Stochastic Response Analysis of Piled Offshore Platforms to Earthquake Load

In this paper, using the theory of stochastic analysis of the response to earthquake load, a stochastic analysis method of the response of piled platforms to earthquake load has been established. In the method, the strong ground motion is considered as three dimensional stationary white noise process and the pile-soil interaction and water-structure interaction are considered. The stochastic response of a typical platform to earthquake load has been computed with this method and the results compared with those obtained with the response spectrum analysis method. The comparison shows that the stochastic analysis method of the response of piled platforms to earthquake load is suitable for this kind of analysis.

基于有限元分析的雷达天线阵面防风能力安全性研究

针对雷达天线阵面防风能力的安全性问题,对雷达天线阵面的结构荷载和风荷载进行受力分析;建立了雷达天线阵面有限元模型;基于ANSYS软件进行仿真计算,找出了天线阵面的最大应力部位,计算结果表明:所设计的雷达天线阵面防风能力符合安全性要求,可为雷达天线阵面防风能力的安全性研究提供理论依据和设计指导。

近距空爆载荷作用下叠层薄板抗爆机理数值分析

为探讨战斗部近距爆炸下大尺寸叠层薄板的抗爆机理,结合模型试验,采用有限元对近距空爆载荷作用下固支叠层方板的爆炸载荷、变形过程、应变分布和变形吸能情况进行了数值分析,并与相同材料同等总厚度的单层方板进行了比较。在此基础上,进一步分析了层间间距、叠层层数和边界条件对叠层板抗爆性能的影响。结果表明,较单层板而言,试验工况下叠层板的变形吸能较大,但其最大应变较小且应变分布更为均匀;而在极限应变状态下,叠层板变形吸能较单层板有很大提高;适当增大层间间距能一定程度地提高叠层板的抗爆变形能力,但过大的层间间距不利于叠层板的整体协调变形;层数的增加能提高叠层板的抗爆变形能力;简支边界条件较固支边界条件而言,能更充分地发挥叠层板的抗爆变形吸能能力。

边坡工程中受压微型桩的屈曲分析

建立考虑土体抗力的微型桩组合抗滑结构中受压桩计算模型,进行受压微型桩屈曲分析。地基抗力的分布型式分别采用常数法、m法和k法,运用基于虚位移理论的伽辽金方程,推导受压微型桩屈曲临界荷载的理论计算公式,进而导出压杆计算长度系数。结果表明,理论公式计算结果对土体参数的取值十分敏感;地基抗力的分布型式采用m法和k法计算得到的长度系数随αl的增大极速衰减,偏离实际;对长细比较大的微型桩,地基土抗力型式使用常数法分布得到的计算结果较为合理。

钢-混凝土混合结构体系屈曲模态判别标准及临界荷载简化算法

为了研究核心筒支撑作用对屈曲模态和屈曲临界荷载的影响,建立了钢-混凝土混合结构体系简化力学模型,并在大量有限元分析的基础上,研究了钢-混凝土混合结构体系中框架和支撑两部分之间的相对强弱关系对屈曲模态的影响。根据屈曲模态不同,将钢-混凝土混合结构体系划分为4种类型,归纳出可靠的屈曲模态判别标准,并提出了与各类屈曲模态对应的临界荷载简化算法。研究结果表明:该简化算法计算结果准确、可靠,可供设计人员采用。

蜂窝圆孔型组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

为研究蜂窝梁对组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响,分别制作了1/3缩尺的实腹式组合梁柱子结构(WUF)和蜂窝圆孔型组合梁柱子结构(WUFC)试件,并对两试件进行中柱失效工况下的静力加载倒塌试验。试验结果表明:试件WUFC破坏模式为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先发生断裂,随后,左右边柱节点处梁翼缘也发生断裂;而试件WUF的破坏模式仅表现为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先出现断裂,进而裂缝沿螺栓孔竖向发展并最终贯通被剪坏。两试件的变形形态与内力发展趋势相似,但试件WUFC具有更好的变形能力,二者抗力机制可划分为压拱效应阶段、梁机制阶段与悬链线机制阶段,在压拱效应阶段,由于开孔削弱了组合梁的抗弯刚度,试件WUFC的初始刚度较试件WUF下降了8.5%;在悬链线机制阶段,WUFC的悬链线机制得到了充分发展,WUFC的最大承载力和失效位移较WUF分别增大了42.7%和31.9%;梁腹板适当开孔有利于组合梁梁端节点转动与轴力的发展。通过ABAQUS对两个试件进行精细化建模,并与试验结果对比验证了有限元建模方法的正确性。通过对足尺模型的数值模拟研究了径高比、孔间距、孔边距等关键参数对试件WUFC抗倒塌性能的影响,数值分析结果表明:为保证试件WUFC具有良好的抗倒塌性能,径高比宜取50%~70%,孔间距宜取1.0~1.4倍的梁高,孔边距宜等于梁高。

