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设定地震的近断层地铁车站结构宽频地震响应分析

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工程科学与技术 2024年

作者：吴孟桃王斌巴振宁戴靠山梁建文四川大学土木工程系天津大学土木工程系

利用确定性物理模拟方法构建震源-路径-场地耦合的强地震动场，进而将模拟地震动作为输入评估近断层场地中重要工程结构的抗震性能是当前地震工程领域的前沿课题。本文针对断层-车站全过程响应模拟，在前期提出的频率波数域-谱元-有限元... 详细信息

利用确定性物理模拟方法构建震源-路径-场地耦合的强地震动场，进而将模拟地震动作为输入评估近断层场地中重要工程结构的抗震性能是当前地震工程领域的前沿课题。本文针对断层-车站全过程响应模拟，在前期提出的频率波数域-谱元-有限元（FK-SE-FE）强耦合3步方法的基础上，进一步引入结合确定性低频成分和随机高频扰动的运动学混合震源模型，实现基于设定地震的近断层地铁车站结构宽频地震响应分析。以天津市地铁地下车站为例，根据现有轨道交通线网选取6个重要站点作为研究对象，建立了考虑土-结构动力相互作用的地铁车站结构精细化有限元模型；以天津南隐伏断裂为背景，基于目标地区的活动断层探测、地震危险性评价和岩土勘探钻孔数据等资料，构造了目标断层的运动学混合震源模型和区域地下速度结构，给出了设定6.1级地震下车站所在场地的0～10 Hz地震动幅值及波形特征；将合成的宽频地震波作为土层-车站系统的多维多点地震动输入，从变形云图、最大层间位移角和侧墙相对位移等多个角度比较了不同车站的动力响应。结果表明：本文研究方法能够反映不同车站场地地震动的空间差异，可评估潜在地震发生时近断层地铁车站结构的破坏风险，为相关场地区域内的地下交通抗震设防提供参考。

关键词：设定地震地震波传播混合震源模型地铁车站全过程响应

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束浆挤扩钢管桩竖向抗拔承载力计算方法

岩土力学 2024年第3期45卷 846-856页

作者：王长虹杨天笑马铖涛沈洋上海大学力学与工程科学学院土木工程系上海200444

随着城市地下空间的开发,深厚黏性土地区的基础抗浮问题愈发凸显。钻孔预制桩因环境友好,得到了广泛的应用,但钻孔过程削弱了预制桩的抗拔性能。拟开发一种新型的约束注浆挤扩钢管桩,为了准确评估束浆挤扩桩的承载力,分析了抗拔桩的破... 详细信息

随着城市地下空间的开发,深厚黏性土地区的基础抗浮问题愈发凸显。钻孔预制桩因环境友好,得到了广泛的应用,但钻孔过程削弱了预制桩的抗拔性能。拟开发一种新型的约束注浆挤扩钢管桩,为了准确评估束浆挤扩桩的承载力,分析了抗拔桩的破坏模式。基于对数螺旋线,提出局部滑裂面理论。采用经典案例,验证了抗拔承载力公式的有效性。基于正交试验设计理念,研究了束浆挤扩桩承载力的影响因素。结果表明,桩径和桩-土界面强度,对抗拔承载力的贡献最大。开展束浆挤扩桩的现场抗拔试验,与同直径钢管桩相比,束浆挤扩工艺可提高抗拔承载力达到70%。使用简化计算公式,计算基桩的抗拔承载力,误差控制在5%以内,更为准确安全。研究结果为约束注浆挤扩钢管桩承载力的设计和优化,提供了理论和技术参考。

关键词：束浆挤扩钢管桩抗拔承载力对数螺旋线简化计算方法

高摩阻超静定土工格栅在粗粒土夹层中的剪胀作用研究

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岩土力学 2024年第1期45卷 141-152页

作者：崔新壮姜鹏王艺霖金青陈璐山东大学土建与水利学院山东济南250061 重庆大学土木工程学院重庆400045 香港科技大学土木与环境工程系中国香港滨州学院建筑工程学院山东滨州256603

