阻尼对地下隧道结构动力响应的影响

用弹性地基梁来模拟地下隧道结构,推出考虑弯曲、轴力、剪切、内外阻尼以及在双参数地基模型上的振动方程。引用地下管道近似的位移计算方法,计算地下隧道结构,避免积分变换的繁琐,通过一种特殊的分离变量法,使得动力荷载以强加位移和速度的方式施加,实例计算中涉及内外阻尼项,可以方便地求出自振频率和阻尼比的表达式和考虑阻尼后结构位移衰减曲线,得出对于地下结构内阻尼的影响很小的结论。

准脆材料动力强度的本质和侧向惯性约束作用

从材料内部结构层次的角度,就准脆材料动力强度的本质和侧向惯性效应的作用问题进行了研究。利用岩体的Maxwell型松弛模型,得到了试样的强度、应变率、试样尺度和松弛速度之间的关系。利用这一关系解释了实验得到的岩石试样的动力强度与应变率成正比、与试件的尺寸成正比的结果。利用这一关系和实验数据拟合,得到了断裂传播速度随试件尺寸的增大而减小的结论。利用这一关系,结合Bazant的静力强度尺寸律,确定了相应的区分动力尺寸效应与静力尺寸效应的特征应变率。进一步的研究表明,岩石试样的动力强度的本质是由于断裂传播速度的有限性,当加载速度足够大时,在试样完全宏观断裂之前所发生的超载。侧向惯性约束的作用可以归结为降低了断裂的传播速度,即降低了松弛速度,从而有更充足的时间保证超载的发生。

铁尾矿砂制备混凝土技术研究

选取2种不同细度的铁尾矿细砂和机制粗砂搭配制成的4种混合砂,配制中等强度（C30和C50）的混凝土,研究其对混凝土工作性和强度的影响规律。试验结果表明：无论铁尾矿细砂和机制粗砂本身的细度如何,通过调整其比例,使搭配形成的混合砂细度模数控制在中砂偏粗（即细度模数为2.6~3.0）范围内,再配合合适掺量的减水剂,可以配制出符合工作性和强度要求的混凝土。当将混合砂细度模数控制在2.6~3.0范围时,与现在常见的天然河砂相比,在工作性和强度接近的前提下,铁尾矿混合砂混凝土的抗裂性好于天然砂混凝土。

铁尾矿粉细度对水泥砂浆孔结构的影响

铁尾矿粉是铁矿山精选矿后形成的尾矿细粉。试验选择两种比表面积分别为340m2/kg和680m2/kg的铁尾矿粉,分别称为原矿粉和磨细粉,研究这两种细度铁尾矿粉在不同掺量时砂浆的强度及孔结构。试验结果表明,在水胶比为0.5的砂浆中,原矿粉掺量不超过8%,磨细粉掺量不超过30%时,铁尾矿粉砂浆强度均大于对比样的,之后继续增大铁尾矿粉掺量,砂浆强度低于对比样。依据分形理论对两种砂浆的孔结构数据研究发现,砂浆的孔结构具有分形特征,而且分形维数变化规律与强度规律一致,这表明铁尾矿粉通过填充水泥颗粒间孔隙,密实砂浆结构而提高强度。

椭圆型螺栓孔网架支座在不同拉力作用下的抗侧刚度研究

对于开椭圆形螺栓孔的网架支座节点,由于椭圆形螺栓孔的存在,使节点能提供一定的侧向"滑移"。对于主要承担竖向荷载和侧向水平荷载的网架支座节点,这类螺栓孔的存在使支座节点的侧向荷载-位移曲线在不同的竖向荷载作用下表现出不同的变化规律。通过大型通用有限元软件ABAQUS/Standard建立一种典型的开椭圆形栓孔的网架支座节点,利用面-面接触功能模拟螺栓与螺栓孔以及支座底板与支座垫板之间的接触。进一步研究支座节点在不同竖向拉力作用下的抗侧刚度以及不同摩擦系数对节点荷载-位移曲线的影响。

成层地基中不同土层分布对地下结构的抗震影响

为了研究清楚成层地基中由于不同土层的分布而引起地下结构的地震响应,借助FLAC3D有限差分分析软件,通过设置土体的Hardin/Drnevich阻尼,合理地描述土体在动力作用下的滞回曲线和滞回圈,从而建立不同地质条件下的分析模型,分析地下结构在不同地基中的地震反应。结果表明,当结构处在软弱土层时,其在水平地震作用下的反应明显大于结构位于其他土层情况下的地震反应。当结构处在硬土层,或有较好的持力层,并有隔层软弱层的地层时,结构在地震作用下相对较安全。工程设计中可以通过合理地选择地下结构所处土层位置,避免未来可能地震引起的不良影响。