结构型隐身复合材料吸波及动/静态力学性能研究

在纤维增强树脂基复合材料中添加代号分别为S-5,S-1A,HT,XF-4b,SM,TX,XF-2微米级颗粒吸收剂,在保证良好隐身性能的前提下,赋予了材料一定的力学性能。对应于10dB隐身水平,平板试样的有效吸收频带宽度大约在10GHz。非标准试样的动态力学性能测试结果表明:本结构型隐身材料具有良好的抗冲击性能,然而,标准试样的静态拉、压、弯、剪等指标低于传统结构材料。

火灾与撞击联合作用下钢管混凝土柱力学性能研究

为研究火灾高温与撞击联合作用下钢管混凝土柱的力学性能,基于ABAQUS建立了高温作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱侧向撞击有限元模型。首先,对高温与撞击联合作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱的破坏模式与受力全过程进行了分析,探讨了高温下钢管混凝土柱的抗撞性能与工作机理;其次,重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及撞击能量对抗撞性能的影响,并给出了相关设计建议。研究结果表明:高温与撞击联合作用下,钢管混凝土柱主要发生受弯破坏;受火15 min后,构件抗撞性能明显降低。轴压力对构件抗撞性能产生不利影响,轴压比从0增加到0.2,受火60 min构件抗撞性能下降了7.8%;混凝土强度对高温下钢管混凝土柱抗撞性能有显著影响,受火90 min后,混凝土强度由30 MPa增加到50 MPa,构件抗撞性能提高约85%;外钢管强度与含钢率对高温下抗撞性能影响不大。

荷载对盾构隧道管片力学性能影响的模拟分析

为了解荷载对盾构隧道管片的影响,基于混凝土塑性损伤本构模型,考虑内置钢筋、连接螺栓与管片间的非连续性接触,进行了荷载作用下管片受力破坏全过程的有限元模拟分析,研究了管片混凝土、连接螺栓与内置钢筋的力学性能变化,并探讨了土体抗力系数对管片受力与变形的影响。结果表明:在荷载作用下,管片封顶块与标准块接头内侧张开外侧压紧,邻接块接头外侧张开内侧压紧,管片初始破坏位置处于拱底处内侧,以纵向裂缝为主,最终形成网状裂缝;管片受力与变形受土体抗力系数影响显著,其椭圆度、接头张开量、螺栓、钢筋应力随土体抗力系数的增大而减小。

台阶式双面加筋路堤地震响应规律研究

双面加筋路堤是一种较为新型的路堤形式,由于其优良的抗震性能而被越来越广泛地运用于道路建设工程中,而很多双面加筋路堤因工程建设需要分级设计为台阶型。然而国内外对该结构的抗震规律及性能的研究较少,且各类规范并未针对性提出明确的抗震设计方法。在前人的研究基础上,应用非线性动力有限元法分析了双级台阶式双面加筋路堤在地震作用下的响应特性。对填土应用小应变硬化土模型进行了模拟,在模型中考虑了模块面板间以及面板与土体之间的动力作用。为了深入理解加筋土结构的地震动力响应规律,选取了世界各地一类场地上的18条地震动作为地震输入,这些地震动的频谱特性和强度均有较大区别,但是地震的峰值加速度均调幅为0.4g(g为重力加速度)。结果表明:合理的台阶设置能有效减小结构震后变形,提高整体抗震稳定性;台阶式双面加筋路堤的地震位移模式主要受输入地震动频谱特性和结构自振频率性质的共同影响,台阶宽度的变化改变了结构质量及刚度的分布,一定程度影响了结构的振动形态。本研究建立起结构整体筋材最大拉力与输入地震动Arias强度(I_(A)^(input))、地震持续时间T_(d)、台阶宽度C、地震卓越频率f_(i)以及结构固有频率f_(r)的拟合关系式,从一个侧面定位了这些影响因素对双面加筋路堤抗震性能的影响。经过研究,在实际工程中应控制面板附近土体的压实度,使其满足工程要求,合理设置台阶和台阶宽度,可以减少路基在地震作用下顶部的不均匀沉降和面板的侧向位移;在路堤结构底部筋材拉力较大部分,可通过设置抗拉强度更大的筋带来增强整体结构的稳定性。研究结果可以为实际工程设计提供参考。

