基坑设计的杆系–荷载–弹簧模型荷载取值及变形和稳定性分析的若干问题和研究建议

作为当前基坑设计主流方法,杆系–荷载–弹簧模型还有几个问题没有解决。围护结构上的水土压力的统一计算方法,论证水土压力统一计算理论的合理性。目前为杆系–荷载–弹簧模型设计方法所构造的安全系数可能不足以覆盖基坑的所有破坏模式;建立新的控制基坑稳定的安全系数以及对既有安全系数进行改造以使其能够考虑尺寸效应是基坑研究的重要任务之一。目前基坑设计方法考虑安全系数对基坑变形的影响,与常规的安全系数的概念不同,这一点基坑研究时要引起注意。提出一个考虑圆形基坑的杆系有限元算法,建议一个被动区土体弹簧的双刚度模型,可以在用杆系有限元分析时考虑圆形基坑的尺寸效应和长条形基坑土方开挖的空间效应,为基坑研究指出一些方向。

桩承式加筋垫层路堤荷载分担改进计算模型

桩承式加筋垫层路堤中的关键荷载传递机制是多种现象的组合,包括路堤填土中的土拱效应、加筋垫层的张拉膜效应和地基土的支撑作用,然而,目前针对此方面的研究尚不完善。本文首先以考虑土体被动土压力发挥程度及桩间土应力非均匀分布改进的Hewlett土拱模型为改进载体;其次,假定加筋垫层为上、下部受均布荷载作用的简支梁,截面拉应力完全由加筋体承担,压应力完全由垫层材料承担,同时考虑地基土反力与梁最大挠度相关,引入地基反应系数,从而建立改进的桩承式加筋垫层路堤荷载分担计算模型;最后,通过工程实例与模型参数分析,验证本文计算模型的可靠性与准确性。研究结果表明:在路堤填筑过程中,土拱效应逐渐完全发挥,促进路堤荷载向桩体转移;随着地基土固结,桩体承担的路堤荷载也在逐渐增大;路堤填土高度、填土内摩擦角、桩间距对桩体荷载分担影响较大,加筋体抗拉模量对其影响较小。

近场近地爆炸下建筑柱爆炸荷载分布规律及简化模型

为了快速评估近场近地爆炸荷载下建筑柱的动力响应和破坏模式,通过数值仿真方法,探究了近场近地爆炸工况下冲击波在建筑柱迎爆面的分布规律,并提供了该工况下的爆炸荷载简化模型。为此,首先利用已有实验数据验证数值模型,并建立典型近地近场爆炸工况的数值模型,然后研究比例爆距和比例爆高对建筑柱冲击波特征参数的影响规律,最后拟合出柱迎爆面反射冲量和正相超压持续时间的计算公式,将柱迎爆面各点爆炸荷载转化为等效三角形荷载模型,为工程实践中建筑柱遭受近场近地爆炸作用下的抗爆设计提供荷载输入。研究结果表明:当比例爆高小于0.3 m/kg1/3、比例爆距在0.4~0.6 m/kg1/3范围时,最大反射冲量沿柱高可简化为三折线分布;当比例爆距在0.6~1.4 m/kg1/3范围时,最大反射冲量沿柱高可近似简化为双折线分布;在同一比例爆距和比例爆高工况下,随着炸药当量的增加,柱迎爆面相同比例高度处反射超压峰值保持不变而反射冲量正比于当量的立方根。

