集中力下的Winkler地基上双层弹塑性梁

为了完善弹性地基上弹塑性梁的理论基础,假设梁弯曲符合理想弹塑性模型,双层梁层间为竖向弹簧连接,根据受力平衡和本构关系建立Winkler地基上双层弹塑性梁的微分方程并给出通解.以无限长双层梁中心处作用集中荷载为例,研究同质同宽双层梁的加载全过程,分析梁厚、层间竖向模量等参数对梁极限承载力的影响.结果表明:当上、下层梁厚度相同或下层梁更薄时,不论层间竖向模量取多大都是上层梁先屈服;层间竖向模量趋近于无穷时,上下层梁的挠曲线相同,极限承载力趋近于双层叠合梁的极限承载力,此时结构退化成双层叠合梁;当层间竖向模量与地基反应模量之比大于5000时,上、下层梁竖向拉压变形对梁极限承载力的影响超过3%,应予以考虑,宜采用广义模量计入梁截面竖向拉压变形的影响.

基于Winkler地基叠合梁的不均匀沉降作用下的无砟轨道变形研究

针对双块式无砟轨道建立Winkler地基叠合梁解析模型,用来预测下凹余弦型土质路基不均匀沉降时轨道的弯曲变形,并采用考虑轨道-路基接触非线性的梁-体有限元模型对比验证,确定出了Winkler地基叠合梁模型预测轨道变形适用的临界条件,即轨道与路基接触非线性触发的临界条件。研究发现:小沉降幅值/波长工况下,2种模型预测结果吻合得很好,而较大沉降幅值/波长工况下,解析模型预测轨道变形结果偏大,梁-体有限元模拟结果显示轨道与路基间发生了明显的脱空现象,接触应力为0;给出了轨道与路基接触非线性触发的临界条件,即路基不均匀沉降波长为10、15、20、25 m时,Winkler地基叠合梁模型应用的临界沉降幅值分别为1、3、10、30 mm,大于临界沉降幅值时,轨道与路基接触非线性开始触发;得到了Winkler地基叠合梁沉降波长-临界沉降幅值曲线,为快速准确预测路基不均匀沉降工况下的轨面变形提供了理论依据和计算方法。

盾构注浆荷载作用下带榫管片水平轴线偏移量计算方法研究

为探明隧道盾构注浆荷载作用引起带榫管片水平轴线偏移规律,以小曲率半径盾构隧道为例,分析壁后注浆引起管片上浮的诱因,考虑管片环“椭圆化”变形、纵向连接螺栓预应力、环缝影响范围和横向刚度等综合因素的影响,建立榫杆连接条件下带榫环缝的管片单元纵向等效抗弯刚度有效率计算式,并通过计算盾构注浆荷载作用下带榫管片的静态和动态上浮力,构建盾构注浆荷载作用下带榫管片上浮力计算表达式,由此分析小曲率半径隧道盾构注浆荷载作用下带榫管片受力情况及其在文克尔弹性地基梁假定条件下受上浮力作用的挠曲变形规律,建立盾构注浆荷载作用下带榫管片水平轴线偏移量计算方法,并依托实际工程加以验证。结果表明:该文理论值与模拟值和监测值均拟合良好,该文计算方法具有良好的工程适用性,可为盾构隧道工程及其类似工程中注浆荷载作用下管片偏移及错台问题提供有效的理论指导。

不同跨径小净距隧道管棚超前支护机理与变形控制

以新疆乌尉高速公路上新光隧道工程为依托,对不同跨径软弱围岩小净距隧道超前支护力学特性进行研究。采用有限元软件MIDAS GTS NX建立有无管棚超前支护两种工况下隧道模型,分析不同开挖阶段管棚弯矩的分布规律以及两种工况下隧道拱顶沉降、初期支护应力及围岩塑性区的变化规律。结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀;管棚超前支护工况下累计拱顶沉降左洞为2.83 mm、右洞为6.74 mm,相较无超前支护,左、右洞拱顶沉降分别减少了34.64%和32.26%;布设管棚后衬砌最大主应力降低14.13%,围岩最大塑性应变减少了28.48%。采用管棚超前支护措施进行洞口段开挖能提高围岩稳定性,控制围岩变形,可为类似工程提供指导借鉴。

