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带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝抗冲击性能研究

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带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝抗冲击性能研究

作者：郑国足兰州理工大学

学位级别：硕士

我国是世界上受泥石流灾害影响最严重的国家之一。由于泥石流具有突发性、流速快和破坏力强等特点,常常会对人类的生命和财产安全构成严重的威胁。我国泥石流的研究工作开始于20世纪60年代。到目前为止,经过50多年的研究,我国泥石流学... 详细信息

我国是世界上受泥石流灾害影响最严重的国家之一。由于泥石流具有突发性、流速快和破坏力强等特点,常常会对人类的生命和财产安全构成严重的威胁。我国泥石流的研究工作开始于20世纪60年代。到目前为止,经过50多年的研究,我国泥石流学者创建了各具特色的泥石流研究方法与防治模式,取得了显著的防灾减灾效益和生态与环境效益。但是由于泥石流从预测到防治涉及到不同的专业领域,形成了严重的学科交叉,加上其本身具有的复杂组成成分和力学机制,使泥石流的研究仍是国内外的热点与难点课题。本文在对舟曲泥石流灾害调查研究的基础上,总结了现有泥石流拦挡坝的缺点,以舟曲县三眼峪沟泥石流灾害治理工程为研究背景,提出了能够更好地抵抗泥石流大块石冲击的新型泥石流拦挡坝体系—带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝。同时,对这种新型弹簧支撑进行了抗冲击性能分析,结果表明,新型弹簧支撑的变形可以减小到普通支撑的1/8.84-1/10.82,支反力大约可以减小到普通支撑的1/2.8,表现出了良好的抗冲击性能,为其在新型泥石流拦挡坝中的应用奠定了基础。文中,新型泥石流拦挡坝体系的设计基于以下三个理念：(1)采用“双道防线”当泥石流规模较小时,前坝和后坝均正常工作,当特大泥石流发生时,前坝由于冲击力过大将发生塑性变形最终破坏,从而吸收一部分能量,保护了后坝的安全,后坝作为“第二道防线”可继续发挥拦挡作用。(2)利用新型弹簧支撑的缓冲作用,增加泥石流对坝体的撞击时间,从而减小泥石流冲击力的峰值,保护坝体安全。(3)泥石流大块石对拦挡坝的撞击位置通常为一个或者几个点,通过新型坝前坝及新型弹簧支撑的转换后,使一个或者几个较大的集中力变为较小的近似均布荷载传给后坝,从而保证后坝在较大泥石流冲击力作用下,也不会被撞坏,能够正常工作。由于目前对泥石流拦挡坝的数值分析多是基于泥石流浆体的冲击模拟,而实际当中,造成泥石流拦挡坝破坏的主要原因是泥石流中大块石的冲击。因此,本文利用有限元软件ANSYS／LS-DYNA强大的非线性分析功能对大块石冲击作用下新型泥石流拦挡坝和普通重力式泥石流拦挡坝的动力响应进行了详细地对比分析。分析结果表明,新型泥石流拦挡坝的响应位移、内力、应力、加速度和应变率比普通泥石流拦挡坝降低很多,动力响应最大可减小2/3左右。说明带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝与普通重力式泥石流拦挡坝相比具有非常好的抗冲击性能,有效解决了普通坝泥石流拦挡坝在泥石流大块石冲击作用下容易破坏的问题,为泥石流防治工作开创了新的思路。

关键词：新型泥石流拦挡坝新型带弹簧支撑抗冲击性能数值模拟 ANSYS/LS-DYNA 试验方案

考虑内力状态的连续刚构桥典型施工阶段地震易损性分析

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振动与冲击 2021年第24期40卷 136-143,179页

作者：石岩熊利军李军郑国足裴银海兰州理工大学土木工程学院兰州730050

为研究考虑连续刚构桥(rigid-frame bridge,RFB)不同施工阶段内力状态(internal force state,IFS)对地震易损性的影响,以一座大跨高墩连续刚构桥为背景,基于等效荷载法提出了适用于连续刚构桥施工阶段的主梁和主墩的内力等效荷载计算公... 详细信息

