基于框架填充墙出平面稳定设计计算

对现行国家标准中框架填充墙的构造规定进行了计算分析,结果表明其构造规定存在缺陷,即在强地震作用下,墙体出平面稳定性差,易破损及倒塌。针对上述问题,提出了框架填充墙出平面稳定设计的墙体分割法。该方法将较长的填充墙沿竖向分割成长度不超过3 m的小墙体,并设置钢筋混凝土边柱和内柱,以保证小墙体在地震作用下的出平面稳定性;填充墙与框架柱、框架梁脱开并柔性连接,在边柱和内柱顶端设置出平面限位装置;在沿墙高方向间隔500 mm的水平灰缝内以及墙顶部水平灰缝内配置2φ6通长钢筋。结果表明,在抗震设防烈度不超过9度时,墙体不会发生出平面的弯曲破坏。

圆弧状沉积盆地与软土单覆盖层出平面地表运动对比

采用解析方法 ,通过圆弧状沉积盆地与同样参数的软土均匀单覆盖层的对比 ,研究沉积盆地对平面SH波二维散射效应和其出平面地表运动。数值对比结果表明 :(1)波垂直入射时盆地中央地表位移幅值反应 ,其随频率变化形式与软土单覆盖层的地表运动有较强的对应性 ,且此时单覆盖层地表位移幅值为其下限 ;(2 )盆地的二维散射效应特点显著波的汇聚作用使盆地中的地表运动显著放大 ,总体上较软土单覆盖层的地表位移幅值要大 ,其频域内的最大反应则明显大于单覆盖层情况 ,但最大反应在盆地表面出现的位置依赖于入射波角度、盆地深宽比和盆地的软硬程度 ;(3)沉积盆地中地表位移运动有强烈扭转效应 。

焊接钢桥腹板出平面变形疲劳问题的有限元分析

焊接钢桥的腹板在交通荷载作用下产生的出平面变形可以导致腹板空隙处的疲劳开裂,为了分析导致腹板空隙处疲劳开裂的位置、形式以及原因,对一座钢桥的一跨建立了三维有限元模型,并采用了子模型方法对腹板空隙处进行了细致的分析,得到腹板空隙处的应力水平和分布规律。通过分析得到焊接钢桥腹板出平面变形导致腹板空隙处的应力十分复杂,造成多个区域的应力集中。在AASHTO疲劳车的作用下,腹板空隙处的最大应力可以达到200 MPa,这样就导致在交通荷载的反复作用下疲劳裂纹的产生,同时对相应的维修加固策略进行了探讨。研究也显示出了有限元方法分析复杂区域的优越性。

有限元离散模型中的出平面波动

采用分离变量技术,将二维出平面(Anti-Plane)波动问题的有限元运动方程化为两个联立的一维方程,获得了这一离散模型中波动的解析解,由此对有限元离散模型中出平面波动问题进行了深入的研究。分析了出平面弹性波的频散、截止频率、寄生振荡和有限元离散化引起的波传播的附加的各向异性性质等,同时讨论了时域离散化对出平面波动规律的影响。

脱胶圆衬砌及其边缘直裂纹对出平面波的散射

通过数学物理方法中的Green函数法研究了界面上含有上半圆形脱胶圆形衬砌及其边缘界面直线型裂纹的均匀双相介质全空间对出平面动力的响应。首先,给出了在含有半圆形凸起的圆形衬砌的下半空间和含半圆形凹陷的上半空间在水平分界面上任意一点加载出平面线源波动时在各自区域产生的位移场;再者,给出出平面波任意角度入射时的入射波、反射波、折射波和散射波函数;其次,采用裂纹"切割"方法构造直线型裂纹,并应用边界条件对上下半空间在界面处实施"契合",建立起问题的定解方程组;最后做为算例讨论分析了裂纹尖端动应力强度因子的数值结果。

地铁列车出、进站加、减速的轴向激励引起出平面振动

地铁列车出、进站时引起的地层波动较为复杂而丰富,主要由于列车加、减速引起的振动特性非常特殊,尤其是地铁列车轴向激励作用下的出平面波源特性。按照波函数展开法和镜像原理,建立隧道壁上的柱面波表达式,再利用Graf加法公式和贝塞尔函数公式,推导轴向激励作用下的出平面波的振动响应解析解。将轴向激励看作是沿列车行驶方向变化的情况,假定出、进站下不同的激励模式,基于上述理论和假设,重点研究出、进站两种情况的波动差异,分别分析了地铁列车运行加速度和速度、土层模量、隧道尺寸和埋深等因素对振动反应的影响,计算发现出站过程振动更大,列车越靠近停车站,轴向振动越大,且受到参数变化的影响也越明显。