BA01-TX型对数周期天线系统力学分析报告

本文主要对一种对数周期天线系统在实际使用情况下的力学状况进行分析，并对天线系统在两种使用方式下的抗风强度和抗倒覆能力进行计算验证，以便为用户提供可供借鉴的力学数据。

高温下及高温冷却后中柱失效足尺RC梁-柱子结构抗连续倒塌性能

为研究RC框架结构在受火工况下的破坏机理以及抗连续倒塌机制,基于热-力顺序耦合方法建立了足尺的三维有限元数值模型。在验证模型准确性的基础上,对高温下及高温冷却后的中柱失效足尺RC梁-柱子结构展开Pushdown分析,并研究了受火时间、边柱受火及抗震构造等因素的影响,并与前期基于1/2缩尺子结构展开的研究进行对比。有限元分析结果表明:在高温下,由于钢筋和混凝土力学性能的退化,子结构的第一峰荷载明显下降;当受火时间为30 min时,子结构的破坏模式与常温下相似,最终失效由靠近中柱梁端钢筋断裂控制;而当受火时间超过60 min时,子结构的破坏由梁顶部钢筋截断处的破坏控制;高温冷却后子结构可相继发展压拱机制和悬索机制抵抗倒塌,其变形能力及极限荷载与常温下相近。此外,在边柱受火时间超过60 min并冷却后,拟静力作用下子结构边柱发生轴心受压破坏;在受火时间为30~120 min时,采用抗震构造可使高温冷却后子结构的极限荷载和变形能力分别至少提高51%和39%。

螺栓连接预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌机理研究

为研究螺栓连接预制混凝土(PC)结构的抗连续倒塌性能,制作一个两跨1/3缩尺的螺栓连接PC梁-板子结构试件,采用堆加均布荷载与Pushdown相结合的加载方式研究其在受力过程中的开裂模式和抗力曲线。结果表明:螺栓连接PC框架具有较好的变形能力;在加载初期试件抗力主要由梁和板的抗弯机制提供;与RC结构不同的是压拱机制作用对PC梁抗倒塌贡献较少。由于梁柱节点部位螺栓附近混凝土容易发生撕裂破坏导致预制梁提早退出工作,但板中钢筋网在大变形阶段可以发展拉膜机制使得子结构可以继续承受荷载,不至于发生倒塌破坏。通过有限元软件LSDYNA建模,进一步分析了螺栓连接PC结构的预制梁与板(预制板和后浇叠合层)对结构抗力的贡献。有限元分析表明,预制板及后浇叠合层在加载初期的抗力贡献高达87%,在大变形阶段由于叠合层钢筋网发展拉膜机制,其抗力贡献也高达72%。

改进钢板-混凝土组合剪力墙结构受力性能分析

钢板-混凝土组合剪力墙由钢框架、内嵌钢板及一侧通过螺栓与之连接的混凝土板组成,其中传统组合剪力墙中混凝土板四边与钢框架直接接触,而改进组合剪力墙中二者之间有一定间距,以避免其在结构侧移较小时发生接触。采用ABAQUS有限元软件分别建立了组合剪力墙的精细有限元模型,研究了其受力性能以及板框相互作用全过程,分析了钢板高厚比对组合剪力墙整体承载力、抗侧刚度以及板框剪力分配等的影响。研究表明:组合剪力墙中混凝土板有效抑制钢板弹性屈曲,钢板主要以剪切屈服承载,对框架柱的附加弯矩较钢板剪力墙明显降低;相比钢板剪力墙,传统组合剪力墙承载力提高25%,抗侧刚度提高10%,混凝土板承载近30%;改进组合剪力墙承载力提高10%,抗侧刚度提高5%,混凝土板基本不承担剪力;随着钢板高厚比的减小,组合剪力墙的承载力与抗侧刚度提高,但两类组合剪力墙之间的差别变小;钢板承载比例不断增大,当钢板过厚时需要防止底层框架过早屈服。