竖向地震作用下浅埋地下结构中柱的动力响应

利用结构动力学方法对浅埋双跨地下结构中柱在竖向地震作用下的动力响应进行了研究。为了简化分析,首先将地下结构看作刚体,利用刚体与地基的相互作用分析得到刚体在竖向地震分量作用下的动力响应。随后,由于双跨地下结构为对称结构,取其一半进行分析,由于考虑到侧墙对于顶板的弹性约束作用,使用抗弯弹簧代替。根据边界条件,将之前的刚体动力响应作为输入,可以求得顶板的弯矩和剪力,进而求得中柱的受力情况。结果表明,竖向地震分量对中柱的作用是显著的,甚至会对地下结构中柱产生严重的破坏。研究为分析中柱的变形与破坏奠定了基础,可供地下结构的动力分析和设计参考。

海底隧道地震动力响应研究

高水压作用下海底隧道的地震动力响应是一个需要深入研究的问题.基于Winkler地基模型,利用动力平衡条件和微分关系推导出了仅由弯曲引起的梁振动方程,利用分离变量法求得了海底隧道的振型和自振频率,并推导出了地震作用下海底隧道与地基之间的动力相互作用系数以及隧道结构位移表达式.通过算例计算研究了水压对于结构的自振频率、结构位移以及相互作用系数的影响.研究表明,高水压作用下结构的地震动力响应不可忽略.

浅埋单层三跨地下结构在竖向地震作用下的动力响应

采用结构动力学方法,通过求解地下结构顶板的动力响应得到了单层三跨地下结构中柱在竖向地震分量作用下的动力响应.地下结构首先被看作是刚体,利用与地基的相互作用得到地下结构在竖向地震分量作用下的动力响应.其次,由于地下结构的对称性,取一半进行简化分析,侧墙对于顶板的约束用抗弯弹簧代替.再次,根据边界条件将之前的刚体动力响应作为输入,可以求得顶板的剪力.最后,通过之前求得的顶板剪力进而求得中柱的受力情况.结果表明,竖向地震分量对中柱的作用是显著的,甚至会对地下结构中柱产生严重的破坏.

冻融循环过程中混凝土内部温度-相对湿度关系

研究了不同配合比混凝土试件在经历不同冻融循环次数时的内部温度-相对湿度关系,并将这一关系划分为4个阶段,即降温增湿段、降温降湿段、增温增湿段和增温降湿段.在降温增湿段,混凝土内部相对湿度随温度降低而增大,当相对湿度出现转折表现为降低趋势时,表明混凝土内部开始结冰,温度-相对湿度关系进入降温降湿段;在增温增湿段,混凝土内部相对湿度随温度升高而增大,当相对湿度出现转折表现为降低趋势时,表明混凝土内部的冰晶开始融化,温度-相对湿度关系进入增温降湿段.当混凝土水灰比相同时,试件内部相对湿度随着深度增大而增大;当深度相同时,试件内部相对湿度随着水灰比的减小而降低,且结冰温度和融化温度呈现减小的趋势.低水灰比混凝土内部较低的相对湿度可能会导致更大的自收缩和较小的冻胀作用力.

冻融循环过程中砂浆的湿度和变形

本试验研究了砂浆试块在25次冻融循环过程中温度、湿度和体积的变化。结果表明冻融循环过程中,湿度不仅随温度变化表现出明显的规律,还会影响体积的变化。在降温过程,体积随温度降低逐渐增大,呈直线关系;在升温过程的初期,体积随温度升高逐步减小,也为直线关系,在融化阶段为三次方的曲线关系,说明升温时砂浆体积变化原因更为复杂。同一温度下,降温时的体积变形大于升温时的体积变形,即存在残余变形。随着冻融循环次数的增加,残余变化增大,导致裂缝的形成和发展以及孔结构的变化,最终使砂浆出现剥落等破坏现象。

纵向剪切地震波作用下非线性地基基床系数对地下区间隧道动力响应的影响

利用Winkler弹性地基梁模拟地下区间隧道,正弦波模拟纵向剪切地震波,导出了弹性地基梁的振动方程。选取广东地区典型的粉质粘土,利用现有的实验数据,以双曲型函数拟合了土的压力-沉降位移曲线(p-s曲线),在此基础上利用面积相等原则求出土体等效线性地基基床系数和割线型的地基基床系数,并代入到弹性地基梁的振动方程,最终通过Matlab软件直接对此非线性方程求解,比较了在相同设防加速度下土体等效线性、割线型地基基床系数以及初始线性地基基床系数对应的地下区间隧道的动力响应。并提出了一种地基基床系数折减的简单方法,此方法能把非线性的问题转化成线性问题,因而减少了计算量。案例分析表明,所提简化分析方法是可行的,可以为工程实践提供参考。

