液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用简化分析方法

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用分析属于桩基桥梁抗震设计中的一个关键科学问题,而目前尚缺乏合理的简化分析方法。鉴于此,直接针对振动台试验,基于Penzien模型,建立了液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用的数值分析模型与相应的简化分析方法。通过振动台试验验证了数值建模途径与简化计算分析方法的正确性,可用于液化场地桩基桥梁结构地震反应的分析,并且特别考虑砂层中孔压升高引起的砂土承载力衰减效应,推荐了计算参数的合理选取方法;据此进行了桩径、桩土初始模量比、砂土内摩擦角、上部桥梁结构质量等重要参数对液化场地桩-土地震相互作用影响的敏感性分析。研究表明:在液化场地条件下,随桩径和桩土初始模量比的增大,桩的峰值加速度、峰值位移减小,而桩的峰值弯矩则增大;随砂土内摩擦角增大,桩的峰值加速度、峰值弯矩、峰值应力均增大,而桩的峰值位移则减小;随上部结构配重增大,桩的峰值位移、峰值弯矩均增大。

预估深基坑开挖对周边建筑物影响的简化分析方法

提出了预估上海地区深基坑开挖对周边建筑物影响的简化分析方法。首先根据上海地区的大量工程实测数据提出了地表沉降曲线的预估方法并验证了其合理性;然后提出了预估基坑开挖引起的建筑物附加变形的计算方法;最后给出了根据角变量来评估基坑开挖对建筑物影响程度的评判标准。具体工程实例给出了应用简化分析方法的详细流程,验证结果表明该方法能较好地预测基坑开挖对周边建筑物的影响。

点蚀孔腐蚀钢构件力学性能劣化简化分析方法

点蚀是一种局部和剧烈的腐蚀形态,导致钢结构构件力学性能退化,突然之间发生事故,对结构整体造成安全隐患.本文针对具有点蚀孔腐蚀特征的钢构件,提出一种通过等效弹性模量定量评价其力学性能劣化程度的简化分析方法.依据周期喷雾复合试验数据,以锈蚀率和最大点蚀深度为基础,对点蚀孔深度、直径及分布情况作出适当假定;考虑涂层寿命的影响,以锈蚀率相等为原则建立人工加速腐蚀试验和海洋大气条件下Q235钢构件腐蚀情况的转换关系.建立考虑点蚀影响的有限元构件模型,通过轴向均布力作用下的构件变形确定海洋大气环境不同暴露时间下点蚀构件的等效弹性模量,提出点蚀构件力学性能劣化分析的实用计算方法.数值算例验证了上述采用等效弹性模量分析腐蚀构件受力性能方法的正确性;计算结果表明,在相同锈蚀率条件下,点蚀构件的等效弹性模量低于均匀腐蚀构件.

土-地下结构体系地震反应的简化分析方法

基于Penzien提出的土-结构动力相互作用分析的集中质量模型,考虑等价土体的层间剪切刚度与阻尼效应,提出了土-地下结构动力相互作用体系地震反应分析的简化分析方法,选取具有不同地震动特性的Taft波、汶川地震什邡八角波和松潘波作为基岩水平向输入地震动,采用该简化方法和二维有限元法对土-地铁地下车站结构体系的地震加速度反应特性进行了对比分析,结果表明:简化方法计算的地铁地下车站结构峰值加速度反应大于二维有限元法计算的地铁地下车站结构峰值加速度反应,两者的差异与输入地震动特性有关,但其随地铁地下车站结构高度变化的总体趋势较为一致;随着输入地震动强度的增大,其差异程度也有所加大。该简化方法可合理反映土-地下结构体系的动力相互作用效应,可作为地下结构抗震设计分析的一种辅助方法。

考虑SSI效应的隔震结构体系简化分析方法

基于集总参数SR模型,建立了土-隔震结构相互作用体系动力特性的简化分析模型,给出了土-隔震结构体系动力特性参数的简化计算公式;在此基础上,改进了土-隔震结构体系层间剪力及层间变形的简化分析方法;通过本文方法的计算结果与振动台模型试验结果、《抗震设计规范》分析方法的计算结果对比分析,验证了本文提出的简化分析方法的可行性和易用性。对比分析结果同时表明隔震结构层间剪力的计算在小震时可不考虑隔震层转动效应的影响,而大震时应考虑隔震层转动效应的影响。本文提出的简化分析方法能够合理反映土-隔震结构体系的动力相互作用效应,为隔震结构方案设计时评估土-结构相互作用(SSI)效应的影响提供了简便有效的分析方法。