无黏结预应力梁-柱子结构抗连续倒塌机理研究

为了研究中柱失效下不同钢绞线布置形式(直线型和抛物线型)的无黏结预应力混凝土(UPC)结构的抗连续倒塌机理,对1/2缩尺的2个后张拉无黏结预应力混凝土梁-柱子结构和1个钢筋混凝土(RC)梁-柱子结构进行Pushdown加载。试验结果表明:直线型布筋和抛物线型布筋UPC梁-柱子结构相比于RC梁-柱子结构的极限荷载分别提高95%和189%,但设置预应力筋会增大梁-柱子结构的水平拉力,导致UPC梁-柱子结构的边柱相比于RC梁-柱子结构的破坏更加严重;RC梁-柱子结构和抛物线型UPC梁-柱子结构的破坏由钢筋断裂控制,而直线型UPC梁-柱子结构的破坏由钢绞线断裂控制。通过有限元软件LS-DYNA建立精细化有限元模型,在验证模型准确性的基础上展开有限元分析。分析结果表明:当预应力筋配筋率相同时,中柱失效工况下直线型布置比抛物线型布置的UPC梁-柱子结构极限荷载高20%~58%;直线型预应力筋可在加载全过程发展悬索机制抵抗倒塌,而抛物线型预应力筋仅当中柱位移超过1倍梁高时开始发展悬索机制。

后浇整体式预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌机理研究

为研究后浇整体式预制混凝土(PC)结构的抗连续倒塌性能,设计并制作了两个2跨1/3缩尺后浇整体式PC梁-板子结构模型。试验中采用堆加均布荷载与Pushdown结合的加载方式研究其在边柱失效下的抗力曲线与破坏模式。试验结果表明:后浇整体式PC结构中预制板的整体性较好,开裂主要集中在预制板与梁交界处;在加载过程中PC子结构可有效发展二级抗力机制提供附加抗力;预制板沿短跨布置的子结构抗倒塌性能优于沿长跨布置子结构。随后通过有限元软件LSDYNA进行精细化有限元建模,研究PC子结构去柱后荷载重分配机理和新旧混凝土界面黏结强度对其抗倒塌性能的影响规律。有限元分析表明:预制板结合后浇叠合层可以保证楼板体系的整体性从而提升荷载重分布能力,塑性铰出现在梁端而不是柱端;沿短跨布置预制板与后浇叠合层在加载过程中的平均抗力贡献占比高达54%;新旧混凝土界面黏结强度对结构整体性有一定影响;但是当界面黏结强度降低不超过50%时,对结构的抗力影响不大。

考虑楼板组合效应的多层钢框架抗连续倒塌性能分析

为了研究考虑楼板组合效应的多层钢框架抗连续倒塌性能,制作了1个两层两跨1/2缩尺的中柱失效工况的钢框架梁-柱子结构模型试件。对试件进行竖向推倒(Pushdown)加载,研究其在倒塌过程中的抗力曲线、内力变化以及破坏模式。试验结果表明:钢框架结构主要依靠钢梁发展的弯曲机制和悬链线机制抵抗外加荷载,且悬链线机制具有一定滞后性。通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对试件进行数值模拟,建立带板框架模型,并进行抗力分析,研究楼板组合效应对多层钢框架抗连续倒塌性能的影响;同时,开展拓展参数分析,通过抗力分析研究混凝土强度等级、楼板厚度和不同去柱工况对带板框架抗连续倒塌性能的影响。有限元分析结果表明:带板框架的抗连续倒塌能力远大于不考虑楼板组合效应的钢框架。考虑楼板组合效应后,钢框架的边柱梁端焊缝由受拉破坏转变为受压屈曲破坏。增大楼板厚度,能够提高带板框架弯曲机制抗力,但削弱了悬链线机制抗力并降低了结构的变形能力。由于边柱失效工况的带板框架缺乏有效水平约束,其承载力较中柱失效工况的降低了39.9%,但变形能力提高了30.6%。

焊接连接预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌性能研究

通过试验与有限元分析研究焊接连接预制混凝土(PC)梁-板子结构的抗连续倒塌性能。在实验室制作1个焊接连接PC梁-板子结构缩尺模型,采用Pushdown加载方法并考虑工作荷载对结构倒塌过程的影响,研究该子结构在去除1个边柱工况下的抗力曲线、梁板变形、钢筋应变及有效抗力机制。试验结果表明,尽管假设动力放大系数为2.0,试验模型在瞬间移除1个边柱工况下也不会发生连续倒塌,焊接连接PC试件的破坏首先发生于焊缝处栓钉断裂。为了解焊接连接PC子结构抗倒塌机理及各主要构件的抗力贡献,通过商业软件ANSYS/LSDYNA进行数值分析并开展拓展分析。通过对比试验及有限元模拟结果发现,采用LSDYNA软件可以准确模拟试件的破坏模态及受力特性。有限元分析结果表明:在受荷初始阶段,预制板及叠合层对抗倒塌承载力的贡献只占30%,抗力主要由预制梁发展梁机制承担;但是在后期大变形阶段,预制板及叠合层对抗倒塌承载力的贡献可高达80%,叠合层中的钢筋网发展拉膜作用是后期大变形阶段试件的主要抗力机制。