深厚软土区桩柱式桥墩临界荷载简化计算方法

现有桩柱式桥墩临界荷载简化计算方法在大多数情况下计算误差较大,适用性有限.在利用软土区现场桩基屈曲实验结果标定的基础上,采用基于特征值屈曲分析的有限元方法对有典型桩柱式桥墩的临界荷载进行了计算并与现有简化计算方法结果进行了对比,指出了现有简化计算方法的适用范围,发现现有简化方法不适用于软土区桩柱式桥墩计算.在大量桩柱式桥墩有限元特征值屈曲分析数据的基础上,采用随机森林算法对计算结果进行分析,得到可以计算桩柱式桥墩计算长度的随机森林模型以及各影响参数重要性指数分析结果.最后以现常用简化公式为基本形式,纳入随机森林算法给出的重要参数,通过回归分析,提出了深厚软土区桩柱式桥墩临界荷载的简化计算方法.

考虑轴向均布荷载的细长压杆临界荷载近似解析解

计算细长压杆临界荷载时,若考虑轴向均布荷载,则只能求得数值解,不能得到解析解。为获得近似解析解,建立了细长压杆屈曲时的势能函数,由势能驻值原理导出稳定方程进行求解。受既有2种细长压杆的傅里叶级数型挠曲线的启发,采用数学软件Maple 18对基本三角函数或其乘积进行循环测试,逆向筛查出另外8种既满足位移边界条件又满足内力边界条件的傅里叶级数型挠曲线,求得10种细长压杆临界荷载的近似解析解。结果表明:临界荷载与轴向均布荷载成准线性关系。若在所得解答中令轴向均布荷载为零,则可得细长压杆的欧拉临界荷载;若令上端中心轴向荷载为零,则可得细长压杆的均布临界荷载。若考虑轴向均布荷载,支座位置互换后临界荷载一般会有特别显著的变化。比较所得解答与有限元数值解发现:所有细长压杆的两种解较一致,即所得解答能满足预期要求。

环形桥塔侧倾稳定临界荷载的解析计算方法

本文以自锚式悬索桥的环形桥塔为研究对象,基于曲线构件的空间弯扭变形的基本方程,获得环形塔侧倾时的弯扭变形能和荷载作用产生的外力势能,采用能量法推导出了环形桥塔的侧倾失稳临界荷载的解析解,提出了环形桥塔侧倾失稳临界荷载的计算方法。通过实例,将本文的理论计算值与有限元计算结果比较,验证了本文给出的计算方法的正确性。本文还分析了环形桥塔的半径、圆心角和截面刚度等参数的变化对环形桥塔侧倾稳定性的影响,研究结果表明环形桥塔的侧向抗弯对其侧倾稳定性贡献较大,而环形桥塔的半径与圆心角的选取对其侧倾稳定性的影响应获得重视。

基于能量法和有限元法的四边简支矩形薄板屈曲临界荷载分析

结构的稳定性能直接关系到安全性和经济性,尤其是近代以来高强材料和薄壁结构的使用,稳定问题显得更加重要。本文介绍了四边简支矩形薄板在纵向集中荷载作用下的压屈以及用能量法求临界荷载的方法,通过一个实例,采用能量法及有限元法分析了该结构的屈曲稳定性能。分别选取一项三角级数和两项三角级数作为挠度表达式代入能量法公式中进行计算,并讨论了选取两项三角级数作为挠度表达式时的取值方法。使用ABAQUS对矩形薄板进行了特征值计算,结果证明,数值计算结果略大于能量法的理论解,能量法的理论解更偏安全。

工程结构整体屈曲的临界荷载分析

很多工程结构的承载力取决于整体屈曲分析所确定的稳定承载能力．一般认为特征值屈曲计算值是非线性屈曲计算值的上限,而且按照第一阶屈曲模态施加初始缺陷必将减小临界荷载,通过数值计算表明实际工程中会出现相反的结果,并根据屈曲理论研究了上述现象的机理．比较了不同的屈曲类型屈曲后平衡路径的发展特征及其缺陷影响,采用若干典型结构作为算例对特征值屈曲分析进行探讨,发现其适用范围为直柱、框架及平板结构,并以实际结构为例进行了验证．通过分析得知:不同类型的屈曲形式有着不同的缺陷敏感性;屈曲后平衡路径的发展特征决定了特征值屈曲分析的偏差情况;对极值点屈曲的结构进行临界荷载分析,需要施加正负缺陷进行比较以得到最低临界荷载值．

考虑斜坡效应的基桩屈曲临界荷载分析

以某实际工程桩为原型,根据相似理论设计并完成了斜坡基桩竖向承载室内模型试验,分析了不同坡度及桩长条件下斜坡基桩屈曲临界荷载,获得了基桩屈曲临界荷载理论计算公式及拟合公式。研究表明:竖向荷载作用下,基桩荷载-位移曲线均无明显拐点,且桩顶沉降、水平位移均随坡度或桩长的增加而增大,斜坡基桩的屈曲失稳破坏模型非常显著。斜坡基桩的屈曲临界荷载值由桩顶沉降和水平变形共同控制,斜坡坡度越大或基桩自由段越长,其屈曲临界荷载及竖向承载折减系数越小,斜坡效应越明显。对比分析表明,由理论公式和拟合公式计算得到的结果与模型试验结果均吻合较好,最大误差尚不足10%,验证了模型试验、计算理论及拟合公式的合理性,其成果可以为实际工程设计提供参考。