Winkler-Pasternak弹性地基FGM梁自由振动二维弹性解

基于二维线弹性理论,建立Winkler-Pasternak弹性地基上功能梯度(Functionally Graded Material,FGM)梁自由振动控制微分方程。假设材料物性沿梁厚度方向按幂律分布,采用微分求积法(Differential Quadrature Method,DQM)数值求解4种不同边界FGM梁自由振动无量纲频率特性。将计算结果与Winkler-Pasternak弹性地基梁对比表明,该分析方法对弹性地基梁自由振动研究行之有效,并考虑边界条件、梯度指数、跨厚比、地基系数对FGM梁自振频率影响。

Winkler弹性地基上预应力锚索地梁内力的计算方法

介绍用Winkler弹性地基梁计算预应力锚索地梁的内力 ,并给出主要计算流程。结合京珠高速公路某工点工程实例 ,将Winkler弹性地基梁和连续梁方法的计算结果与工程实测进行比较 ,指出在预应力锚索地梁正常工作状态下 。

Winkler-Pasternak弹性地基梁自由振动的二维弹性分析

基于二维线弹性理论,应用Hamilton原理,获得Winkler-Pasternak弹性地基梁自由振动的控制微分方程,应用微分求积法(DQM)数值研究了梁自由振动的无量纲频率特性。计算结果与已有的结果(Bernoulli-Euler梁和Timoshenko梁)比较表明,本文的分析方法对弹性地基长梁和短梁自由振动的研究都有效。最后考虑了几何参数对梁频率的影响,以及不同边界条件下地基系数对频率的影响和收敛性。

双参数弹性基功能梯度圆柱管自由振动的高阶梁理论解

基于高阶剪切变形梁理论,推导了Winkler-Pasternak弹性基径向功能梯度空心圆柱管自由振动行为的控制方程。该方法无须引入剪切修正系数,自动满足空心圆柱管内外表面剪应力自由边界条件。通过引入辅助函数,将关于挠度和转角的耦合控制方程化为单一高阶微分控制方程。给出了典型边界条件下功能梯度空心圆柱管的频率和振型。将计算结果与已有文献结果对比,验证了所提理论的精度。可以为工程中常见的Winkler-Pasternak弹性基梁结构提供更高精度的一维弹性理论解,研究结果表明,功能梯度材料的梯度参数和弹性地基刚度系数对固有频率值影响显著。与高阶固有频率相比,刚度系数对低阶固有频率的影响更加明显。

Winkler地基内磁弹性梁精化理论

结合磁弹性梁和Winkler地基梁精化理论,从线性磁弹性通解出发,利用Lur’e调和函数算子获得了由梁的中线位移、位移梯度和中线上磁场扰动量表示的位移场和应力场;由Winkler地基边界条件和磁场边界条件获得精化理论方程。将应力场分解为关于中线对称和反对称两部分,由反对称部分获得Winkler地基内磁弹性梁的精确挠度方程,磁应力场的对称部分可以分解为纯磁场作用、单向拉伸和超越三部分。

基于无拉力Winkler地基梁的原位测试方法

基于梁与无拉力Winkler地基的相互作用,提出一种用于测试基床系数的岩土工程原位测试新方法,对现有测试技术进行补充和发展。在无拉力Winkler弹性地基梁中点处作用一个垂直于地面的集中力,通过测量集中力作用点处的弯矩和垂直于地面的位移,反推出地基的基床系数。讨论测试梁的尺寸和制作材料,介绍试验数据的处理方法。理论计算表明,梁与地基的相互作用范围只与地基系数相关,与力的大小无关,据此可验证测试梁的长度是否符合测试要求,确保测试结果的精确度。

