半无限弹性空间中移动荷载动力响应的频域-波数域比例边界有限元法分析

基于Fourier积分变换和虚功原理,形成了频域-波数域比例边界有限元法,分析了移动荷载作用下半空间域弹性空间动力响应。首先对半无限域弹性体的动力控制方程进行时间到频域,荷载移动方向的空间域到波数的Fourier积分变换,然后选择比例中心,利用虚功原理,在地铁隧道孔洞横截面环向上采用有限元法意义离散,建立了频域-波数域比例边界有限元方程,进而形成了一阶微分矩阵方程形式的半无限空间动力刚度。文中理论推导表明:利用文中方法分析半无限域中沿地铁隧道结构纵轴向的移动荷载动力响应问题,不仅可避免无穷边界计算处理误差,而且可极大减小计算分析量。计算结果表明:半无限弹性地基的振动响应随移动荷载速度增大而增大,尤其是当荷载速度增大到土体剪切波速后,振动波传播到土体表面引起土体振动显著增大,土体振动性增大,将会对土体及表面结构的安全性形成一定影响,另一方面土体的振动在沿地铁隧道纵轴向的衰减比竖向慢。

移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应的频域—波数域比例边界有限元法分析

基于比例边界有限元法与傅里叶积分变换,分析移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应。考虑到移动荷载运动方向与地铁隧道轴线方向的一致性,将半无限弹性空间动力控制方程进行频域—波数域的傅里叶积分变换;在变换域内,隧道径向采用比例坐标系,环向采用有限元意义离散,在计算域内利用Galerkin法,建立频域—波数域内的比例边界有限元方程,进而推导出半无限空间动力刚度的一阶微分矩阵方程;再利用高频渐近展开和傅里叶积分逆变换,得到时间—空间域系统的动力响应。该方法极大地减小了计算分析量,同时避免了无限边界的计算误差。利用该方法进行实例计算的结果表明:随着荷载移动速度的增大,地铁隧道振动波传播到土体表面,引起的土体振动有放大增强的现象,将会对地铁隧道上部结构的安全性造成一定影响。

桩侧任意分布荷载下半无限土体多向反应研究

目的?为获得桩侧任意竖向分布线荷载下土体的各向反应解。?方法?通过桩侧荷载函数曲线拟合方法及弹性力学半无限空间体内一集中力Mindin轴对称问题解析解的数值积分方法。结果?本文通过编程获得了各向反应解的计算方法并给出了关键计算公式。结论?计算案例数据与ANSYS数据对比表明:本文得出的计算公式及计算机计算程序运行稳定、快速、准确,具有较高的工程应用价值,可为全面考虑明德林效应的桩基承载力和沉降效应计算提供必要的技术支撑。

超高层建筑空间巨型框架的地基、基础、上部结构共同工作的简化振动分析

为超高层建筑空间巨型框架建立了一种新的简化计算模型——半无限大弹性地基-空间杆系-层模型,它由半无限大弹性地基、巨型文克勒弹性地基梁和巨型剪切型弹性地基柱组成(二级框架柱考虑其轴向刚度作为巨型梁的文克勒弹性地基;二级框架梁、柱考虑其弯曲刚度作为巨型柱的剪切型弹性地基),可同时考虑基础结构和上部结构的刚度变化以及地基的弹性变形.算例计算结果表明,新的简化振动分析模型是合理、可行的,可为超高层建筑巨型框架的整体动力特性分析提供一种可行的简化方法,对此类结构的抗震设计具有指导意义.

弹性力学理论在20000m^3气柜土建基础设计中的应用

通过工程实例,介绍运用弹性力学的土体半无限空间弹性体理论及基础圆环梅拉解对大型工业基础土体换土种类的选择及环形基础设计进行分析及计算,与传统PKPM计算软件算法相比,该计算模型建立以及计算方法独特新颖,该方法计算结果更符合土工实验结果,以及工程实际。

断层位错引起的地表重力变化特征研究

基于均匀、各向同性、无限弹性半空间中有限矩形断层位错引起的地表重力变化的理论,研究了单一断层和两条断层组合错动引起的地表重力变化图像的特征。得到:1)在1条断层错动引起的地表重力变化中,地表高程变化对其影响最大,密度变化和水平位移变化的影响相对较小;断层埋深、倾角、错动量的大小和错动方式均对地表重力变化图像的影响较大;2)对两条断层组合情形,断层同一深度分布时,地表重力变化与断层之间的相对位置密切相关;断层不同深度分布时,地表重力变化主要受浅部断层的影响,但深部断层错动也可能对地表重力变化产生较大的影响。