为研究考虑连续刚构桥(rigid-frame bridge,RFB)不同施工阶段内力状态(internal force state,IFS)对地震易损性的影响,以一座大跨高墩连续刚构桥为背景,基于等效荷载法提出了适用于连续刚构桥施工阶段的主梁和主墩的内力等效荷载计算公式,通过OpenSees建立了5个典型施工阶段考虑内力状态和不考虑内力状态的动力分析模型;选取40组典型的速度脉冲型近断层地震动记录为输入,采用增量动力分析法开展考虑施工过程与否的各典型施工阶段的动力时程分析,并以曲率延性系数为损伤指标,通过理论易损性方法得到了主墩墩底、墩顶和主梁根部的地震易损性曲线。结果表明:采用提出的内力等效荷载公式能较为准确地计算和模拟各典型施工阶段的等效内力状态;相同地震动强度下主墩墩底、墩顶和主梁根部在不同损伤状态下的损伤概率均随主梁悬臂长度的增加而增大;不考虑内力状态将低估墩底和墩顶的损伤概率,墩底沿纵桥向的损伤低估最为严重,且桥墩损伤概率的低估量随悬臂长度的增大而增大。

关键词：连续刚构桥(RFB) 施工过程等效荷载法内力状态(IFS) 增量动力分析地震易损性

考虑墩-梁碰撞效应的连续刚构桥系统易损性与概率地震风险性分析

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工程科学与技术 2024年第3期56卷 147-159页

作者：郑国足焦应乾石岩王文仙朱惠强兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 中建海峡建设发展有限公司福建福州350015

为研究连续刚构桥主梁与过渡墩碰撞效应对其地震系统易损性和概率地震风险性的影响,以一座主桥跨径为(120+220+120)m的连续刚构桥为研究背景,通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,基于等效荷载法建立考虑该内力状态的动力弹塑... 详细信息

为研究连续刚构桥主梁与过渡墩碰撞效应对其地震系统易损性和概率地震风险性的影响,以一座主桥跨径为(120+220+120)m的连续刚构桥为研究背景,通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,基于等效荷载法建立考虑该内力状态的动力弹塑性分析模型,采用Hertz-damp接触模型考虑包括主梁与过渡墩碰撞在内的伸缩缝处碰撞效应。选取90条具有速度脉冲的脉冲型近断层地震动沿纵桥向输入,通过时程分析解释了墩梁碰撞过程和破坏机理;采用增量动力分析法,建立考虑桥墩和支座权重系数的全桥复合系统易损性曲线,并与一阶界限法串联模型下限和并联模型上限系统易损性曲线进行对比,将场地危险性函数与易损性函数卷积,建立概率地震风险曲线,考察桥梁系统易损性、概率地震风险性及墩梁碰撞效应的影响。结果表明,若忽略过渡墩与主桥梁体的碰撞效应,将会低估过渡墩的位移反应3~5倍,低估其地震风险性概率120%;当地震动强度为0.2g~0.6g时,轻微破坏和中等破坏的损伤概率被低估了35%~80%;地震动强度为0.6g~1.5g时,严重破坏和完全破坏分别被低估13%~68%和15%~59%。

关键词：连续刚构桥碰撞效应内力状态脉冲地震动系统易损性地震风险性分析

大跨高墩连续刚构桥内力状态及其对地震反应的影响

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交通运输工程学报 2022年第1期22卷 70-81页

作者：石岩李军秦洪果李萍郑国足王东升兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 河北工业大学土木与交通学院天津300401

为研究实际施工过程和混凝土收缩徐变对连续刚构桥成桥内力状态的影响以及不同内力状态下主桥的地震反应差异,以某大跨高墩连续刚构桥为背景,建立了MIDAS/Civil施工阶段分析模型,并讨论了各施工因素对主桥内力状态的影响;基于等效荷载... 详细信息

