考虑底面摩阻效应的弹性地基梁微分算子级数法

假定地基为具有切向和法向反力的弹性支承体,考虑弹性地基梁的纵横向耦合变形,根据弹性力学基本原理,从梁体微段分析出发,结合小变形条件下梁体几何方程和线弹性本构关系,导得考虑摩阻效应时关于法向位移和切向位移的微分方程组:在此基础上利用微分算子级数法对微分方程组进行求解,得到考虑纵横向耦合变形和底面摩阻效应时地基梁法向挠度和切向相对位移计算公式。最后对一个地基梁实例进行了计算分析,并对摩阻效应进行了讨论。结果表明,微分算子级数法解答能有效地考虑地基梁纵横向耦合变形特征和底面摩阻效应。

埋置移动荷载作用下饱和成层地基-梁耦合系统动力响应分析

针对地铁列车运行中引起的地表振动问题,研究了埋置移动荷载作用下饱和成层地基-梁耦合系统的动力响应。将地基土体采用Biot饱和多孔介质理论来模拟,将地下轨道结构简化为埋置无限长Euler-Bernoulli梁,埋置移动荷载作用在梁上。并采用传递透射矩阵法(TRM法)考虑地基的成层性。利用Fourier变换及逆变换,结合梁与土体间的力与位移连续条件,得到了地基在时间空间域内的动力响应解答。当饱和成层地基退化为均质黏弹性地基时,所得解与已有解能很好地吻合。最后,通过数值算例分析了梁的刚度﹑埋置深度及荷载移动速度、频率等因素对地表振动的影响。

层状地基上梁的边界元边界元耦合解法

分别对地基接触面和梁进行离散,假定地基反力的分布情况,并确定梁单元节点和反力未知量;将无限长EulerBernoulli梁的基本解作为梁边界单元法的核函数,然后把Euler-Bernoulli梁边界积分方程应用到各节点,建立起基础梁的边界积分方程组;将层状地基的基本解作为地基边界积分方程的核函数,通过边界积分方程建立起梁各节点竖向位移与地基反力未知量的沉降-反力柔度矩阵;最后,根据地基与梁接触面的位移协调条件,建立起层状地基与EulerBernoulli梁共同作用问题总的边界元-边界元耦合方程组.根据该理论,编制了相应的程序,通过与现有文献对比验证该理论的正确性,并分析了分层地基特性对基础梁的影响.研究结果表明:相比有限元-边界元耦合法,边界元-边界元耦合法的效率更高.

考虑水平摩阻力的弹性地基梁非线性分析

基于传统文克尔弹性地基梁理论,考虑梁土间的摩阻效应、梁的纵横向变形耦合及变形的几何非线性,建立出相应的弹性地基梁挠曲变形控制微分方程。引入Galerkin法,导出了对称荷载作用下有限长梁的挠曲变形、转角、剪力及弯矩的非线性解析解。在此基础上,分析探讨了外加荷载、地基梁刚度、梁与土体之间的水平摩阻力、竖向地基反力系数等因素对地基梁位移及内力的影响。分析结果表明:水平摩阻力并不影响地基梁位移及内力的整体变化发展趋势,但将导致地基梁位移及内力值的降低,且水平摩阻力越大,其对地基梁位移及内力的影响也就越大,此外,当地基梁抗弯刚度越大,水平摩阻力对梁位移及内力的影响反而越小。

层状分数阶黏弹性饱和地基与梁共同作用的时效研究

饱和地基与梁共同作用问题的研究在力学领域及工程界都具有重要意义.采用分数阶Merchant模型研究饱和地基的流变固结,该模型比常用整数阶黏弹性模型更能精确反映地基的时变特征.基于层状正交各向异性黏弹性饱和地基的固结解答,采用有限元法与边界元法耦合的方法,研究梁与分数阶黏弹性饱和地基的共同作用问题.依据Timoshenko梁理论将梁离散为若干单元,进而得到梁的总刚度矩阵方程;将黏弹性地基固结问题的精细积分解答作为边界积分的核函数,采用边界元法建立地基柔度矩阵方程;结合梁与地基接触面的位移协调条件以及力的平衡条件,通过有限元法与边界元法的耦合,最终求得层状分数阶黏弹性饱和地基与Timoshenko梁共同作用的解答.将本文地基退化为Kelvin地基进行计算,并与已有文献中的算例进行对比,二者具有很好的一致性.在此基础上,探讨分数阶次和地基成层性对梁与黏弹性饱和地基共同作用的影响.结果表明:分数阶次高的黏弹性饱和地基的固结速率明显更快;对于层状地基,加固表层土体能有效控制地基整体沉降,并减小差异沉降.实际工程中,应充分考虑饱和地基流变及土体分层性的影响,以准确分析梁与地基的共同作用过程.