出平面线源荷载作用下半空间内浅埋圆孔对半圆形凸起的圆柱形弹性夹杂的动力影响

采用复变函数和多极坐标方法研究了在水平界面承受出平面线源荷载时弹性半空间内浅埋圆孔对半圆形凸起的圆柱形弹性夹杂的动力作用。该问题采用先"分区"再"契合"的思想求解,首先,将整个求解区域分割成两部分,其一为含半圆形凹陷和圆孔的弹性半空间,其二为圆柱形弹性夹杂;其次,构造满足含半圆形凹陷半空间水平界面应力自由和圆孔边界应力自由的散射波,构造满足圆形夹杂上半表面应力自由下半表面应力连续条件的驻波和散射波;最后,在两个区域的"公共边界"上实施"契合",满足公共边界处位移和应力的连续性条件,同时满足圆孔边界应力自由的边界条件,建立起求解该问题的无穷代数方程组,并就具体算例讨论了圆柱形弹性夹杂周边动应力集中系数的数值结果。结果表明:圆孔的存在对"软"、"硬"夹杂周边动应力集中系数有不同的影响。

直角平面内圆形刚性动夹杂对边界出平面点源载荷的动态响应

采用复变函数法和多极坐标移动技术研究二维直角平面区域内可动圆形刚性夹杂在边界出平面点源载荷作用下的动态响应问题。首先构造出直角平面区域内不含有夹杂时满足直角边界应力条件的格林(Green)函数解;其次求解波动方程边值问题,建立直角平面区域内含有夹杂时满足直边界应力自由条件的散射波解,利用叠加原理写出问题的总波场。借助于夹杂边界处的位移条件和夹杂运动的动力学条件,确定夹杂运动的位移幅度和散射波解中的未知系数。给出的算例结果表明本文方法的有效实用性。

半空间异质隆起的出平面动力响应:地表运动

采用闭合解析解对水平地表圆形非匀质隆起出平面运动特征进行详细分析。结果表明:(1)隆起区域介质软硬程度对其出平面地表运动影响非常大,软质隆起表面的地表位移较匀质隆起情况有显著放大,地表运动波动效应明显增强,而硬质隆起则减弱地表运动;(2)软质隆起地表位移幅值最大反应和平均反应增大的程度一般来说至少不低于隆起区域波速降低的程度,很多情况是远大于波速降低的程度,但最大反应出现的位置和频段主要受入射波角度控制;(3)当波垂直传播时,地表位移放大出现在隆起顶部,频率随隆起区变软,明显向低频移动,可出现在很低频段内,且随隆起区变软放大更为显著;(4)当波掠入射时,地表最大位移出现在隆起后表面,地表运动仍然十分强烈,甚至比波垂直入射时隆起顶部反应还要大,但出现在较高频段内。

出平面荷载对各向异性半空间内圆孔的Green函数解

采用波函数展开法和复变函数法研究了出平面线源荷载对各向异性半空间内圆形孔洞的Green函数解。首先利用复变函数法构造圆形孔洞激发的含未知系数的散射场,得到介质内总的位移场和应力场。其次根据边界条件,利用Fourier积分变换推导出一系列求解未知系数的复系数代数方程组,截断有限项以控制精度,求出未知系数,进而得到Green函数解。最后通过大量算例讨论了不同参数对圆孔周边的动应力集中系数的影响规律,验证Green函数的精确性,为各向异性半空间内复杂缺陷的地震动和动力学研究提供理论基础。

钢桥腹板间隙出平面变形影响因素敏感性分析

钢桥腹板间隙处的出平面变形破坏是钢桥破坏的常见形式之一。通过有限元数值模拟的方法,计算了不同腹板间隙大小,腹板厚度,以及肋板刚度的情况下,腹板间隙处范式等效应力和出平面位移量的分布规律;采用敏感性分析方法,计算了最大范式等效应力和最大出平面位移量对腹板间隙大小,腹板厚度,肋板刚度的敏感性程度。提出参数变化范围内,系统特性对影响因素平均敏感度的概念。研究表明,最大范式等效应力对腹板间隙大小最敏感,最大出平面位移量对腹板厚度最敏感。在实际应用中,采用合适的腹板间隙大小可以使最大范式等效应力最小,通过增加腹板厚度可以同时减小腹板间隙处的最大等效应力和最大出平面位移量,肋板采用较柔性的材料,能够有效减少腹板间隙处的出平面变形。

有限元离散模型中的出平面运动形式

波动在有限元离散模型中传播时,会出现许多不同于连续介质中波动的现象.本文引用经典物理学中晶格动力学的分析方法,由有限元离散形式的出平面波动方程得到频散关系,在此基础上,讨论了集中质量有限元模型中各种可能的出平面运动形式,并分析了考虑时域离散化影响下各种形式可能存在的频率范围.