利用Mogi模型预测盐岩储气库地表沉降

盐岩储气库运营期间腔体体积的蠕变收缩是库区地表持续沉降的主要原因。假设盐腔体积收缩的等效弹性变形引发的地表沉降是实际蠕变沉降的一阶近似量,将盐腔转化为相同埋深、相同体积的球形腔体,并受到均匀向内收缩的弹性等效面力作用,将盐岩储气库地表沉降近似为弹性半无限空间内球型空洞受力收缩导致的边界位移问题。在上述弹性模型的基础上,引入火山地震学中用于预测火山喷发区地表变形的Mogi模型,得到库区地面垂直位移和水平位移的弹性解析解。Mogi模型的优势在于可以直接通过盐腔体积收缩量求得储气库地表位移,并与相同条件下的数值模拟沉降结果有着良好的近似效果,表明Mogi模型在储气库地表沉降预测研究中具有一定的可行性,并给出利用Mogi模型研究盐岩储气库地表沉降的研究方向及建议方法。

断层位错引起的地表形变特征

基于连续、各向同性、弹性半无限空间中有限矩形断层位错引起的地表形变理论,研究了单一断层和两条断层组合错动引起的地表形变图像特征。得到:1)对于单一断层错动,地表形变特征与断层错动方式密切相关,断层埋深、倾角和错动量的大小对地表形变分布也有较大影响;2)对两条断层组合情形,断层同一深度分布时,地表形变与断层之间的相对位置密切相关;断层不同深度分布时,地表形变主要受浅部断层的影响。

Mindlin解积分的方形荷载竖向应力系数初等解

在求解端阻在土中的应力时通常假定端阻为集中力,使得桩端附近应力突增,与实际应力的误差极大,无法有效考察桩端附近土体的应力分布特征。本文基于Mindlin应力解,利用积分代换和回代,求出方形均布荷载作用下半无限空间内任意一点的竖向应力系数初等解。当荷载深度接近0时,理论上该解退化为Boussinesq解,通过计算可知二者得出的应力系数一致。本文还首次给出了应力系数沿荷载埋深衰减的规律,当荷载埋深与宽度比小于1.0时,衰减很快;当大于1.0时,则衰减较慢,且逼近0.5。对方形端阻应力系数和圆形端阻应力系数进行比较发现,在桩端2倍桩径范围内的应力系数差别仅为约20%,在2倍桩径之外,两种应力系数一致。因此,用方形端阻应力系数替代圆形端阻应力系数产生的误差较小。按照本文的积分方法,还可以求解矩形分布荷载下的应力场和位移场。本初等解也可为研究基坑开挖产生的应力场提供参考。

地铁上穿工程中弹性空间内任一点卸荷附加应力研究

建立了地铁上穿工程中弹性卸荷力学计算模型,基于集中荷载作用于土中的Mindlin解,并运用叠加原理、奇函数性质、荷载的对称特性,讨论了全部弹性半空间无限体内附加应力解的情况,推导了单矩形荷载在弹性半空间无限体内任一点卸荷附加应力系数解析表达式,其研究成果可应用于快速预测既有地下结构物上方基坑开挖、新建地铁车站开挖卸荷引起的竖向附加应力及既有结构物的上浮变形计算等问题。

土质地基上受集中力作用的有限长梁内力分析

为了使理论结果能尽可能准确地反应实际情况,就土质地基上受多个集中力作用的有限长梁的内力计算方法进行了对比分析。采用基于W inkler假定的计算方法和基于弹性半无限空间理论的计算方法,通过理论分析这两种计算方法的差异,并采用FLAC3D进行数值模拟。计算结果表明基于W inkler假定的计算方法较真实地反应了有限长梁的实际受力情况。

基于应力影响线面积对比分析考虑桩径影响与否对桩基沉计算的影响

本文基于应力影响线面积的概念详细地对比分析考虑桩径影响Middlin解与不考虑桩径影响Geddes解对桩基沉降计算的影响,并首次明确地提出基桩阻力的主要影响深度。

Mindlin桩基沉降竖向应力影响系数的Excel算法

本文详细介绍了如何利用VB编写Minddlin竖向应力影响系数的Excel自定义函数,并给出相关Excel计算表格的设计方法,使基于Minddlin解的桩基沉降的手算从繁琐的查表甚至是插值计算中解脱出来。

地铁高架桥多点非一致激励下地面振动衰减研究

为研究地铁高架桥的多点非一致激励效应及地面振动衰减规律。基于弹性半无限空间理论,建立多点非一致激励作用下土体表面竖向加速度的半解析解;通过测试某软弱地基上地铁高架桥的环境振动,对比验证理论模型准确性;进一步研究多点激励和时滞效应的影响,分析确定振动衰减规律。研究结果表明:高架桥周边地面振动随距离前期衰减迅速,后期衰减缓慢,频率分布主要区间为60~100 Hz;计算中考虑多点非一致激励是必要的,4~5个桥墩可满足计算精度;荷载幅值对振动衰减规律的影响较小,而频率存在影响;桥跨中部的振动衰减慢于桥墩处,曲线段外侧慢于内侧。研究结果对地铁环境振动的计算、分析以及测试、评价具有指导意义。