考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁自由振动分析

利用Winkler地基梁理论,考虑有限深度土体运动的影响,建立了弹性地基梁的线性运动方程。采用分离变量法,求得弹性地基梁的模态构型、固有频率和有阻尼自由振动。通过数值计算和参数分析,揭示了有限深度Winkler地基上固支-自由梁的线性动力学特性,分析了土体质量、地基深度和阻尼等对系统固有频率和线性自由振动响应的影响。研究结果表明:若将有限深度土体运动引入到弹性地基梁的动力学模型,系统的固有频率将显著降低;土体质量和地基深度均抑制阻尼对弹性地基梁动力响应影响的发挥,在一定程度上减慢其动能耗散的速度。

考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁1/2次谐波共振响应分析

土-结构相互作用系统动力响应的基本特征之一是有限范围内弹性地基与其支承结构共同运动,将土体运动引入系统的动力学方程可体现其对系统动力学特性的影响。基于考虑有限深度土体运动影响的Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程,利用Galerkin法和多尺度法,求得弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应方程和位移的二阶近似解。进而通过数值计算,得到了梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线,研究了地基深度、质量、弹性模量、Winkler参数和阻尼等对弹性地基梁1/2次谐波共振响应的影响。研究结果表明:有限深度土体运动对Winkler地基梁1/2次谐波共振响应影响显著。运动方程中引入土体运动的影响后,梁1/2次谐波共振区间明显减小。随地基深度、质量和弹性模量改变,弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线偏转程度、共振区间和响应幅值等均发生定量改变。当弹性地基刚度增大到一定程度,Winkler地基参数变化对系统1/2次谐波共振响应的影响明显减弱。阻尼对系统动力响应起抑制作用,当参数η增大到一定值后将不会出现1/2次谐波共振响应的非平凡解。

铁木辛柯梁的Winkler边界对偶求解辛方法

基于铁木辛柯计及剪切变形的梁理论,使基础梁在Winkler边界条件下受力变形,建立了铁木辛柯梁的Winkler边界对偶求解体系,避免了之前的一类变量高阶偏微分方程求解的困难,为今后基础梁的设计提供了指导。

Winkler地基梁中压电能量收集的理论研究

为探究压电俘能装置在常见土木工程结构中的应用,文中建立了将片式压电俘能装置贴于Winkler地基梁底部的能量收集理论,研究了输出功率与压电片长度、压电片位置、地基刚度、外接电阻、激励频率间的关系。通过无量纲分析,得到当激励频率接近共振频率时,输出功率达到极大值,地基刚度越大,一阶共振频率越大;压电片位于梁中间,且长度越长时,输出功率较大;让输出功率达到最大的外接电阻与压电片参数和激励频率有关。结合实际结构和材料特征,合理分布压电片、设置外接电阻大小时,压电片俘能功率密度为1.25W/m2左右。

考虑摩阻力和轴向荷载影响的边坡锚固框架简化有限元计算

目前,边坡锚固框架常被等同于平地上的十字交叉地基梁,视为仅受交叉结点处锚杆拉力在框架轴线的垂向分量的平面弯曲变形构件,按Winkler弹性地基梁法计算其内力,没有考虑在框架底土摩阻力和框架轴向荷载影响下,其实则为拉压与弯曲或斜弯曲组合变形构件,导致现行计算结果与实际存在偏差。为此,以某黄土路堑边坡为例,采用经平板载荷试验数值验证的室内外试验土工参数,首次建立考虑摩阻力和轴向荷载影响并将锚杆作用按等效力简化的边坡锚固框架内力计算有限元方法。同时,由黄土的变形模量换算出Winkler法对应杆系有限元模型参数,按现行算法分别建立平地框架实体与杆系有限元模型以分析Winkler法存在的问题及其结果与相应边坡框架模型简化有限元计算的差异。结果表明:平地模型Winkler法与相应实体有限元法所得框架竖肋弯矩图很相似,但前者弯矩最大值较后者偏大,二者横梁弯矩差别较大;将边坡上组合变形的框架等同于平地上平面弯曲框架所得内力与实际会存在很大偏差。

