基于移动单元法的高速铁路轨道不平顺特性研究

轨道不平顺不仅是引起列车和轨道振动的主要激扰,也是影响列车安全平稳运行的重要因素。为分析中国高速铁路轨道不平顺谱的特性及其对列车运行的影响,采用移动单元法建立考虑离散支撑的无砟轨道-车辆耦合模型,将逆傅里叶变换得到的中国轨道不平顺谱时域样本作为轮轨激励输入,通过编程数值计算分别研究列车速度、不平顺幅值和波长对轨道-列车系统动力响应的影响。研究表明:基于移动单元法建立的无砟轨道-车辆耦合模型的计算结果与有限元模拟结果吻合良好,移动单元模型准确可靠;轨道高低不平顺的幅值和波长特性均对系统的竖向动力响应有着显著影响,随着幅值增大和较短波长成分增加,轨道位移和轮轨接触力明显增大,其中2 m左右的不平顺波会对轮轨动力特性产生显著影响;此外,较高的车速会加剧系统的竖向动力响应。

混凝土剪力墙无支撑置换加固受力分析及施工优化设计

混凝土无支撑置换加固法因其具有诸多优点,常用于混凝土强度过低的项目。但无支撑置换加固技术设计难度大,施工过程中安全风险较高,而规范对于无支撑置换加固方案还未形成统一的设计理论和施工技术总结。根据某高层混凝土剪力墙无支撑分段置换工程及监测数据,深入揭示了混凝土置换加固过程中置换剪力墙、与置换剪力墙相连的梁板等结构的受力变化规律。监测数据表明,墙段拆除施工会使得梁板应变增长,但增长值有限,而由于墙段浇筑时间的差异,使得先后加固的墙段出现明显的应力滞后现象,应力滞后可能导致结构的安全性降低,因此为了使得无支撑置换加固法具有更好的适用性,基于ABAQUS有限元分析软件,采用生死单元、等效升温法以及添加场变量的方法实现剪力墙施工模拟,通过施工模拟对不同轴压比下的置换方案进行优化设计,最后给出了具有一般性的建议施工方案。

考虑非线性剪切效应的钢筋混凝土柱模型化方法及应用

采用纤维模型梁柱单元和与之串联的零长度单元,模拟柱的弯曲机制和剪切机制。利用OpenSees提供的Limit State Material和Shear Limit Curve材料模型,定义钢筋混凝土柱的非线性剪切效应及其与弯曲效应的耦合。通过与不同学者的试验结果比较,验证了该方法的可靠性。最后,对笔者完成的原位推覆试验的一榀平面框架进行了Pushover分析。结果表明,考虑非线性剪切效应的模型化方法能较好地模拟钢筋混凝土柱抗剪承载力和刚度的退化现象,传统的纤维模型梁柱单元难以反映配箍不足的钢筋混凝土柱的弯剪破坏机制。该方法可用于存在抗剪能力缺陷的框架结构的非线性分析。

基于精细有限元分析的既有RC框架结构破坏机理

在三层既有框架结构现场推覆试验的基础上,建立该试验框架的精细化有限元模型。通过动力特性分析及Pushover分析,讨论试验框架的动力特性、荷载-位移曲线、钢筋应力及混凝土损伤分布,得到结构破坏过程中底层框架柱的剪力需求,并与各主要国家规范的抗剪承载力计算结果进行比较。研究结果表明:精细化模型能较好地模拟剪切破坏发生前试验框架的荷载-位移曲线,反映试验框架由于底层柱端配箍不足而导致的弯-剪破坏;各规范公式计算的抗剪承载力存在一定的离散性。

混凝土损伤塑性模型应用研究

通过对一钢筋混凝土简支梁的有限元分析,探讨了损伤塑性模型在混凝土非线性分析中的应用方法、技巧及应注意的问题,并采用参数分析,研究了混凝土膨胀角、受拉硬化、受拉损伤变量等参数对计算结果的影响,为进一步将该模型应用于钢筋混凝土结构精细非线性有限元分析提供了参考。

基于ABAQUS隐式分析的梁单元材料模型开发应用

为将ABAQUS梁单元用于钢筋混凝土构件的模拟,根据已有研究,分别定义钢筋、混凝土的本构模型;按照程序提供的UMAT接口格式,采用FORTRAN语言编制纤维模型梁单元的钢筋、混凝土材料用户子程序。讨论ABAQUS中钢筋混凝土梁单元有限元模型的建模方法。通过与拟静力试验及足尺振动台试验结果比较,验证程序及建模方法的可靠性。研究结果表明:所编制的材料子程序能较好地反映任意反复荷载下钢筋混凝土柱的强度及刚度退化现象,广泛适用于复杂结构中弯曲破坏为特征的普通及高强混凝土梁、柱等构件的精细化模拟。