为研究实际施工过程和混凝土收缩徐变对连续刚构桥成桥内力状态的影响以及不同内力状态下主桥的地震反应差异,以某大跨高墩连续刚构桥为背景,建立了MIDAS/Civil施工阶段分析模型,并讨论了各施工因素对主桥内力状态的影响;基于等效荷载法提出了适用于连续刚构桥的内力等效荷载计算方法,通过将主桥内力进行分解,以若干简单的内力等效荷载分别进行等效,再利用叠加原理求和,得到符合实际情况的等效内力状态;采用OpenSees建立了全桥非线性动力分析模型,并施加不同内力状态所对应的内力等效荷载,使其处于对应的等效内力状态;选取40组典型速度脉冲型近断层地震动记录为输入,开展了不同内力状态下全桥非线性动力时程分析。分析结果表明:若忽略主桥预应力作用,将高估主梁最大弯矩约2.8倍,高估主墩墩顶和墩底最大弯矩分别约3.5、2.0倍,且弯矩方向皆与实际情况相反,故预应力作用对连续刚构桥内力状态的影响不可忽视;墩梁固结附近主梁等效内力峰值与目标内力峰值的最大误差在5%以内;近断层地震动作用下,主墩侧移角、曲率延性系数和塑性铰区钢筋最大应变都随混凝土收缩徐变的增加呈逐渐减小的趋势,沿纵桥向则更为明显;提出的内力等效荷载计算方法可为高烈度区连续刚构桥抗震设计和性能评估提供参考。

关键词：桥梁工程连续刚构桥等效荷载法施工过程内力状态地震反应

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带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝抗冲击性能研究

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防灾减灾工程学报 2014年第5期34卷 551-558页

作者：郑国足王秀丽张守丽兰州理工大学土木工程学院兰州730050 甘肃省人民医院基建处兰州730000

为了解决普通重力式泥石流拦挡坝在大规模泥石流发生时容易被大块石损毁的问题,提出带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝,并采用钢球代替泥石流中的大块石,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对这种新型坝体进行泥石流大块石的冲击模拟,从坝体的变... 详细信息

为了解决普通重力式泥石流拦挡坝在大规模泥石流发生时容易被大块石损毁的问题,提出带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝,并采用钢球代替泥石流中的大块石,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对这种新型坝体进行泥石流大块石的冲击模拟,从坝体的变形、支反力、Von Mises应力、加速度和应变率5个方面与普通重力式拦挡坝进行对比分析。结果表明:与普通泥石流拦挡坝相比,带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝的支反力可减小3/4左右,钢球的冲击加速度可降到1/3.87,坝体的响应加速度可降到1/2.61,说明带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝具有非常好的抗冲击性能。

关键词：弹簧支撑新型泥石流拦挡坝抗冲击性能 ANSYS/LS-DYNA 数值模拟

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某钢结构游乐设施有限元分析研究

甘肃科技 2016年第9期32卷 97-100,42页

作者：张守丽郑国足甘肃省人民医院甘肃兰州730000 兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050

游乐设施设计是否可靠直接关系到游客的生命安全,国内外因游乐设施破坏而导致游客丧生的例子也不少见,因此,对游乐设施进行细致而精确的分析就显得尤为必要。利用通用有限元软件ANSYS对兰州市西部欢乐园TL60跳楼机进行了结构整体分析。... 详细信息

游乐设施设计是否可靠直接关系到游客的生命安全,国内外因游乐设施破坏而导致游客丧生的例子也不少见,因此,对游乐设施进行细致而精确的分析就显得尤为必要。利用通用有限元软件ANSYS对兰州市西部欢乐园TL60跳楼机进行了结构整体分析。利用空间结构分析设计软件MST统计了迎风面杆件表面积的大小,以此较为精确地考虑了塔架结构实际所受风荷载的大小,为其他类似的工程设计提供了参考。针对该塔架结构考虑了六种荷载工况,在每一种荷载工况下对结构的可靠性都进行了评价。经分析,每一种荷载工况下该塔架均能满足《游乐设施安全规范》中关于重要构件安全系数应大于5,一般构件安全系数应大于3.5的要求。