带纵向加强肋复合墙体轴心受压荷载分配规律研究

针对带纵向加强肋复合墙体轴心受压下荷载在各承力部件间的分配问题,采用静力竖向承载力试验方法,对三榀1/2比例带纵向加强肋复合墙体进行试验研究,以弹性地基梁理论为基础,提出墙体在竖向荷载作用下的简化力学模型,计算墙体各承力部件承担竖向荷载比例,并与试验结果对比,分析墙体各承力部件的荷载分配规律。结果表明:所建立的墙体简化力学模型合理可行,竖向荷载在墙体各部件中按照轴向刚度进行分配,加载过程中各部件所承担的荷载比例基本不变,边框柱承担大部分竖向荷载,开洞增加了边框柱承担荷载的比例。

岩溶塌陷区埋地管道的挠度和应力分析

为了弥补采用弹性地基梁模型模拟塌陷区埋地管道与实际不符合的情况,兼顾Winkler弹性地基梁和弹性基础上的连续梁建立了岩溶塌陷区埋地管道的力学分析模型,并结合塌陷影响区与非塌陷影响区间的变形协调性,通过求解管轴挠曲线微分方程,得出了岩溶塌陷区埋地管道的挠度和应力的综合计算方法。通过与基于ABAQUS有限元模拟的仿真结果进行对比分析,表明该方法能够在满足精度要求的同时简化岩溶区管道工程的力学分析过程,可用于岩溶区埋地管道的工程实践。

路基沉降与双块式无砟轨道轨面几何变形的映射关系

针对土质路基上双块式无砟轨道典型结构,分别建立Winkler弹性地基叠合梁解析模型和考虑层间接触非线性的轨道-路基空间有限元模型,对路基不均匀沉降引起的无砟轨道轨面几何变形特征及其与路基沉降波长、幅值之间的对应关系开展了研究。结果表明:余弦型路基不均匀沉降向上传递至轨面时,变形形式基本不变,在沉降边缘区域钢轨存在微小的局部上拱,变形范围相对于路基有所扩散;轨面几何变形曲线可由波长、波深和局部上拱幅值3项特征确定,且各项特征受路基不均匀沉降波长和幅值的综合控制,均可描述为路基沉降波长和幅值的函数;当路基不均匀沉降较平缓时,上部轨道与路基结构能保持较高的跟随性,轨面与路基变形差异很小;随着沉降幅值增大或范围缩小,双块式无砟轨道因较强的整体性而极易与路基表面出现离缝,轨道结构与路基之间会形成明显的沉降差,此时,轨面不平顺和轨下空吊同时存在,给无砟轨道的服役寿命和列车的安全平稳运营造成隐患。

考虑水平力作用的改进型文克勒地基模型

针对文克勒地基模型不能计算在水平力作用下的弹性地基梁的不足,提出了改进的文克勒地基模型.依据文克勒基本假定,考虑水平力对梁剪力和弯矩产生的影响,采用位移法推导出弹性地基梁梁单元劲度矩阵的修正项,形成可以用于计算承受水平力的弹性地基梁梁单元劲度矩阵,并编制了相应的有限元计算程序.计算表明,采用本模型计算承受水平力作用的弹性地基梁,可以进行合理的结构设计.

微型桩组合抗滑结构及其设计理论

微型桩具有诸多施工优势,近年来正不断推广应用于滑坡治理工程,并取得了较好的工程效果。但由于理论研究严重滞后,急需开展相应研究,为工程提供理论支持和技术服务。边坡岩体的工程地质条件是很复杂的,应针对坡体地质特征选择不同的微型桩组合结构。按照微型桩在坡体的设置位置总结出3种类型的微型桩组合抗滑结构,即坡面加固型、平台加固型和坡脚加固型,对每种类型又给出几种组合结构形式,讨论这些结构在设计计算时应考虑的一些关键问题以及适用条件。在这些结构中,具有顶梁固定微型桩的组合结构在工程中应用较多,按照桩-土相互作用原则讨论这种组合结构的抗滑机制。结果表明,微型桩组合结构除了可增强滑面的抗剪强度外,桩与土形成的抗滑体的抗滑机制不同于一般的抗滑桩,其抗滑效果不是由桩的整体抗弯能力来实现的,而是通过发挥微型桩的抗拉强度和桩土地基承载力的优势来抵抗滑坡推力的。为了求出桩的轴力,按照横向约束的弹性地基梁法提出了设计计算理论,并结合具体工程给出设计计算方法,得出了较为合理的计算结果。