既有钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震评估

鉴于既有钢筋混凝土框架结构抗震性能评估中配箍不足的柱模型化方法的不足,基于集中塑性铰模型,建立了柱开裂、屈服、极限承载力直至失效的全过程能力曲线,并通过SAP2000用户自定义铰属性予以实现。经与已有试验对比,验证了该方法的可行性。最后,对一栋配箍不足的RC框架结构进行了Pushover分析。研究表明,采用程序默认弯曲铰将高估结构的承载能力及延性;默认弯曲铰和剪切铰又过低估计了结构的抗震能力,造成对结构破坏模式的误判。本文自定义铰模型可经济有效地指导既有钢筋混凝土框架结构的抗震加固。

现役结构抗震评估地震作用确定方法

目的研究现役结构基于性能的抗震评估时,地震作用水平的确定问题.方法以基于性能的抗震设计为出发点,采用Poisson模型,按照等超越概率原则确定后续服役期内中小震、中震、大震的重现期.结果提出了现役结构三水准抗震评估设防标准.借鉴地震危险性分析的最新成果,给出了烈度、地震影响系数、地震地面加速度的换算关系.通过调整设计基准期,将等超越概率原则推广到考虑不同结构重要性的现役结构抗震评估设防.结论为进一步实现现役结构基于性能的抗震评估及加固提供依据.

高阻尼隔震支座复合橡胶材料制备及性能研究

基于丁腈橡胶(NBR)与溴化丁基橡胶(BIIR)两种基体橡胶共混,制备了可用于建筑高阻尼隔震支座的NBR/BIIR复合橡胶材料。采用流变仪、万能试验机及动态机械分析仪等测试手段分析了橡胶材料的硫化特性、力学性能及阻尼性能。结果表明:采用低硫高促硫化体系的复合橡胶材料具有较好的硫化平坦性。由于热力学不相容性和两相硫化速度的差异,导致两相的交联密度不同及界面结合力弱,降低了复合材料的力学性能。随着BIIR含量的增加,tanδ-T曲线出现两个峰值且分别向更低温和更高温方向外延,大大扩宽了复合材料的有效温域,当共混物NBR/BIIR的比例为30/70时,有效温域达85.60℃。采用热空气老化实验方法进一步研究表明,复合材料力学性能和阻尼性能下降不明显,具有良好的抗老化稳定性。所制备的复合材料具有良好的综合力学性能,研究结果可为制备建筑高阻尼隔震支座复合橡胶材料提供参考。

磁流变弹性体及其隔震(振)应用研究进展

为促进磁流变弹性体及其隔震(振)技术的发展,系统总结了磁流变弹性体在土木工程领域的研究、应用现状和存在的问题。综述了磁流变弹性体的材料组成、制备方法、本构模型,对比了材料、制备方法对磁流变弹性体磁致力学性能的影响;总结了磁流变弹性体隔震(振)支座研究开发方面的最新成果,比较了几类磁流变弹性体智能隔震(振)支座和不同控制算法下隔震(振)支座的减震效果。结果表明:天然橡胶基磁流变弹性体更能适应高承载力、大变形的要求,但还需提高磁致效应;预结构化结合3D打印技术可制备各向异性和特殊结构的磁流变弹性体材料;磁流变弹性体隔震(振)支座能够明显降低结构的地震响应,优于传统隔震(振)支座的减震效果。

剪力墙结构置换加固应力重分布

为深入揭示无支撑置换混凝土加固过程中剪力墙的受力变化规律,对某剪力墙住宅结构无支撑置换加固施工进行全过程监测。基于ABAQUS有限元分析软件,采用生死单元、等效升温以及添加场变量的方法实现剪力墙施工全过程模拟。结合施工监测数据及有限元模拟结果分析了置换剪力墙及与置换剪力墙相连的梁、楼板受力变化过程;最后给出了考虑应力重分布后,无支撑分段置换墙体正截面受压承载力计算方法。结果表明:有限元模拟方法能有效模拟混凝土无支撑置换加固施工过程;由于剪力墙分段拆除和置换,墙体出现了应力重分布现象,且应力重分布程度与墙体分段施工顺序有关;应力重分布会引起墙体洞口处出现应力集中,但应力集中对加固效果的影响较小,同时还会影响与置换剪力墙相邻的连梁、楼板结构的受力,导致该处应力增加;建议对剪力墙结构进行无支撑置换加固时,有必要通过分段优化设计和受压承载力复核控制应力重分布的影响。

高层混凝土剪力墙置换加固与施工监测

置换混凝土加固是处理混凝土强度偏低或有严重缺陷的有效方法之一。针对某高层住宅高位楼层局部剪力墙混凝土强度不满足设计强度的问题,采用微膨胀水泥基灌浆料进行分段置换。设计了详细的分段置换方案;采用PKPM软件分析墙体拆除过程中承载力、变形发展情况;在此基础上,制定必要的支撑方案;采用裂缝监测、位移监测、应变监测手段对施工过程进行控制,确保施工过程安全。施工完成后对各类监测手段所测数据以及超声波检测结果进行分析可知,该置换方案满足设计要求,并达到预期加固效果,说明混凝土置换加固法适用于高层建筑的加固改造工程,同时采用施工监测的手段以保证置换施工的工程质量是十分必要的。