单双层球面扁网壳连续化方法非线性稳定理论临界荷载的确定

连续化方法是研究网壳结构稳定问题的一种重要途径,目前用连续化理论分析球面扁网壳的稳定问题还存在欠缺和不足。运用经典的壳体理论,将单层和双层球面扁网壳等代为实体薄壳并建立非线性稳定理论混合法基本方程,再用李兹法求出球面扁网壳上下临界荷载计算公式。通过参数分析,首次从1000多个算例中得出了正三角形网格单层和双层常用球面扁网壳临界荷载系数的精确解。与国内外现有文献的计算公式相比,结果更为完善和正确。即便在有限元技术日益成熟的今天,用连续化方法计算的网壳结构临界荷载仍然对工程设计有重要指导作用,也是有限元方法分析网壳稳定性的对比和补充。

高墩-群桩体系临界荷载计算

考虑桩-土相互作用对上部高桥墩稳定性的影响,基于力效相等原则,通过力法原理,将群桩基础进行等代以模拟桩土作用,导出了单肢高墩-群桩体系在竖向荷载作用下的屈曲临界荷载计算公式.通过工程实例验证了本文方法的可行性,分析了桥墩刚度和高度对体系稳定性的影响.结果表明:桥墩的刚度和高度是影响体系屈曲性能的两个重要因素,但当墩高及其刚度值超过某一界值,体系的临界荷载趋于一定值,即结构的屈曲破坏不是一个材料破坏的问题,而是体系存在一最优墩桩刚度比和长度比,使得墩-桩-土三者共同工作最协调.

连续刚构桥组合式桥墩临界荷载分析

根据弹性稳定理论中的瑞利-里兹法,推导了连续刚构桥中由双薄壁墩与独墩组合而成的组合式桥墩在悬臂施工阶段面外失稳临界荷载计算公式。结合工程实例,探讨了双薄壁墩与独墩分界点位置对临界荷载和失稳模态的影响。给出了组合式桥墩计入其自重作用的弹性稳定系数计算公式以及双薄壁墩与独墩分界点位置的建议值。

用能量法确定考虑冻胀力和冻土抗力作用时桩基的临界荷载

借鉴经典欧拉弹性稳定理论,建立了冻土地区自由桩稳定理论的能量方程,再用能量法求解出在冻胀力和冻土抗力作用下桩屈曲临界荷载计算的通用公式。在ANSYS中用离散弹簧单元模拟桩侧冻土的弹性抗力作用,以昆仑山多年冻土地区桩基试验场试验桩为例,进行有限元法求解。两种方法的计算结果吻合较好,最后通过参数分析得出冻土地区影响桩基稳定性的主要因素。

基于统一强度理论的地基临界荷载公式

基于统一强度理论,按照临界荷载公式的推导方法,得到地基临界荷载的统一解公式。Mohr-Coulomb强度理论计算的结果为其特例。把计算结果与《建筑地基基础设计规范》中的结果进行了对比分析,认为当不同程度地考虑中间主应力σ2的影响时,可以有效地发挥地基的强度潜能。并通过实例计算了统一强度理论参数b取不同值时地基承载力特征值,并进行了对比分析。

考虑桩侧土抗力时超长桩的临界荷载计算

桩侧土体的弹性抗力假定为两部分组成,通过选择合适的桩柱挠曲变形函数,用瑞利—里兹法求解其临界荷载,分析桩周土抗力模式对超长桩的临界荷载及计算长度的影响关系。

弯曲型支撑框架结构的临界荷载与临界支撑刚度研究

框架剪力墙体系是一种普遍采用的支撑体系 ,在高层建筑中表现为弯曲型特性 .在刚性模型分析和大量有限元计算结果的基础上 ,建立了弯曲型支撑刚度与框架临界荷载的简单关系式 ,得到了无侧移框架临界支撑刚度的表达式 .方法简单易用 ,同时计算结果与有限元分析符合得很好 .计算表达式可以作为结构稳定性设计中区别有侧移框架和无侧移框架的标准 ,也可用于非完全支撑框架临界荷载的计算 ,对于高层、超高层建筑的支撑设计和结构稳定计算具有重要意义 .