在加筋土工程中,采用异型格栅和设置粗粒土夹层可以有效增强筋土相互作用。然而粗粒土夹层厚度的确定方法仍有待进一步研究。基于一种带有凸起节点结构的高摩阻超静定土工格栅(high resistance hyperstatic geogrids,简称HRHG)与砾石的... 详细信息

在加筋土工程中,采用异型格栅和设置粗粒土夹层可以有效增强筋土相互作用。然而粗粒土夹层厚度的确定方法仍有待进一步研究。基于一种带有凸起节点结构的高摩阻超静定土工格栅(high resistance hyperstatic geogrids,简称HRHG)与砾石的直剪试验结果,建立了剪切硬化筋土界面的剪胀本构模型,并进一步研究了筋土剪胀应力在土体内引起附加应力的分布规律。通过开展不同法向压力(30、50、80 kPa)下的直剪试验,研究了不同粗粒土夹层厚度(60、100、140、180 mm)对筋土相互作用的影响,并与筋土界面剪胀应力的分布规律进行了对比分析。结果表明,筋土界面剪胀本构模型可以有效计算剪缩位移和剪胀位移,且最终剪胀位移随法向压力增加而减小。由界面剪胀应力引起的粗粒土中附加应力随着与筋土界面距离的增加而降低,但是剪胀范围逐步增大。粗粒土夹层厚度的增加可以有效提高界面剪切强度,但存在最优夹层厚度使界面剪切强度的增幅迅速降低。最优夹层厚度随着法向压力的增加而减小。通过对比分析最优夹层厚度与剪胀应力比之间的关系,提出了基于筋土界面剪胀本构模型的确定最优夹层厚度的半经验公式,可为HRHG在工程中的设计或应用提供参考。

关键词：超静定土工格栅筋土相互作用直剪试验剪胀应力粗粒土夹层

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轻型组合桥梁负弯矩区接缝抗弯性能试验

浙江大学学报（工学版） 2024年第2期58卷 399-412页

作者：邓舒文邵旭东晏班夫邱明红湖南农业大学水利与土木工程学院湖南长沙410125 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 香港大学土木工程系中国香港999077

对适用于轻型组合桥梁负弯矩区的T形横向接缝抗弯性能进行试验研究,对负弯矩加载接缝的全过程进行理论分析,对接缝设计参数进行讨论.研究结果表明,随着荷载的增大,试件的主裂缝出现在连续浇筑的UHPC接缝界面和加载点下方的面板表面,试... 详细信息

对适用于轻型组合桥梁负弯矩区的T形横向接缝抗弯性能进行试验研究,对负弯矩加载接缝的全过程进行理论分析,对接缝设计参数进行讨论.研究结果表明,随着荷载的增大,试件的主裂缝出现在连续浇筑的UHPC接缝界面和加载点下方的面板表面,试件中部未发现明显裂纹,UHPC接缝界面的可视初裂强度可以满足实桥设计荷载.对试验梁进行分析,提出接缝最大裂缝宽度、考虑UHPC拉伸刚度效应的设计弯矩和挠度计算公式,获得每阶段承载力的计算式,预测结果与试验结果吻合良好.通过参数讨论和计算可知,跨度L=20~50 m的轻型组合桥梁T形接缝上部加长长度可以设置为0.1L.

关键词：超高性能混凝土(UHPC) UHPC接缝抗弯性能试验裂缝宽度计算式挠度计算式极限承载力计算式

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混合基础隔震体系优化设计及性能

振动工程学报 2024年第1期37卷 137-147页

作者：李春祥龙秋雨曹黎媛上海大学力学与工程科学学院土木工程系上海200444

为解决基础隔震结构中隔震层位移需求过大的问题,提出了一种基础隔震结构(Base Isolated Structure,BIS)+串并联调谐质量阻尼器惯容器(Tuned Tandem Mass Damper-Inerter, TTMDI)的混合隔震体系。采用Bouc-Wen滞回模型模拟隔震层的非线... 详细信息

