本构关系和单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可同时进行横观各向同性土体与地下结构的平面应力、平面应变和轴对称问题的静动力有限元分析。最后,利用所研制的程序对上海地铁二号线石门一路站附近区间隧道在不同超越概率地震波输入下的地震反应进行了计算。结果表明,在层状土体-地铁盾构隧道的抗震分析中考虑土体各向异性的影响是必要的,所提出的计算模型是合理易行的。

土木工程课程设计与毕业设计模式探索

课程设计与毕业设计是土木工程专业非常主要的实践教学环节,研究结合学校现有教学资源与人才培养目标的特色要求,就其课程与毕业设计选题、内容、指导教师遴选、过程控制、考核与保证质量措施等方面进行了改革与实践。

粘弹性地基上粘弹性地基板的自由振动解析

推出了Winker粘弹性地基上Maxwell,Kelvin和三元件3种粘弹性薄板在时间域上的动力学方程,给出了Kelvin粘弹性地基上Maxwell模型和三元件模型矩形薄板的固有频率的解析解,并对振动特性进行了分析和比较,最后给出了算例和结果分析。

横观各向同性饱和土体三维粘弹性动力分析

采用针对横观各向同性饱和土体u-w形式三维粘弹性动力方程,考虑土骨架的粘弹性性质且基于粘弹性理论,通过运用Fourier展开、Laplace和Hankel积分变换方法和引入中间变量,将含有粘弹性参数的六元二阶偏微分运动控制方程组,化为2组各含4个未知变量的常微分方程组,从而给出了柱坐标系下粘弹性横观各向同性饱和土体在非轴对称动力荷载作用下的瞬态反应的土骨架位移分量、孔隙流体相对于土骨架的位移分量瞬态反应一般解。在此基础上,引入初始条件和边界条件,对垂直向和水平向动力荷载作用下半空间边值问题进行了求解。根据动力时域解答的一般解,利用Laplace和Hankel数值逆变换技术,编制了相应的数值计算程序。并进行了实例验证和弹性、粘弹性解的对比分析。结果表明,在进行横观各向同性饱和土体动力分析时,考虑土骨架的粘弹性是必要的。

基于灰色马尔可夫模型的区域地下水位动态预报

区域地下水位的变化受多种因素的影响,并且呈现高度的非线性特点。针对区域地下水位变化的随机波动性、高度非线性特征,把区域地下水位的变化变化过程视为随机变化过程,将灰色系统理论与离散状态的马尔可夫链相结合,并在状态划分过程中,采用均值–标准差分级法进行指标分级与状态划分,提出了区域地下水位变化过程预报的灰色马尔可夫动态预报模型。在实例分析中,把某灌区14 a的地下水位的变化资料划分成5种状态。预测分析结果表明,利用灰色马尔可夫动态预报模型进行区域地下水位的变化动态预报是可行的。

在役钢筋混凝土渡槽时变模糊可靠度分析

为了更合理地评价渡槽结构在使用过程中安全性能随时间变化的情况,基于在役钢筋混凝土渡槽结构,考虑时间因素,并考虑混凝土碳化引起结构耐久性下降因素的随机性与模糊性,以渡槽结构混凝土碳化深度为基本控制参数,利用一次二阶矩法,建立了混凝土碳化深度随时间变化的时变模糊可靠度模型,运用MATLAB编制相应的程序,针对工程实例进行计算分析。计算结果表明:考虑时间因素,可以较好地反映渡槽结构随时间变化的动态可靠性指标,便于更加准确地掌握渡槽的检修时间;在以时间为因素的基础上,考虑变量的随机性与模糊性所得到的解比经典可靠度解偏小,这与实际工程相符,更加接近于工程真实情况,可为工程设计和后期维修提供更多的参考信息。

深基坑工程设计施工中的现状问题与对策

综述了国内基坑工程设计、施工方面的现状,以及基坑工程支护结构计算方法、破坏模式和变形控制设计原理,总结了易于引发基坑工程事故的各种原因,指出了应在深基坑工程设计、施工中采取的防范措施,并探讨了今后深基坑工程发展中应重点研究和解决的一些问题。

复合地基各向异性地震反应的数值模拟

通过将工程上常用的柔性桩复合地基加固区和非加固区土体模拟成各向异性体,在复合地基地震反应分析中,引入了横观各向同性弹塑性模型,建立了针对横观各向同性介质的双渐近多向透射边界条件。并针对柔性桩复合地基地震反应分析的特点,编制了考虑各向异性的柔性桩复合地基地震反应分析有限元计算程序。在程序中针对不同的材料采用不同的本构关系和不同的单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可以同时进行复合地基的二维平面应力、平面应变和轴对称问题的静动力数值模拟。程序验证和实例计算分析表明,在柔性桩复合地基地震反应分析中考虑各向异性是必要的。

竖向力作用在粘弹性土体内部时的解答与应用

选择三参量固体模型描述土体的粘弹性本构关系,利用半空间体内部受竖向集中力的Mindlin弹性解,根据粘弹性理论中的准静态弹性-弹粘性对应原理,推导了竖向力作用在粘弹性半无限土体内部的理论解。通过对应力和位移解答进行Laplace逆变换,给出了应力与位移的时域解。作为解答的应用,建立了粘弹性半无限体内部矩形面积上作用有三角形分布、均匀分布荷载时的粘弹性沉降计算公式。为了便于计算与工程应用,根据粘弹性理论解编制了计算程序。结果验证和实例分析表明,文中理论解是正确的,并为工程实际应用提供了理论依据。