基于扰动状态概念的砂土-混凝土桩接触面荷载传递模型研究

基于扰动状态概念理论,考虑砂土密实度对扰动函数的影响,建立混凝土桩-砂土接触面荷载传递模型。用混凝土板表征桩侧粗糙度效应,采用大型直剪仪开展不同密实度的砂土-混凝土桩接触面力学行为的试验模拟,研究砂土密实度对混凝土桩-砂土接触面的力学特性的影响规律,分析接触面模型初始剪切系数、模型扰动参数(A和Z)对桩-砂土接触面荷载传递模型的作用机制。研究结果表明:1)混凝土桩-砂土接触面易呈现应变软化,在低法向应力条件下,混凝土桩-密砂接触面的应变软化程度最大。2)模型扰动参数Z在数值上近似等于孔隙比。模型扰动参数A越大,砂土与混凝土桩接触面的软化显著程度越大。参数A随着密实度增大而增大。随着法向应力增大,密砂的扰动参数A呈近似线性衰减,松砂和中密砂的扰动参数A近似呈双折线衰减。3)初始剪切系数k_s随着法向应力增大而增大,密实度越大,增速越快。4)基于扰动状态概念的桩-砂土接触面荷载传递模型可靠、参数的物理意义明确且易确定,能很好地表征桩-砂土接触面的应变软化及硬化等力学特征。

预应力混凝土箱梁爆炸荷载模型试验及有限元分析

目前针对箱梁爆炸荷载以及冲击波传播规律的研究较少,以目前混凝土桥中应用较为广泛的预应力混凝土箱梁桥为依托工程,以1∶5缩尺比例设计箱梁爆炸荷载试验。试验表明,箱梁顶板超压沿箱梁纵向呈非线性下降梯度分布特点,超压沿箱梁横向近似于梯形荷载分布,随着比例距离的减小,结构超压增大。其次,基于箱梁爆炸荷载试验,建立箱梁三维爆炸数值分析模型,通过将数值分析结果和试验数据进行对比,验证数值模拟的准确性。基于数值分析,揭示爆炸冲击波与箱梁的相互作用机理,明确箱梁冲击波的传播规律。对不同爆炸工况箱梁各部位超压分布规律研究显示:当爆心位于箱梁顶板上方时,顶板迎爆面超压较大;当爆心位于翼缘板下方时,在翼缘和腹板处产生较大超压,其余部位超压较小。而当爆心位于箱梁底板下方时,翼缘、腹板和底板均受到较大的冲击波超压,结构全截面受爆炸影响较大。最后,基于试验和数值分析结果,对不同工况下箱梁顶板、腹板和底板的超压峰值进行方程拟合,建立不同爆炸工况下箱梁关键部位荷载模型。

人行天桥人致荷载模型与舒适度评价方法研究

人行天桥结构的自振频率较低,人的走动、跑跳的频率重合很可能引发结构发生共振。近年来结构的振动问题越来越成为结构分析、设计的焦点问题。论文介绍了人行天桥舒适度分析的实用分析方法,阐述了国外相关规范与指南对人行天桥质量源、阻尼比以及荷载施加方法,依据其他国家相关规范与指南提出适宜人行桥的舒适度评价方法,并据此总结出人行天桥舒适度分析的实用性分析流程。希望论文的设计评价方法可以为人行天桥舒适度时程分析提供有效的参考与借鉴。

疲劳荷载作用下钢-混组合梁界面滑移对其性能影响研究

为分析界面滑移对钢-混组合梁疲劳性能的影响,在考虑界面滑移影响的栓钉疲劳刚度退化模型基础上,提出考虑界面滑移损伤的钢-混组合梁疲劳性能分析方法,以某工字钢-混组合连续梁为背景开展缩尺模型试验,建立考虑界面滑移损伤的钢-混组合梁疲劳性能分析模型梁,对比分析疲劳加载过程中试验梁与模型梁的疲劳性能,并进行界面滑移系数影响因素的参数分析。结果表明:疲劳荷载作用下,钢-混组合梁中钢梁下翼缘发生开裂,并最终导致组合梁失效,加载过程中钢-混组合梁跨中挠度及界面残余滑移均呈现明显的三阶段特征;模型梁跨中挠度及界面残余滑移随加载次数的变化趋势分析结果与试验梁吻合良好,验证了考虑界面滑移损伤的钢-混组合梁疲劳性能分析方法的可行性;疲劳荷载作用下钢-混组合梁界面滑移将引起钢梁中应力增加,从而降低组合梁疲劳寿命,建议在疲劳寿命预测中引入界面滑移疲劳折减系数,建议其取值为1.2。