基于Meyerhof理论的临坡地基极限承载力简化分析方法

针对现有临坡地基承载力研究方法中采用竖向均布作用力代替基础埋深影响而不能充分考虑埋深内土体抗剪强度贡献的问题,引入Meyerhof理论.首先,基于临坡条形基础地基的工程特点,通过研究其破坏机理,构建出考虑临坡条形基础埋深内土体抗剪强度作用的单侧滑移破坏模式.然后,在此破坏模式研究基础上,基于Meyerhof理论求解基础埋深内土体抗剪强度影响作用的思路,通过引入刚体极限平衡分析方法,导出了能够反映临坡条形基础埋深内土体抗剪强度作用、基础距坡顶距离、基础两侧埋置深度不同以及基础两侧侧壁与土体摩擦作用影响的临坡条形基础地基极限承载力简化计算公式,较已有研究成果计算方法更简便,更具工程适用性.最后,通过工程实例计算分析并与现有研究分析方法对比分析,表明了本研究方法的可行性与合理性.

表层液化地基中结构与桩惯性相互作用简化分析方法

传统桩基础结构抗震设计中一般认为忽略结构与桩基础相互作用影响使得结构所受惯性作用计算结果偏于保守,但对几次强震中地震动反应谱和桩基础结构震害特征的总结与分析表明,液化作用和结构与桩基础相互作用可能导致桩基础结构惯性作用增强。通过可液化地基中桩基础结构的动力离心模型试验手段,分析了地基液化对结构与桩惯性相互作用的影响,发展了适用于表层液化地基中的结构与桩惯性相互作用的简化计算方法,并利用该方法对文中及Wilson等的离心模型试验进行分析,得到的结构加速度与试验结果吻合较好,从而验证了方法的有效性。

核电厂安全壳土‐结构相互作用地震反应简化分析方法

核电厂安全壳的土‐结构相互作用分析中,地基土体的简化是非常重要的。为了与采用已有的基于MSC.Marc二次开发的土体静力和地震非线性分析方法得到的有限元结果进行对比,验证地基土体简化的适用性,在对土‐结构相互作用体系进行简化时,选用国内某已建成的第三代核电站安全壳作为土‐结构体系的上部结构,并采用文献中给出的集中质量法对其进行简化。为模拟下部结构地基土体提出两大类简化模型:第一类模型是参考《动力机器基础设计规范》(GB50040─96)给出的,称为"动力规范"简化模型;第二类模型,是将地基土体分为多层,称为层层简化模型。采用所提出的两类简化模型得到的简化方法对该安全壳算例的地基土体进行简化,并将其土‐结构相互作用地震反应分析结果与有限元法分析的结果做比较,结果表明通过在地基质量、土体模型自由度、抗剪刚度等方面进行逐步改进的层层简化法是可靠的。该简化法可作为一种合理实用的核电厂安全壳土‐结构相互作用简化分析方法,用于安全壳土‐结构相互作用的初步分析。

基坑预留土台的简化分析方法研究

利用有限元软件对基坑预留土台对围护结构的内力及变形的影响规律进行研究,并对预留土台作用下围护桩的内力及变形的简化计算方法进行探讨。分析结果表明,预留土台的存在对减小围护桩的内力及变形具有显著的作用,且随着预留土台宽度、高度的增大,围护桩的内力及变形呈明显的减小趋势,但当预留土台宽度增大至约1倍开挖深度时,围护桩的变形逐渐趋于稳定。当计算预留土台作用下的围护桩变形及内力时,先利用弹性地基梁法计算该开挖深度下的围护桩的变形及内力,然后乘以预留土台的面积折减系数,即可得到预留土台作用下的围护桩变形及内力。经实际工程验证,采用该简化计算方法可较为简便地计算预留土台作用下围护桩的内力及变形。

一种轻质混凝土暗肋楼板及其简化分析方法

为研究轻质混凝土暗肋楼板结构的计算方法,以每行或每列轻质混凝土填充材料中心连线为分界线对楼板划分为多个计算板带。根据截面面积和惯性矩相等的原则,将各个板带的不规则截面等效换算为规则的工字型截面,并利用有限元数值模拟方法对简化后楼板进行了不同等级砖荷载作用下的力学计算,同时,对未做简化的楼板进行了数值模拟分析。将得到的两类有限元模型下的数值模拟结果与现有试验测试结果进行对比分析,验证了简化楼板有限元模型模拟结果与试验值吻合良好,简化分析方法是可行的,未作简化的有限元模型模拟结果与试验值误差较大,但是变形趋势一致。