大空间住宅剪力墙出平面受力弹性分析

大空间住宅开间较大,其剪力墙的出平面弯矩不容忽视。通过用弹性小挠度平板理论研究,分析了此类剪力墙在不同边界条件与不同宽高比下的受力性能。结果表明,在楼层板端弯矩与竖向压力共同作用下,剪力墙宽高比不小于3时,该剪力墙的出平面内力和变形特征与压弯构件相似,可偏安全地按压弯构件设计。

复合材料整体化结构胶合面的出平面应力问题

复合材料共固化/共胶接/二次胶接(co-cured/co-bonded/secondary bonding)整体成型技术是最基本、最常用的复合材料整体化成型技术。在整体化结构受载承力后,若在胶合面处局部出现显著的出平面正拉应力,则极易发生局部的胶层脱粘破坏,这种由设计载荷引起的脱层损伤将对结构安全构成显著威胁。由于此类胶合面为非典型胶接面,容易为人忽视。本文就有关概念、致出平面应力的主要因素及其对出平面应力的影响规律进行了研究,表明:局部刚度突变、局部施压是致出平面应力的主要因素,胶膜性能参数、几何参数等对出平面应力的大小也有显著影响。

加强型加固带柱组合砖墙出平面偏压抗裂性能试验研究

研究4种不同加固材料与方法的带构造柱组合墙的出平面偏心受压性能,结果表明加强型加固能显著提高带柱组合墙的偏压受力性能,然而不同加固方案对加载梁和组合墙的抗裂性能、裂缝开展与分布以及墙体刚度均有不同影响。

半空间内椭圆夹杂对出平面荷载的Green函数解

采用复变函数法、多极坐标方法解答了弹性半空间中出平面线源荷载对椭圆夹杂的Green函数解,并结合"保角映射"技术构造线源荷载作用下椭圆夹杂激发的散射场和椭圆夹杂内的驻波场.基于边界条件,利用Fourier积分变换推导出一系列求解未知系数的复系数代数方程组,截断有限项以控制精度,求出未知系数,进而得到Green函数解.最后给出了大量算例,对线源荷载作用下不同参数对夹杂周围的动应力集中系数、水平地表位移的分布规律进行讨论,验证了Green函数的精确性.

配筋砌体结构墙体出平面反应试验研究

为研究配筋砌体结构出平面反应,将配筋砌块未注芯的孔灌注了高密度铁砂,以提高缩尺模型材料的等效密度,更真实地模拟墙体出平面惯性效应。利用推导的模型与原型的相似关系,设计并实施了振动台试验。结果表明,模型结构主要以压弯变形为主,在现行规范规定的构造措施下,足以抵抗设防地震造成的墙体出平面破坏。通过敲击试验得到墙体出平面振动频率,该频率相对较高,远离地震动卓越频率。相邻楼层出平面频率不完全相同,振动的相位可能时而同相,时而反相。

界面脱胶圆衬砌对出平面动力的响应

采用Green函数法研究含有界面和半圆形脱胶衬砌的全空间对任意角度入射的出平面波的动力响应。将整个空间分为含有半圆形凸起的圆形衬砌的下半部分和含半圆形孔洞的上半部分,并给出在各自水平表面上任意位置施加与时间谐和的出平面线源荷载时上下半空间产生的位移场。取两个位移函数作为Green函数,在界面处应用连续性条件对上下半空间实施"契合",并通过边界条件构造半圆形脱胶,求解全空间在承受出平面动载荷时各部分应力和位移的表达式。弹性衬砌周边及脱胶结构周边的动应力集中因数的数值结果表明,入射波参数及介质参数对动应力集中因数是有影响的。

含圆形衬砌的直角平面区域受出平面动力时地表位移幅值

本文研究了含圆形衬砌的直角平面无限区域对任意角度入射的出平面的动力响应问题。利用数学物理方法,将作用于直角平面无限区域内的出平面波场扩展成半无限空间区域内的出平面波场,借助于边界条件推导出问题模型的应力场和位移场,其解为一组无穷代数方程组。算例结果表明,模型的地表位移幅值受入射波频率、入射波角度、衬砌的位置和衬砌的厚度比等参数影响。

出平面剪切线源作用下沉积盆地地震响应谱元法模拟

由于盆地内外介质的阻抗差别及特殊的几何形状,盆地内部将出现显著的地震动放大效应.针对出平面线源作用下沉积盆地地震响应问题,利用谱元法研究了震源主频率、空间位置和沉积盆地形状等因素对沉积盆地地震响应的影响.数值分析表明:点源的频率和沉积形状对地表的响应影响较大;点源的不同位置对于边缘效应有一定影响.