钢箱梁斜拉桥等效疲劳车辆荷载模型分析

为了调查长江中下游地区跨江大桥的车辆荷载运行特性,首先,以某一钢箱梁斜拉桥为例,分析大桥1 a实测交通流特性,得到相关轴型车辆的轴距、车辆质量及轴重分布;其次,基于损伤等效原则计算大桥各轴型车的等效疲劳车辆荷载模型;最后,对我国钢桥规范提供的疲劳荷载模型Ⅲ进行修正,提出适用于同区域类型桥梁的标准疲劳车。研究结果表明:大桥呈现交通流量大、货车载重高及超载现象普遍的特征;等效疲劳车辆荷载模型可简化为6种车型,等效车辆质量大于10 t的疲劳车辆占比高达85.9%,其中6轴车在疲劳损伤中占主导地位;提出的疲劳标准车是1辆质量为64 t的4轴车,单轴重为16 t;国外规范疲劳标准车引起的疲劳损伤均低于本文实际疲劳标准车引起的疲劳损伤;对于顶板U肋连接细节,顶板厚度增加2 mm可至少降低疲劳损伤46.4%。

重载交通路段公路车辆荷载模型及其效应研究

车辆荷载作为公路桥梁的基本可变荷载之一,在公路桥梁设计中占有很重要的地位。车辆荷载是变异性很大的随机变量,其大小与地区,时间有很大关系。山西省是煤炭大省,因车辆超载导致桥梁损伤的事情常有发生,本文依托山西省某一道路数据,建立实际重载交通作用下的车辆荷载模型,利用fortune语言编制程序并结合abaqus二次开发功能实现车辆在桥上的移动计算,并以晋南八政桥为计算对象,与公路Ⅰ级车辆荷载模型下产生的荷载效应相比较,利用经验分布函数方法计算得出范围内的荷载放大系数用于该重载交通桥梁设计和评估。研究表明:对于重载现象严重的地区来说,进行交通调查确定车辆荷载模型与规范对比来确定车辆荷载取值是有必要的,可以防止桥梁设计不足。本文对山西省八政桥计算得出,对于类似该桥这种车辆荷载状况的桥梁来说来说,采用公路Ⅰ级车辆荷载值的1.2~1.4倍进行桥梁设计更加安全。同时也应注意重载交通条件下桥梁正常使用的各项限值要求。

地铁抗拔桩荷载-位移模型简化研究及应用

为满足地铁设计需求,文章基于常见抗拔桩荷载-位移曲线,首先提出三折线简化模型,给出抗拔桩顶抗拉弹簧刚度计算式,并采用8组实测数据进行验证,确保简化模型合理、可靠;其次,采用Midas Gen建立3个地铁车站三维模型作对比分析;最后通过计算表明,考虑抗拔桩的模型1边界条件更接近工程实际,构件内力及变形均相对合理,建议地铁车站计算时考虑抗拔桩作用。

抗浮锚杆极限荷载现场试验及抗拔承载力预测

基于青岛某工程抗浮锚杆的极限承载力现场拉拔试验,对抗浮锚杆荷载-位移规律进行分析,明确“一锚多筋”型抗浮锚杆破坏形式、破坏机理,同时,采用三次多项式函数预测极限上拔位移下抗浮锚杆的抗拔承载力。研究表明:锚杆的荷载-位移曲线呈“缓变-陡升”型;锚-岩界面黏结强度较小,抗浮锚杆主要产生锚固体拔出破坏;规范公式预测值存在较大偏差。通过三次多项式函数的回归分析,杆体位移的误差控制在10%以内,且锚杆杆体位移小于20 mm时,预测精度最高可达97.4%。研究结果对该地层抗浮锚杆的设计与工程应用具有一定的参考价值。