基于桩网路堤简化分析方法的参数研究

为研究桩网路堤各影响参数对其传力机制与变形特性的影响,通过理论推导得出了桩网路堤简化分析方法,采用该方法对桩网路堤进行参数分析.首先,综合考虑路堤填土土拱效应、地基支承作用和土工格栅效应,采用抛物线方程描述土工格栅变形,推导得到了针对正方形布桩型式的桩网路堤的分析方法;其次,通过与现场试验和目前主流设计方法对比分析,验证了本文计算方法结果可靠、计算过程简便;最后,采用该理论方法针对路堤高度、土工格栅刚度、地基软土厚度、软土模量对格栅张力、地基最大沉降和应力集中比的影响规律进行系统分析,在此基础上,引入非重复性二次方差分析对各参数的影响程度进行了量化对比.研究结果表明:格栅张力与路堤填高、格栅刚度、地基软土厚度成正相关关系,与软土模量成负相关关系;地基沉降与路堤高度、软土厚度成正相关关系,与格栅刚度、地基软土模量成负相关关系;应力集中比与路堤高度、格栅刚度、地基软土厚度成正相关关系,与地基软土模量成负相关关系;降低地基软土厚度和增大软土模量是保证土工格栅正常工作情况下尽可能增大应力集中比的有效手段;缩小桩间距或采用大桩帽,其优化效果好于提高格栅抗拉刚度.

土钉墙稳定性的一种简化分析方法

根据土钉墙的实测结果和理论分析，提出一种上钉墙稳定性分析的简化方法，可用于土钉墙的初步分析。对两个实际工程的计算表明．该方法具有一定的实用价值。

液化场地-群桩-上部结构动力相互作用简化分析方法

基于已完成的液化场地-群桩基础-上部结构体系动力相互作用大型振动台模型试验,采用API规范推荐的p-y曲线模型,将液化自由场动力分析得到的土体位移时程和孔压比时程作为简化分析模型的外部输入条件,在OpenSees有限元平台中建立了液化场地-群桩-上部结构系统动力相互作用简化分析模型。模型综合考虑了地震荷载作用下的砂土液化效应、群桩效应以及承台与土之间的动力相互作用。基于建立的简化分析模型,分析地震荷载作用下液化场地-群桩-上部结构系统中桩基和上部结构的动力响应,并与振动台模型试验结果进行对比。对比表明,两者结果均较为吻合,验证了本文数值建模过程以及所提出的简化分析方法的可靠性。

基于液化效应的地下结构动力反应及简化分析方法研究

为了分析液化条件下的地下结构动力反应以及得到相应的简化分析方法,采用数值计算方法,基于ABAQUS软件平台,获得了液化场地的孔压效应,得出了液化场地对地下结构动力作用影响,分析了地下结构的损伤特性和变形特征。结果表明:随着峰值加速度的增加,场地的液化区域逐渐增大,孔压比的极大值区域出现在地下结构顶板上方;由于上覆土层的影响,地下结构的损伤以压缩损伤为主;在相同地震动作用下,液化场地中的地下结构损伤程度大于非液化场地中的地下结构损伤程度,并且得出地下结构的变形是以侧向变形为主。针对液化场地对地下结构的作用效应,建立土-地下结构体系的简化力学模型,得出液化土体中地下结构侧向变形的解析解,并通过了数值分析结果验证了该简化分析方法正确性和可行性。

地下结构地震作用的简化分析方法研究

随着地下结构建设的飞速发展,地下结构工程师不仅面临众多的地下结构静力设计问题,同时也面临着抗震设计问题。目前,利用大型商业软件对地下结构的动力时程分析及模型试验研究已开展较多,但其研究成果还较难应用于实际的地下结构抗震设计之中。同时,我国抗震设计规范还处于研究、发展阶段。因此,建立一套便于工程应用的简化抗震设计方法是十分必要的。本文首先从地下结构拟静力解析解方面着手,采用弹性解析解的方法探讨了自由场变形与地下结构变形之间的相互关系;然后,采用数值模拟的方法,对自由场与地下结构的动力反应特性进行了系统研究,提出了地下结构简化设计方法的基本思路,在此基础上,基于子结构法分别对反应位移法、静力有限元法进行了理论推导及方法改进;最后,介绍了地下结构弹塑性分析方法,并对地下结构拟静力实验进行了数值模拟。本文主要研究工作及研究成果如下:(1)基于解析解的自由场与地下结构变形拟静力关系研究。基于平面弹性复变函数理论分别对圆形地下结构和矩形地下结构进行拟静力解析求解,明确了地下结构拟静力解析求解的基本方法。同时,对Wang、Penzien、Bobet、Park和Huo的方法进行了系统分析,并探讨了接触条件和泊松比对地下结构变形系数的影响。(2)自由场与土-地下结构散射场关系研究。采用数值模拟的方法,研究了在P波和S波作用下,含地下结构散射场及相应的自由场的动力反应,对比分析了地下结构顶板与底板相对位移及自由场相应位置处相对位移最大时刻对应的加速度、应力等动力特征及整个时程的最大值的特征规律。通过这些动力特征分析,找出自由场与土-地下结构散射场二者的动力特性之间的联系,并以此探讨了地下结构简化抗震设计方法的可行性及研究方法。(3)反应位移法理论推导及改进。基于子结构法对反应位移法的原理进行了理论推导,提出了地基弹簧系数的多种求解方法并对地震荷载(剪应力、土层位移差等效荷载以及惯性力)的求解方法进行改进,通过算例对改进的反应位移法与规范中的反应位移法和整体动力时程分析方法进行对比分析,验证了改进反应位移法的实用性。(4)静力有限元法理论推导及改进。基于子结构方法对静力有限元方法进行了理论推导,对现有的静力有限元方法(强制边界位移法、反应加速度法、反应应力法)进行了对比研究,提出了静力有限元计算模型,并验证了该方法的实用性。(5)地下结构弹塑性简化分析方法。采用地基刚度衰减的方法,对规范中反应位移法、改进反应位移法以及静力有限元法在土体弹塑性条件下的计算结果与动力时程方法进行对比,验证了这3种方法在土体弹塑性条件下的计算精度。同时,采用数值模拟的方法,模拟了地下结构拟静力条件下的弹塑性反应。