结构地震临界荷载的上、下限问题研究

本文介绍了利用变分原理推导的拟势能原理和拟余能原理，把拟势能原理和拟余能原理应用到结构地震临界荷载分析中，从而提出了一种计算结构地震临界荷载的新方法，同时从理论上论述了为什么利用拟势能原理和拟余能原理可以分析结构地震临界荷载的上、下限问题．

非饱和土临界荷载和太沙基极限承载力解析解

基于非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解,综合考虑中间主应力、基质吸力和超固结比等影响,推导了非饱和土条形地基临界荷载和太沙基极限承载力解析解,并得出统一强度理论参数、基质吸力和超固结比对解析解的影响规律.研究结果表明:该解析解具有很好的可比性,临界荷载公式适用于任意侧压力系数;临界荷载和太沙基极限承载力均随着统一强度理论参数和基质吸力的增大而显著增加;临界荷载与超固结比近似成线形递增关系,不同基质吸力所对应的临界荷载间相互平行.

斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载解析解

以新型空间拱桥——斜靠式拱桥为研究对象,提出斜靠式拱桥发生侧倾失稳时主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向受力模型,基于Ritz法,构造桥梁各主要构件的变形能、外力势能以及吊杆非保向力势,首次推导出斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的解析解,并通过与有限元计算结果比较,验证该解析解计算公式的正确性。进一步分析稳定拱肋、吊杆非保向力、以及主拱肋与稳定拱肋间横撑对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的影响。研究结果表明:①增设稳定拱肋可使桥梁侧倾失稳临界荷载提高1.6～1.8倍左右,同时随着稳定拱肋倾角的增加,临界荷载呈增大趋势;②受吊杆非保向力以及桥面系的影响,桥梁侧倾失稳临界荷载可提高约3.5倍左右;③横撑的径向抗弯刚度对斜靠式拱桥侧向失稳临界荷载影响较大。

考虑荷载埋深与K_0变化的地基临界荷载

传统的地基临界荷载计算方法将荷载埋深土体等同于超载,没有考虑荷载埋深对地基附加应力分布的影响,也没有反映静止土压力系数变化对地基自重应力的影响。基于分布荷载作用于地基内部的附加应力计算公式,同时考虑静止土压力系数随地基土内摩擦角变化条件下,计算分析了地基的临界荷载。计算结果表明,假设静止土压力系数恒等于1高估了地基的临界荷载,静止土压力系数的变化对地基临界荷载的影响不可忽略。考虑荷载埋深的影响则使地基附加应力显著降低,当荷载埋深为1倍荷载分布宽度时,竖向附加应力相对于无埋深条件最大降低了29.3%,临界荷载也提高了38.4%～44.6%。考虑荷载埋深对地基附加应力的影响后,埋深对地基临界荷载的影响不再是线性的,当埋深较大时,埋深的影响随埋深的增加逐渐减小。

风吸力下蒙皮支撑Z形檩条临界荷载的简化计算方法

檩条在实际应用中总是受到屋面板对它的侧向支撑和扭转约束作用,即蒙皮支撑作用。工程设计时考虑风吸力下蒙皮对檩条的支撑作用能够有效降低经济成本,但是目前我国有关规范给出的设计算法过于复杂,极大地降低了工程设计效率。引入经典的有限元模型,采用参数分析方法,讨论了檩条腹板高厚比、檩条翼缘宽厚比、檩条侧向长细比、蒙皮对檩条的扭转约束刚度4种参数对风吸力下Z形檩条弯扭屈曲临界荷载的影响。在参数分析的基础上,提出了一个考虑蒙皮支撑作用的风吸力作用下Z形檩条临界荷载简化计算公式。对比简化公式算法与我国门式刚架规程算法,发现两种方法计算结果非常接近,且与有限元分析结果相近,验证了公式的准确性。简化算法过程和形式简单,能高效准确地获得蒙皮支撑的Z形檩条在风吸力作用下的临界承载力,可提高工程设计效率。

单边超载作用下的地基临界荷载

传统的地基临界荷载计算公式只适用于地基超载为对称的情况,无法直接应用于非对称超载情况。沿用传统地基临界荷载推导方法,推导并计算了只有一边有超载条件下的地基附加应力和临界荷载。计算分析结果表明:相对于无超载情况,单边超载使地基附加应力的影响深度和宽度均增大,且向有超载一侧偏移的趋势;在单边超载和地基临界荷载的作用下,地基的塑性区不再是对称的,而是只出现在和超载相对的一侧。单边超载对地基临界荷载的影响有限,基本可以忽略不计,这也定量地验证了规范(GB50007)关于非对称超载条件下地基临界荷载规定的合理性。

轴向均布荷载下弯剪型竖向悬臂杆的屈曲临界荷载简化算法

根据竖向悬臂杆的边界条件、弯曲及剪切屈曲侧移曲线,选取了含有三角函数的表达式来近似表示竖向悬臂杆的弯曲分量和剪切分量,然后利用能量法推导了在轴向均布荷载作用下弯剪型悬臂杆的屈曲临界荷载简化计算公式.通过与有限元计算结果对比,验证了简化算法的可靠性.最后,将本文提出的竖向均布荷载作用下临界荷载计算公式与Timoshenko提出的顶点集中荷载下临界荷载经典理论公式进行对比,发现本文提出的临界荷载计算公式多了一个无量纲的系数,通过参数分析,研究了该系数对公式计算精度的影响.