为解决基础隔震结构中隔震层位移需求过大的问题,提出了一种基础隔震结构(Base Isolated Structure,BIS)+串并联调谐质量阻尼器惯容器(Tuned Tandem Mass Damper-Inerter, TTMDI)的混合隔震体系。采用Bouc-Wen滞回模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,基于随机等效线性化和模式搜索优化算法并考虑地震动模型,在频域内建立了BIS+TTMDI体系的优化设计框架。分别从鲁棒性、有效性、刚度和阻尼系数、冲程及对地震频率敏感性方面对BIS+TTMDI体系的性能进行评估,并与BIS+调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)、串并联调谐质量阻尼器(TunedTandemMassDamper,TTMD)和调谐质量阻尼器惯容器(TunedMass Damper-Inerter, TMDI)进行比较。通过对近场地震动下某七层混合基础隔震结构(包括BIS+TTMDI和BIS+TMDI体系)的动力弹塑性分析,评价了其减/隔震性能。结果表明:BIS+TTMDI体系具有最好的减/隔震性能和强鲁棒性;而且在BIS+TTMDI体系中TTMDI的总阻尼需求不到BIS+TMDI体系中TMDI的一半,因而更为经济实用。

关键词：混合基础隔震结构振动控制优化设计等效线性化动力弹塑性分析

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铁路工程制度、管理与技术协同创新机理研究

铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 791-801页

作者：程保全黄健陵李志伟彭春艳蔡超勋陈辉华中南大学土木工程学院湖南长沙410075 香港城市大学建筑与土木工程系中国香港999077 中国铁道科学研究院集团有限公司北京100081

为探索铁路工程制度、管理与技术协同创新的影响因素,验证关键影响因素对创新绩效的作用机制,通过文献综述和专家访谈法,从制度、管理与技术3个维度识别铁路工程协同创新的影响因素,通过主成分分析法进行探索性因子分析,验证关键影响因... 详细信息

为探索铁路工程制度、管理与技术协同创新的影响因素,验证关键影响因素对创新绩效的作用机制,通过文献综述和专家访谈法,从制度、管理与技术3个维度识别铁路工程协同创新的影响因素,通过主成分分析法进行探索性因子分析,验证关键影响因素的合理性。在此基础上,构建关键影响因素之间及关键影响因素对创新绩效的作用关系模型。采用结构方程模型对关键影响因素之间的相互作用关系及对创新绩效的作用路径进行模拟计算与结果分析。根据影响因素的作用原理与作用过程,提出铁路工程创新绩效提升途径。研究发现影响铁路工程协同创新的关键因素包括:工程法律制度、创新政策、关系型管理、契约型管理、工程技术需求和创新资源投入,这些关键因素相互作用,且每一个关键影响因素都对铁路工程项目的创新绩效有着显著的直接影响关系。为了进一步提升铁路工程项目的创新绩效,有必要发挥铁路工程协同创新制度保障作用,加大铁路工程协同创新管控力度,并构建铁路工程协同创新技术网络。研究成果可为铁路工程创新理论和方法的研究提供参考,并为实践提供借鉴。研究结果有助于制定针对性的创新策略、合理政策,并为铁路工程建设提供有效的创新绩效提升途径。

关键词：铁路工程协同创新影响机理结构方程模型

基于CEL方法的瓷砖智能化铺贴质量数值分析

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第1期55卷 268-278页

作者：吴楷张艳荣孔祥明张浩楠李大林雷霆北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 清华大学土木工程系北京100084

基于耦合的欧拉-拉格朗日方法(CEL方法)建立瓷砖-瓷砖胶-混凝土流固耦合施工模型,模拟研究机器人的布料方式、布料管数和荷载类型对瓷砖回弹量、接触面积、缺陷分布等铺贴质量指标的影响规律和机理。研究结果表明:与垂直布料相比,水平... 详细信息