考虑土-结构相互作用的车桥系统耦合振动分析

列车提速加剧了车桥系统的耦合振动,为此结合天津轻轨工程分析了考虑土-结构相互作用(SSI)效应的车桥系统的耦合振动．分别建立了考虑SSI效应和不考虑SSI效应(即墩底固接)的车桥系统耦合振动的分析模型．在车桥系统模型中,建立了27个自由度的车辆模型;在桥梁模型中采用空间梁单元进行模拟;在考虑SSI效应中, 以弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质,将群桩基础等效简化为弹性地基梁．对天津轻轨工程一座四跨预应力混凝土连续刚构桥的数值仿真分析结果表明,考虑SSI效应,对桥梁结构的横向和扭转角位移响应影响显著,而对桥梁结构的竖向和纵向位移响应影响不大,其中横向位移最大增幅达90％,扭转角最大增幅接近38％．可见,处于地基软弱地区的铁路桥梁,SSI效应会对车桥系统的耦合振动产生不容忽视的影响．

15×10~4m^3超大型浮顶储罐应力计算方法探讨与实验测试分析

以15×10~4m^3超大型浮顶储罐为研究对象,分别采用组合圆柱壳法与弹性-刚性地基梁耦合法对储罐壁板与底板的应力进行计算。通过与有限元计算结果的对比分析可知,两种方法计算结果与有限元计算结果的最大误差分别为7.15%和39.15%,说明解析法计算具有一定的局限性。最后,通过对两台储罐试水期间的应力进行测试,进一步验证了有限元计算方法的准确性。现场实测表明,可通过改变储罐第1、2层壁板的高度比例改善储罐壁板最大应力所在位置,使储罐壁板应力分布更加合理,有利于保证超大型浮顶储罐安全工作。

基于Winkler弹性地基梁模型的半刚性轻钢柱脚底板受力分析

为建立半刚性轻钢柱脚底板压力分布计算模型,基于Winkler弹性地基梁模型及其变形和内力初参数表达式,给定边界条件,利用Maple软件,获得了两端自由弹性地基梁在任意集中力和任意梯形线荷载作用下的挠度解析公式,将半刚性方钢管柱脚底板简化为支承在混凝土基础上的弹性地基梁,根据力的等效原则,建立了偏心受压时柱脚底板受力模型,得到了柱脚底板压力分布解析解,通过算例与数值摸拟结果对比,结果表明二者吻合较好,且半刚性轻钢柱脚底板压力分布与常用线性压力分布模型差别较大,采用线性压力分布模型将过高估计柱脚刚度。研究成果为半刚性轻钢柱脚设计提供理论参考。

正交加肋地基板在谐荷载作用下的动力响应

将加肋地基板作为板-梁耦合系统,考虑弹性地基模型,建立土—基础耦合系统的运动微分方程,通过富氏积分变换及其逆变换,演绎出双向正交加肋钢筋混凝土地基板在设备谐激力作用下的振动响应的半解析解法。结果说明,在土建设计中,为了减少振动对环境的有害影响,应考虑动力设备基础的隔振和减振问题。数值算例也表明,本方法有较好的计算精度。

超高层建筑巨型框架与其基础地基共同工作的简化分析

对软土地基上的超高层建筑空间巨型框架提出了一种新的简化分析方法.将空间巨型框架结构中的辅助框架柱只考虑其轴向刚度,沿巨型框架梁的轴线方向连续化后,作为巨型梁单元的文克弹性地基,把巨型梁按文克弹性地基梁来处理,然后将巨型柱和巨型文克弹性地基梁组成空间巨型框架,在考虑了地基的弹性变形后,用矩阵位移法进行位移和内力计算.算例计算结果表明:新的简化方法是合理的、可行的.