疲劳荷载作用下栓钉连接件全过程荷载-滑移计算模型

为了实现全寿命周期内钢-混凝土组合梁中栓钉连接件滑移量的精确计算,开展栓钉连接件在任意疲劳循环次数下的荷载-滑移计算模型研究。设计并制作了11个栓钉推出试件进行了静力滑移量试验、疲劳滑移量试验及剩余滑移量试验。通过试验结果分析了栓钉连接件在疲劳及静力作用下全过程的滑移量增长和分布特征。在单调荷载作用下,基于统计数据建立了考虑极限滑移量的指数型栓钉荷载-滑移模型。在此基础上,考虑疲劳损伤对栓钉直径及滑移量折减,同时计入栓钉连接件滑移量的累积增长和其自身承载力退化,建立了在任意次数疲劳荷载作用下,栓钉连接件全过程荷载-滑移计算模型,并通过试验值进行验证。结果表明:栓钉连接件的滑移量可分为疲劳加载过程中的累积滑移量和疲劳加载后的剩余滑移量。在疲劳加载过程中,栓钉累积滑移量呈“快速-缓慢-急速”的三阶段增长。在疲劳加载后栓钉剩余滑移量和总滑移量均随着疲劳循环次数增加而减少,说明栓钉疲劳损伤的增加导致其整体变形性能逐渐变差。所提出的栓钉全过程荷载-滑移计算模型的计算值与试验值吻合良好。

基于动态称重数据的中小跨径公路桥梁车辆荷载模型研究

以某中小跨径公路桥梁为工程背景,基于动态称重(Weight in Motion,WIM)系统实测数据建立了该桥梁的车辆荷载模型。结果表明,该桥梁实际车辆荷载为设计荷载的1.18倍,外推100年设计基准期车辆荷载计算结果为设计荷载的1.62倍。所提供的研究方法对桥梁车辆荷载模型的建立具有一定的借鉴意义。

基于WIM的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型研究

为研究钢-混组合梁桥疲劳荷载模型,采用动态称重系统(WIM)获取山东地区高速公路10个月的交通荷载数据,建立有限元模型分析车型、总重对疲劳评估结果的影响规律,基于等效损伤理论对疲劳荷载模型进行推导。研究结果表明:外侧车道存在42.0%的疲劳致伤车辆,其中二轴货车比例最高、六轴货车次之,五轴货车最少;交通荷载总重呈多峰分布特点,峰值集中于30kN、130kN、350kN,超载车辆占比不足1%;提出的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型推导方法可行,建立了总重315kN的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型,供同类型桥梁疲劳评估时参考使用。

考虑循环作用特征的公路桥梁荷载谱疲劳分析方法

为了兼顾疲劳荷载谱的分析精度和实用性,该文提出了适用于单车加载和车流加载的荷载模型损伤效应比例系数和循环作用特征长度指标,通过研究典型疲劳车辆疲劳损伤效应一般规律,构建从单车作用到车流随机作用的疲劳荷载谱损伤分析方法。结果表明:单辆疲劳车引起的疲劳损伤可以在集中荷载效应基础上进行比例换算,由影响线绝对面积换算的循环作用特征长度指标对单车疲劳分析有较好的适用性。随机车流引起的疲劳损伤受到桥梁跨径和车流密度的共同影响,在短跨径桥梁中,损伤效应对车流密度不敏感,车流密度的增加甚至会造成一部分结构内力幅的减小;当跨径超过一定临界值时,车流密度的影响显著加剧;由影响线积分面积换算的循环作用特征长度指标更适用于车流疲劳损伤效应分析。荷载谱等效应力幅应结合交通流状态谱进行分析,多车道损伤效应系数指标的构建应考虑车辆相遇概率、循环作用特征长度指标的影响。