关键词：建筑科学游乐设施跳楼机 ANSYS MST 有限元分析

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新时代“结构设计原理”教学改革探索

教育教学论坛 2021年第26期 72-75页

作者：石岩郑国足兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050

为适应新形势下高校教学改革的新任务、新要求,培养不忘初心、专业技术扎实和具有创新能力的高素质专业人才,基于“结构设计原理”课程教学现状,论述了“教学促进科研,科研反哺教学”这一教学与科研相融合的关系,进一步讨论了如何在教... 详细信息

为适应新形势下高校教学改革的新任务、新要求,培养不忘初心、专业技术扎实和具有创新能力的高素质专业人才,基于“结构设计原理”课程教学现状,论述了“教学促进科研,科研反哺教学”这一教学与科研相融合的关系,进一步讨论了如何在教学过程中将理论知识与实际工程相结合,且就如何将“互联网+”教学模式科学合理地应用于该课程的教学改革中进行了初步探索与思考,最后探讨了该课程应与思想政治教育同向同行、协同发展。

关键词：教学改革教研融合工程实践互联网+ 课程思政

近断层竖向地震动对摩擦摆隔震矮塔斜拉桥地震反应的影响

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工程抗震与加固改造 2022年第3期44卷 121-129页

作者：石岩范向鑫刘云帅郑国足罗程凯兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050

近断层竖向地震动会放大桥梁地震反应,威胁桥梁地震安全。为研究近断层竖向地震动对摩擦摆隔震桥梁地震反应的影响,以一座三跨矮塔斜拉桥为研究对象,基于OpenSees建立了全桥动力分析模型,选择40组具有速度脉冲效应的三向地震动记录,通... 详细信息

近断层竖向地震动会放大桥梁地震反应,威胁桥梁地震安全。为研究近断层竖向地震动对摩擦摆隔震桥梁地震反应的影响,以一座三跨矮塔斜拉桥为研究对象,基于OpenSees建立了全桥动力分析模型,选择40组具有速度脉冲效应的三向地震动记录,通过调整输入竖向加速度峰值与水平加速度峰值的比值(V/H),研究了竖向地震动对摩擦摆隔震矮塔斜拉桥地震反应的影响,分析了摩擦摆支座位移、塔底截面曲率、墩底弯矩以及主梁与挡块、主梁与桥台的碰撞效应等,并研究了竖向地震动对桥梁关键构件轴力的影响。结果表明:竖向地震动作用显著放大了支座、桥塔等关键构件的轴力,支座水平位移、塔底截面曲率、墩底弯矩以及主梁与挡块、主梁与桥台的碰撞力明显增大,且随着V/H的增大而增大。

关键词：桥梁工程矮塔斜拉桥摩擦摆支座近断层竖向地震动地震反应

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复杂雕塑类空间结构设计研究

甘肃科学学报 2020年第5期32卷 106-110页

作者：郑国足张守丽兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 甘肃省人民医院基建处甘肃兰州730000

利用空间结构分析设计软件MSTCAD对永昌县文化广场主题雕塑进行了结构整体分析。在没有建筑图纸的情况下,根据缩尺模型采用全站仪测量关键点坐标的方法建立了结构模型,为同类结构的建模提供了一种新的思路。通过对结构在风荷载及地震作... 详细信息

利用空间结构分析设计软件MSTCAD对永昌县文化广场主题雕塑进行了结构整体分析。在没有建筑图纸的情况下,根据缩尺模型采用全站仪测量关键点坐标的方法建立了结构模型,为同类结构的建模提供了一种新的思路。通过对结构在风荷载及地震作用下的力学性能分析表明:结构振型比较复杂,在高阶振型之间存在耦合效应;结构整体变形较大,但可以满足正常使用要求;空间结构整体刚度大、稳定性好,是该类结构的首选结构方案。研究结果可以为该类复杂空间结构设计提供参考。

关键词：复杂空间结构雕塑设计研究三维建模