基于耦合的欧拉-拉格朗日方法(CEL方法)建立瓷砖-瓷砖胶-混凝土流固耦合施工模型,模拟研究机器人的布料方式、布料管数和荷载类型对瓷砖回弹量、接触面积、缺陷分布等铺贴质量指标的影响规律和机理。研究结果表明:与垂直布料相比,水平布料瓷砖胶的塑性变形较小,胶条形态保持稳定且呈等间距分布。布料管数增加对瓷砖回弹量与接触面积均无影响,但会使瓷砖-瓷砖胶的界面缺陷明显变窄且分布更加均匀。相较于单一的直压荷载,耦合垂直振动荷载引起的不均匀塑性变形导致瓷砖回弹量和瓷砖-瓷砖胶接触面积同时降低;而耦合剪切振动荷载既有利于消除瓷砖回弹量又能显著增大瓷砖-瓷砖胶接触面积,有效减少界面缺陷。

关键词： CEL方法智能化施工铺贴质量数值分析

隧道内爆炸荷载作用下衬砌及周围非饱和土的动力响应解答

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岩土力学 2024年第4期45卷 1026-1038页

作者：王滢赵彩清王海萍山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590

假设瞬态荷载沿隧道方向按指数衰减,建立非饱和介质中圆柱形衬砌隧道受到内源爆炸荷载作用时衬砌隧道及周围非饱和介质计算模型。基于多孔介质混合物理论和连续介质力学理论,推导爆炸荷载作用下衬砌结构及周围非饱和土的控制方程,运用La... 详细信息

假设瞬态荷载沿隧道方向按指数衰减,建立非饱和介质中圆柱形衬砌隧道受到内源爆炸荷载作用时衬砌隧道及周围非饱和介质计算模型。基于多孔介质混合物理论和连续介质力学理论,推导爆炸荷载作用下衬砌结构及周围非饱和土的控制方程,运用Laplace及Fourier变换求得隧道衬砌及周围土体在频域-波域内的解析解答,研究内源爆炸作用下饱和度对衬砌结构动力响应的影响。计算结果表明:饱和度对衬砌内表面径向位移影响较大,在轴向上,随着饱和度由0.15增至0.98,爆源处的径向位移值升高约28%;衬砌内表面径向应力随时间变化受饱和度的影响不明显;衬砌内表面环向应力幅值随饱和度的增大而增大,且达到幅值所用的时间逐渐延迟。在轴向上,随着饱和度由0.15增至0.98,爆源处环向应力升高约29%。

关键词：瞬态荷载非饱和介质衬砌隧道动力响应拉普拉斯变换傅里叶变换

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纺织基软体机器人结构设计与驱动性能研究

丝绸 2024年第2期61卷 1-8页

作者：杨梦馨李浩云 Iqbal M Irfan 孙丰鑫江南大学纺织软材料研究室江苏无锡214122 香港大学土木工程系中国香港999077

针对现有软体气动机器人制备成本高、设计灵活性差、功率密度低、控制技术复杂等问题,文章以鞘芯结构的涤纶∕氨纶弹性纱为基材编织针织罗纹组织,以涤纶纱为纬向衬垫纱间隔织入,形成力学各向异性的针织衬纬组织,并将该衬纬组织作为包覆... 详细信息

针对现有软体气动机器人制备成本高、设计灵活性差、功率密度低、控制技术复杂等问题,文章以鞘芯结构的涤纶∕氨纶弹性纱为基材编织针织罗纹组织,以涤纶纱为纬向衬垫纱间隔织入,形成力学各向异性的针织衬纬组织,并将该衬纬组织作为包覆层与气囊内胆装配,实现具有高致动应变、低能量耗散的高性能纺织基气动机器人开发。文章通过力学性能和驱动变形测试,表征分析了衬纬组织织物层的各向异性力学特征和针脚排列方式等因素对软体机器人驱动性能、变形特征、输出力和运动状态的影响规律。结果表明:纺织基软体机器人展现了优良的弯曲应变(弯曲曲率可达0.27 cm^(-1)),高的驱动力输出(13 N∕kg)。此外,开发的纺织基气动机器人具有低成本、设计灵活快捷、操控简单等优势,可通过编织结构设计和针脚方向的配置实现多模式的复杂变形,在可穿戴医疗康复训练设备和软体抓取器件等领域具有可观的应用前景。

关键词：软体机器人智能驱动器多模式运动医疗可穿戴纺织结构预编程