基于WIM的新沂河大桥车辆荷载模型研究

为研究京沪高速（G2）沂淮段新沂河大桥的实际运行车辆特征及车辆荷载作用效应,基于动态称重（WIM）系统实测数据和动力影响线理论,计算该桥实际运行车辆参数的统计分布,得到不同荷载重现期内的车辆荷载效应最大值概率分布,从而建立实际运行状态下该桥的车辆荷载模型.分析该桥车辆荷载模型特征,结果表明：该桥车重在一般运行状态下服从三峰分布,密集运行状态下服从多峰分布；车间距在一般运行状态下服从威布尔分布,密集运行状态下服从伽马分布；动态称重系统分析结果与健康监测系统分析结果基本一致,该桥左、右幅实际车辆荷载分别为公路-Ⅰ级荷载的1.06～1.34倍和1.60～1.69倍.

太阳能光伏板风荷载分布模型试验研究

引起太阳能光伏板及其支架风致损坏的一个主要原因是其抗风设计方法尤其是风荷载取值模型仍不够完善。通过刚性模型测压风洞试验得到的光伏板表面体型系数分布规律及其产生的整体风荷载,提出了考虑光伏板倾角及风致弯矩影响的四角点平面风荷载分布模型及偏心距模型。结合光伏板的结构特点,给出了均匀分布、梯形分布和偏心距三种用于抗风设计的风荷载取值模型。该研究分析了目前风荷载取值模型的不足并提出了改进措施,通过三种风荷载分布模型的对比,为光伏板抗风设计的风荷载取值提供了依据。

广州市高架桥疲劳荷载车辆模型研究

通过对广州市内环线恒福路段交通情况的实地调查 ,依据等效疲劳损伤原理 ,将实测的车辆荷载频值谱简化为由疲劳荷载模型车辆组成的实用频值谱 ,得到了由日常运营车辆组成的荷载频值谱 .根据车辆组成的荷载频值谱 ,建立了广州市高架桥疲劳荷载车辆模型 .所建立的疲劳荷载车辆模型 ,可供广州市其他高架桥梁疲劳损伤验算或疲劳设计时参考 .

改进的桩土界面荷载传递双曲线模型及其在单桩负摩阻力时间效应研究中的应用

桩土界面荷载传递模型对预测桩的承载变形性状有重要影响。本文在总结前人研究成果的基础上,改进了反应桩土界面荷载传递性状的双曲线模型。改进后的模型可以描述随着地基土的固结,桩侧土初始剪切刚度随时间增长及桩土界面的加载、卸载循环剪切特性。利用该模型分析了大面积堆载下,在桩顶作用大小不同的竖向荷载以及桩侧土达到不同固结度时再施加桩顶荷载情况下,桩身摩阻力的发展变化规律。研究结果表明:随着地基土的固结,桩身中性点位置处于一个变化过程中,桩顶作用的荷载大小不同,桩身中性点位置也不同;地基土固结一段时间后再打桩能减小桩侧负摩阻力。

近距离爆炸比例爆距的界定标准及荷载模型

如何准确界定“近距离爆炸(close-in explosion)”一直是防护工程研究领域的热点。本文中基于已被充分验证的精细化有限元模型,研究了TNT球形装药自由场爆炸冲击波传播与爆轰产物高速膨胀共同作用的特点和规律,发现在比例爆距小于0.80 m/kg^(1/3)的范围内,爆轰产物对刚性壁面的爆炸荷载影响显著,提出球形装药近距离爆炸的比例爆距界定标准为0.30~0.80 m/kg^(1/3)。研究发现,在近距离爆炸下,爆炸波在入射角为0°~5°范围内的刚性壁面反射荷载峰值会出现急剧下降的现象,这是由爆轰产物喷射的不均匀性和随机性导致的;近距离爆炸下,刚性壁面反射超压出现了两个峰值的现象,这是由冲击波和爆轰产物分别与刚性壁面相互作用导致的。提出了近距离爆炸情况下两个荷载峰值的计算公式,以及适合工程结构响应计算的简化荷载模型;揭示了近距离爆炸下刚性壁面反射超压的分布规律。