基于传递矩阵的平顶直墙地铁车站横向管棚受力变形计算方法研究

平顶直墙地铁车站PBA工法施工可以采用管棚先行支护。针对PBA法暗挖平顶直墙地铁车站密布横向管棚结构,通过总结管棚"荷载-梁模型"中弹性地基梁、简支梁、固支梁3种简化方法及其计算原理,以北京地铁19号线平安里站工程为背景,采用上述3种模型计算管棚受力变形,并与实测值进行比较分析,然后针对不同工程参数和地质参数进行受力变形影响分析。结果表明:1)弹性地基梁模型计算弯矩和跨中挠度处于固支梁模型和简支梁模型计算结果之间,其中弹性地基梁模型和简支梁模型计算结果较符合实测数据;但简支梁模型和固支梁模型无法体现导洞侧壁处挠度,且无法体现地层参数的影响以及钢管壁厚对受力的影响。2)最大弯矩值出现在简支梁的跨中,建议在设计时以简支梁模型计算跨中弯矩进行包络,以保证施工安全。3)开挖跨度和覆土厚度(荷载)对弯矩和挠度影响较大,其中跨度影响最大。4)基床系数和钢管壁厚对管棚弯矩影响较小,但对减小挠度有一定作用。

倾滑断层对公路的致灾机理分析

在有限元分析的基础上,对正断层和逆断层环境下公路的致灾机理进行了研究。结果表明,断层的活动将引起公路结构的弯曲变形,使公路处于拉、压、剪的受力状态。共中,正断层活动引起公路弯曲变形的范围主要为上盘距裂缝70 m至下盘距裂缝30 m,纵向应力剧增的主要范围为上盘内距裂缝170m 至下盘内距裂缝130 m,路面的开裂位移约为22 cm;逆断层活动时,公路弯曲变形的范围为上盘内距裂缝80m至下盘内距裂缝 40 m,纵向应力剧增的主要范围是上盘内距裂缝170 m至下盘内距裂缝180 m,路面的开裂位移约为12cm。根据公路的变形和受力规律,将正断层和逆断层环境下公路的破坏模式概化为张拉破坏、剪切破坏、弯曲压坏和复合破坏几种类型。按载荷-结构的方法,将上、下盘范围内的公路结构当作受均匀荷载的半无限弹性地基梁,把倾滑活断层环境下公路结构的位移、转角、弯矩、剪力等简化为断层地表竖向位移量、地基系数、路面荷载、路基路面等效刚度的函数。进行了算例分析,计算结果表明,断层活动主要使裂缝带的公路承受较大的变形、弯矩和剪力,这种影响范围主要分布在断层裂缝的两侧各30 m内。

埋地管线下方土体流失对管线受力变形的影响研究

埋地管线长期使用中会发生渗漏、管周土体不均匀沉降等问题,使得管线受力平衡状态被打破,在土体自重荷载和地表荷载的共同作用下容易引起邻近管线的破坏。为了分析管线的受力和变形,采用角点法和Winkler弹性地基梁理论,构建管-土耦合模型,推导出管线的受力变形方程。基于ABAQUS有限元软件模拟管-土耦合模型,对比分析数值模拟和理论计算的结果,以验证管线受力变形方程的有效性。结果表明:①基于Winkler弹性地基梁理论的管-土耦合作用模型可以求得有效的管线受力变形方程,其理论解与数值模拟解相差仅为3.31%~3.43%。②在地表荷载作用下,沿远离土体流失区中心方向,位移逐渐变小,剪力逐渐增大,且在土体流失区边缘附近达到峰值后慢慢减小,出现反弯剪力最后趋于零,而弯矩逐渐增大达到峰值后慢慢减小。③当无地表荷载作用时,管线的受力变形比有地表荷载作用时小17.32%~20.77%。所提出的管线受力变形方程能够正确反映上覆荷载作用下管线受力的基本特征,可为工程中管线受力变化控制提供参考依据。

基于桩周土体位移的锚拉抗滑桩计算方法研究

传统锚拉抗滑桩计算模型不能科学的考虑锚索对于桩–土相互作用的影响,往往导致锚索拉力和桩身内力计算的不合理。将抗滑桩全桩视为弹性地基梁,分两阶段建立基于桩周土体位移的桩–土相互作用力学控制方程组。应用桩顶初参数法推导桩身力学响应数学解析表达式,并编制Matlab计算程序对桩身内力和位移进行计算。与一组模型实验数据进行对比表明:位移法计算模型及其解析解法具有可行性。将该模型应用于一个工程实例分析表明:计算模型可以考虑张拉阶段桩后岩土体的作用,可以考虑桩–土–锚索的相互作用。