一种舰艇水下爆炸冲击响应的简化分析方法

针对舰船设计初期缺少水下爆炸冲击响应预估方法的问题,提出了一种将DDAM方法和Taylor平板理论相结合的舰艇水下爆炸冲击响应理论模型。该理论模型根据Taylor平板理论将船底简化为自由平板,根据DDAM方法将船体结构各层甲板简化为质量-弹簧系统以模拟各层甲板对底舱的反作用。计算得到了船体结构各层甲板冲击响应,并与缩比模型试验数据进行了对比验证。结果表明这种简化分析方法能够较好模拟舰艇舱段各层甲板在水下爆炸的冲击响应,可为舰艇设计初期的冲击环境预估提供借鉴。

四种地下结构抗震设计简化分析方法对比

在地下结构抗震设计简化分析方法中,强制反应位移法将土层变形施加在有限元模型侧边界模拟地震作用,反应加速度法将土层加速度施加到整个有限元模型上模拟地震作用,此外还有仅将土层加速度施加到土层模型上模拟地震作用的方法。上述方法均规避了反应位移法中关于弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率。本文以1个双跨箱形结构为例,用动力时程分析的计算结果作为校核,分析了强制反应位移法、反应加速度法和仅将土层加速度施加到土体中的简化分析方法在不同侧边距条件下的计算精度,再结合常用的反应位移法,对比分析了4种简化分析方法的误差。分析结果表明:使用强制反应位移法时,侧边距取为1倍结构宽度导致的误差最小,反应加速度法和仅在土体施加加速度的简化方法对侧边距取值不敏感,反应位移法在角点造成的误差最大。

连续梁在周期荷载下的动力稳定性简化分析方法

对于一般任意支撑的连续梁结构动力稳定性问题,已有的计算方法求解过程都很复杂,给工程设计带来极大的不便.本文提出了一个简化的分析方法,利用现有的商业软件,只需求得连续梁的自然频率及静力屈曲(失稳)荷载,就可容易得到结构的动力失稳区域,当考虑结构阻尼对不稳定区域的影响时,可将阻尼矩阵表达为Rayleigh阻尼的形式.研究结果表明:采用本文计算方法与已有的理论计算方法得到的连续梁主参数共振的不稳定边界非常吻合,而本文计算方法更为简单,计算结果可靠,计算精度高,可满足工程设计的需要.

基于DNV规范的水下产品安装简化分析方法

在深水油气开发中,水下产品的海上安装越来越具有挑战性,尺寸和重量更大的水下产品需要在环境条件恶劣的深水海域安装。水下产品的安装分析方法一般可分为时域软件模拟、经验公式计算和模型试验3种类型。基于DNV-RP-H103规范,总结了水下产品安装模拟的简化分析计算方法。采用该方法能够快速准确得到较为保守的分析结果,可以作为深水水下产品结构设计的载荷依据。该方法已经在国外实际工程项目中得到检验,对国内深水水下产品的海上安装工况分析和结构设计具有一定的指导意义。

群桩相互作用系数简化分析方法

根据Cooke的实测结果,提出利用单桩的位移场来计算相互作用系数,经过实例分析比较,证明该计算方法不但计算简单,而且可以给出更符合实际情况的相互作用系数。