考虑各向异性的层土-盾构隧道地震反应数值模拟

在层状各向异性土体-盾构隧道地震反应分析中,引入了横观各向同性弹塑性模型理论,建立了适合于横观各向同性介质的双渐近-多向透射边界条件。针对地铁区间盾构隧道抗震设计的特点,基于横观各向同性弹塑性模型,研制了考虑层状土体各向异性和施工开挖效应,适合于盾构隧道动力计算的各向异性弹塑性动力有限元程序。在程序中对于不同的材料采用了不同的本构关系和不同的单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可同时进行各向异性土体与地下结构的二维平面应力、平面应变和轴对称问题的静力和动力数值分析。最后利用所研制的程序进行了上海地铁二号线石门一路站附近区间隧道在不同超越概率地震动输入下的隧道反应计算。结果表明,在层状土体-地铁区间隧道的抗震分析中考虑土体各向异性的影响是必要的,所提出的计算模型是可行的。

基于模糊积分多元决策模型的桩基础选型优化

在分析影响桩基础选型的各种因素的基础上,根据模糊积分的有关理论,对基于模糊测度的模糊积分加以改进,给出了基于多层模糊积分多元决策的桩基础选型优化模型,应用该模型进行了某工程桩基础的选型优化分析。分析结果表明,在充分考虑影响桩基础选型的各种因素的基础上,基于模糊积分多元决策模型的桩基础选型优化,可以全面合理地刻画影响桩基础选型的各种定性与定量指标,按影响桩基础选型的整体指标优劣进行取舍是合理的。

黏弹性半空间体内部作用水平力时的理论分析

研究假定半无限体为线性黏弹性介质,土体在内部水平集中力作用下的应力球张量和应变球张量之间符合弹性关系,而应力偏张量和应变偏张量之间符合三参数固体黏弹性应力应变关系。利用半空间体内部受水平向集中力的Mindlin弹性理论解,根据弹性-弹黏性相应原理,系统推导了水平集中力作用在半无限体内部时的应力与位移分量的黏弹性解。通过对应力与位移分量在拉氏域内的解答进行Laplace逆变换,给出了应力与位移分量的时域解。作为黏弹性解答的应用,基于上述解答给出了水平向均布荷载下作用在半空间体内部时的黏弹性位移计算公式,并编制了便于工程应用的计算程序。结果验证与深埋锚板的算例分析表明,本文的理论解答对实际工程具有一定的理论及应用价值。

基于一次二阶矩法渡槽系统模糊可靠度分析

为了更合理地评价钢筋混凝土渡槽结构在正常使用极限状态下的安全可靠性,针对在役钢筋混凝土渡槽结构,考虑影响其结构稳定性因素的随机性及模糊性,基于一次二阶矩法建立了渡槽结构底板与侧墙抗裂随机模糊可靠度模型,编制了相应的程序,并利用PNET法针对某工程实例进行了系统模糊可靠度分析。结果表明:在相同条件下,中心点法和验算点法可靠性指标计算结果与建立的模糊可靠度方法基本一致,验证了模糊可靠度方法的正确性;在不同条件下,渡槽系统可靠性指标随着考虑相关变量因素的增多而减小,这与实际情况相符,即考虑变量的随机性与模糊性更接近于结构真实情况,所得解更为合理;传统可靠度计算方法所得抗裂能力可靠性指标结果偏大,高估了渡槽结构整体的可靠性,采用传统方法得到的极限状态设计值偏于不安全,实际工程中应考虑影响因素的随机模糊性。

四种粘弹性地基上弹性地基板的自由振动解

本文首先推出了四种粘弹性地基上弹性薄板在时间域上的动力学方程 ,并给出了三元件和 Kelvin粘弹性地基上矩形薄板的固有频率的解析解 ,然后对振动特性进行了分析和比较 。

在役钢筋混凝土渡槽非概率时变可靠度分析

针对渡槽碳化概率可靠度分析需要大尺度的样本空间及统计变量特征难以获取等问题,基于区间模型非概率可靠度理论与混凝土碳化理论,提出了在役钢筋混凝土渡槽碳化的非概率时变可靠度计算方法,通过实例分析并与规范做比较,验证了计算模型的正确性。分别采用所提计算方法和Monte-Carlo概率可靠度法对既有渡槽结构进行可靠度计算。结果表明,非概率可靠度指标计算值较概率可靠度指标计算值小,该方法会使渡槽结构留有一定的冗余度;所提计算模型能简便有效地对渡槽结构做出碳化耐久性分析,弥补了概率可靠度分析的不足,研究结果对工程实践具有一定的指导意义。

Kelvin半无限体内部受集中力作用时的粘弹性解

假定半无限体为线性粘弹性介质,其在内部集中力作用下的应力为三维复杂力状态,应力球张量和应变球张量之间符合弹性关系,而应力偏张量和应变偏张量之间为Kelvin粘弹性应力应变关系。利用半空间体内部受竖向和水平向集中力的Mindlin弹性理论解,根据准静态粘弹性-弹性对应原理,在相同荷载条件下,首先对弹性解进行Laplace变换,然后将弹性解中的物理参数用线性粘弹性理论中经过Laplace变换的物理参数来替代,最后再进行Laplace逆变换,从而求得半无限体的位移、应力粘弹性解。结果验证表明,理论结果是正确的,并为实际工程的粘弹性沉降提供了理论依据。