配置斜向钢筋的高强混凝土扁柱抗震性能研究

为研究高层建筑转换梁节点上扁柱的抗震性能,进行了3个1∶4缩尺模型的低周反复加载试验,对其破坏形态、滞回曲线、极限承载力及延性进行了分析。在试验基础上,利用ABAQUS软件对试件进行了有限元分析;详细讨论了有限元模型的建立、模型材料参数的定义以及斜向钢筋的影响。结果表明:轴压的增大提高了试件的极限承载力,同时也减小了构件的延性;构件荷载-位移滞回曲线饱满,具有较好的耗能能力;在相关参数合理设置的前提下,ABAQUS混凝土损伤塑性模型可用于钢筋混凝土构件的滞回分析;斜向钢筋增加了试件的极限承载力,但位移延性没有明显变化。

钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构动力弹塑性分析

利用集中塑性铰有限元模型,对钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构进行了动力弹塑性计算,分析了结构的破坏模式,依据基于结构内容物的抗震性能指标,评价了该结构的抗震性能。研究表明:结构破坏集中在柱根,内柱首先出现塑性铰,结构进入塑性后,角柱的塑性发展程度最深;内柱与角柱为结构薄弱环节;钢桁架屈服杆件主要分布在悬挑端和柱头区;7度设防时,结构满足基于内容物抗震设防的基本目标,且在达到基本目标时承受的地震作用加速度峰值约为340 gal。

钢筋混凝土管柱-钢桁架混合结构抗震性能

以某钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构为背景,采用集中塑性铰有限元模型,对该结构进行动力弹塑性计算,分析了该结构的破坏机理.基于结构内容物的抗震设防指标,评价了结构的抗震性能水准,研究了钢筋混凝土管柱纵筋配筋率和壁径比对混合结构抗震性能的影响.研究表明,在7度罕遇地震作用下,该结构满足基于内容物的抗震设防基本要求;结构破坏集中在柱根,为单道防线的柱铰破坏模式;角柱与内柱为结构薄弱环节;钢桁架屈服杆件主要分布在悬挑端及与柱头连接的区域;建议该结构的柱纵筋最小配筋率不小于0.5%,柱壁径比不小于0.100.

既有钢筋混凝土框架抗剪能力分析

为研究既有结构地震损伤直至破坏的特点,选取1栋20世纪80年代初建造的钢筋混凝土框架结构的一榀单跨平面框架进行Pushover分析。基于OpenSees分析平台,得出结构破坏过程中塑性铰截面处的剪力需求,并与现行规范中的截面抗剪能力进行比较。研究结果表明:结构在出现塑性铰的过程中,将出现脆性剪切破坏;结构的破坏机理是底层柱发生弯曲-剪切破坏。建议对既有建筑结构进行抗震评估时,必须考虑梁、柱剪切破坏模式。该方法可用于结构抗剪能力及延性的初步评估。

土木工程专业硕士研究生论文写作探讨

为了有针对性地提高土木工程专业硕士研究生的论文写作能力,文章首先对论文选题和论文结构进行了介绍,然后对论文写作具体要求进行了分析,最后从论文选题和提高论文写作水平两个方面提出了论文写作建议。

既有结构的动力有限元建模方法研究

针对存在性能退化的既有结构,提出了同时考虑单元刚度变化和单元材料阻尼比变化的损伤建模方式。以三层钢筋混凝土框架结构为例,进行有限元建模分析。计算不同构件发生破坏时该结构的基频变化率。计算结果表明:各构件的损伤对结构的影响是不同的;同时考虑构件刚度和构件阻尼比变化能够更真实的反应既有结构的动力特性。提出的同时考虑刚度和阻尼变化的建模方法可为进行既有结构的计算机仿真分析及研究既有结构的抗震性能提供依据。

钢框架结构地震倒塌分析与抗倒塌措施研究

为研究钢框架结构在地震作用下的抗倒塌性能,采用显式动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,以某按照我国现行相关规范设计的已建工程为背景,建立了一榀平面钢框架结构精细化有限元模型。对其在超过设防烈度的强震作用下的倒塌行为进行了模拟分析,研究钢框架倒塌模式与机理。基于该钢框架结构强震作用下的倒塌分析结果,参照工程中常用的设计思想,进一步研究了通过提高钢材延性、加强节点(设置加劲肋)以及狗骨式刚性连接三种措施后,钢框架结构在地震作用下的抗倒塌性能,对比分析其对抗倒塌性能的贡献。

钢-混凝土组合屋盖坍塌事故调查与分析

针对某6层钢筋混凝土框架结构顶部宴会厅钢-混凝土组合屋盖坍塌事故,结合现场调查与检测鉴定结果,从计算模型、主钢梁拼接节点、主钢梁布置及滑动支座设计施工等方面剖析了事故原因,并提出设计优化建议。研究结果表明,设计屋盖做法超载是诱发坍塌事故的原因之一;原设计将混凝土柱-实腹钢梁结构体系按门式刚架设计,导致主钢梁拼接节点设计存在问题,是导致本次坍塌事故的直接原因;滑动支座设计与施工存在问题,也是诱发坍塌事故的原因之一。