搅拌时间对大流动性混凝土拌合物匀质性的影响

搅拌均匀的混凝土拌合物是保证硬化混凝土性能达到要求的前提。在搅拌设备相似的现状下,合理控制搅拌时间可以使混凝土拌合物达到均匀。研究搅拌时间对现代大流动性混凝土拌合物匀质性的影响,研究发现,在设计的45～120 s搅拌时间内,搅拌时间对大流动性混凝土拌合物流动性影响很小,但是过长的搅拌时间会导致泌水现象,使匀质性变差,尤其是掺入大量需水性小的掺合料,如优质粉煤灰;搅拌时间对大流动性混凝土拌合物含气量没有影响;随着搅拌时间的延长,大流性混凝土拌合物表观密度偏差率降低,到90 s时达到最小,匀质性好;之后随搅拌时间增加而增大,匀质性变差。分析认为,搅拌时间较短时,混凝土拌合物中的组分分散不佳,匀质性不好,搅拌时间合适时(本试验为90 s),组分分散均匀,匀质性好。

隧道在纵向地震作用下的动力响应分析

为了探讨盾构隧道结构在纵向地震动力作用下盾构管片的振动特性。通过将土-结构相互作用简化为等效刚度弹簧建立了模型,并推导了结构在地震作用下的运动方程。然后利用中心差分法求解所得到的运动方程,求得每段管片在不同时刻的位移。进一步研究了土-结构剪切系数、地震纵波速度和结构连接刚度3个因素对隧道盾构管片位移的影响。计算结果表明,随着土-结构之间剪切系数增大,管片最大位移随之增加,结构之间的相对位移减小。而降低结构之间的连接刚度后,土-结构之间的相对位移减小。波的传播速度越小,结构与地层之间相对位移越大,易导致滑移现象出现。因此,选取具有较快波速的坚硬地层、提高土与结构之间的剪切力以及设置合理的抗震缝距离将有助于增加结构的抗震性能。

厚壁筒的一种简化弹性应变梯度模型

在Toupin-Mindlin应变梯度理论框架内,建立了一种关于厚壁筒的应变梯度模型,并利用打靶法和拟牛顿迭代法实现了两点复杂边界条件和四阶常微分平衡方程的求解,得到了厚壁筒应力场和位移场精确数值解。为了降低该模型的复杂性和提高该模型的适用性,通过对高阶应力做出简化假设,得到了简化的平衡方程和相应的厚壁筒应力、应变的解析解。通过对厚壁筒经典弹性理论解析解、梯度理论简化解和梯度理论精确数值解的比较,检验了简化模型解析解的可行性和精确性,并得到了梯度理论和经典理论在厚壁筒应用上的差异性。

铁尾矿粉对水泥砂浆性能的影响及机理分析

选取比表面积为340m^2/kg铁尾矿原粉和比表面积为680m^2/kg的磨细粉,研究铁尾矿粉细度和掺量对水泥砂浆流动性和强度的影响规律,并分析作用机理.试验结果表明,在所研究的掺量范围内(不大于50%),两种细度的铁尾矿粉都可以提高水泥砂浆的流动性;随着铁尾矿粉掺量增加,砂浆强度增大,当原矿粉掺量超过10%,磨细粉掺量超过20%时强度开始降低,低于基准样.水泥水化放热量结果表明,与基准样相比,当原矿粉掺量小于8%,或磨细粉掺量小于20%时,诱导期延长,水化放热量减少;当原矿粉掺量为8%,磨细粉掺量为20%时,诱导期缩短,水化发热量增大,可以加速水化.氮吸附测得的砂浆孔结构结果表明,掺入铁尾矿粉可以减少多害孔数量,改善砂浆的孔结构.铁尾矿粉掺入的稀释效应也可以促进早期水化.总之,一定量铁尾矿粉对砂浆性能的影响是物理稀释效应、加速水化效应和填充密实效应的综合作用,增大铁尾矿粉细度更有利于三大效应的发挥.

简支梁动力有限元最后两阶自振频率的误差源

以一简支梁为例,用有限元计算的频率值与频率值的精确解进行比较,结果发现:不管划分多少单元,有限元算出来的最后两阶频率与精确解之间都相差巨大,从建立有限元法的运动方程和定解条件入手和数值拟合的角度详细分析了误差产生的原因。建议在采用有限元计算杆系结构动力反应时,应该对最后两阶自振频率进行相应的处理或者采用比较完善的频率精确解求解技术。