温度影响下基于布谷鸟算法的钢–混组合结构桥梁有限元模型修正

第42卷 第5期2023年 9月 地质科技通报B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yV o l .42 N o .5S e p .2023殷鹏程,孙义贤,庞于涛,等.考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响[J ].地质科技通报,2023,42(5):27-35.Y i n P e n g c h e n g ,S u n Y i x i a n ,P a n g Y u t a o ,e t a l .I n f l u e n c e o f f r o z e n s o i l o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f b r i d g e s t r u c t u r e s c o n s i d e r i n gt h e e f f e c t o f t e m p e r a t u r e [J ].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2023,42(5):27-35.基金项目:国家自然科学基金项目(51708527)作者简介:殷鹏程(1983 ),男,高级工程师,主要从事桥梁工程方面工作㊂E -m a i l :p c yi n 0609@163.c o m 通信作者:庞于涛(1988 ),男,副教授,主要从事桥梁抗震方面工作㊂E -m a i l :p a n g y u t a o @c u g.e d u .c n ©E d i t o r i a l O f f i c e o f B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y .T h i s i s a n o pe n a c c e s s a r t i c l e u n d e r t h e C C B Y -N C -N D l i c e n s e .考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响殷鹏程1,孙义贤2,庞于涛2,王晓伟3,朱维元2(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉430063;2.中国地质大学(武汉)工程学院,武汉430074;3.同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092)摘 要:近年来冻土区实际桥梁结构的震害已经表明,冻土的存在会增加桥梁基础的土体侧向刚度,可能会使桥梁结构出现更为严重的地震损伤,然而目前缺乏关于地震作用下冻土桥梁结构的冻土-桩相互作用效应以及相应地震响应规律的研究㊂基于所提出的高效非线性数值模型来考虑地震作用下的冻土-桩基础相互作用效应,推导了冻土深度与地表温度的关系,给出了冻土层的p -y 弹簧非线性数值模拟方法,并选择了多条地震实测记录,研究了地震作用下不同冻土深度对规则桥梁墩柱以及支座地震响应的影响规律㊂结果表明,本研究所采用的高效非线性数值模型较好地模拟了冻土下桥梁结构的抗震性能,且所建立的冻土p -y 弹簧曲线具有很好的准确性㊂当峰值加速度(P G A )较小时,冻土对于桥墩墩底曲率的增幅达20%,而当P G A 较大时,冻土可增加桥墩曲率响应(达185%),使桥墩更易进入屈服㊂当冻土深度较小(温度等于-5ħ)时,支座位移有较大的增加,增加了地震作用下主梁的落梁风险,且冻土可使地震作用下结构体系的最不利部位发生转移㊂研究结果可为我国冻土桥梁结构的抗震性能与相应的抗震设计方法研究提供必要的理论基础与数据支持,这一基础性工作对于推动我国冻土区桥梁工程防灾减灾的发展与工程应用具有重要意义㊂关键词:季节性冻土;桥梁结构;数值模拟;地震响应;温度效应2022-09-06收稿;2023-02-06修回;2023-02-13接受中图分类号:U 445.7+5 文章编号:2096-8523(2023)05-0027-09d o i :10.19509/j .c n k i .d z k q.t b 20220505 开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):I n f l u e n c e o f f r o z e n s o i l o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f b r i d ge s t r u c t u r e s c o n s i d e r i n g t h e ef f e c t o f t e m pe r a t u r e Y i n P e n g c h e n g 1,S u n Y i x i a n 2,P a n g Y u t a o 2,W a n g X i a o w e i 3,Z h u W e i yu a n 2(1.C h i n a R a i l w a y S i y u a n S u r v v e y a n d D e s i g n G r o u p C o .,L t d .,W u h a n 430063,C h i n a ;2.F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g ,C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s (W u h a n ),W u h a n 430074,C h i n a ;3.S t a t e K e yL a b o r a t o r y f o r D i s a s t e r R e d u c t i o n i n C i v i l E n g i n e e r i n g ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n gh a i 200092,C h i n a )A b s t r a c t :[O b je c t i v e ]R e c e n t l y ,t h e s e i s m i c d a m a g e of a n a c t u a l b r i dg e s t r u c t u r e i n a f r o z e n s o i l a r e ah a s s h o w n t h a t t h e p r e s e n c e o f f r o z e n s oi l w i l l i n c r e a s e t h e l a t e r a l s t i f f n e s s o f t h e b r i d ge f o u n d a t i o n ,w h i c h m a y c a u s e m o r e s e r i o u s s e i s m i c d a m a g e t o t h e b r i d ge s t r u c t u r e ,b u t t h e r e i s a l a c k of r e s e a r c h o n t h e f r o -z e n s o i l -p i l e i n t e r a c t i o n e f f e c t o f f r o z e n s o i l b r i dg e s t r u c t u r e s u n d e r s e i s m i c l o a d i n g s a n d th e c o r r e s p o n di n gs e i s m i c r e s p o n s e s .[M e t h o d s ]T h e p r e s e n t p a p e r p r o po s e d e f f i c i e n t n o n l i n e a r n u m e r i c a l m o d e l s t o c o n s i d e r t h e e f f e c t o f t h e f r o z e n s o i l -p i l e i n t e r a c t i o n o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f s t r u c t u r e s .F i r s t ,t h e r e l a t i o n s h i pCopyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s://d z k j q b.c u g.e d u.c n地质科技通报2023年b e t w e e n t h e d e p t h o f f r o z e n s o i l a n d s u r f a c e t e m p e r a t u r e w a s c o n s t r u c t e d.T h e n,t h e p-y s p r i n g m o d e l l i n g a p p r o a c h w a s p r e s e n t e d t o s i m u l a t e t h e s e i s m i c b e h a v i o r o f f r o z e n s o i l.S e v e r a l a s-r e c o r d e d g r o u n d m o t i o n s w e r e s e l e c t e d a s t h e s e i s m i c i n p u t.T h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f p i e r s a n d b e a r i n g s o f r e g u l a r b r i d g e s w i t h d i f-f e r e n t d e p t h s o f f r o z e n s o i l u n d e r s e i s m i c l o a d i n g s w e r e i n v e s t i g a t e d.[R e s u l t s]T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p r o p o s e d e f f i c i e n t n o n l i n e a r n u m e r i c a l m o d e l c a n b e a d o p t e d t o m o d e l t h e s e i s m i c b e h a v i o r o f b r i d g e s c o n-s i d e r i n g f r o z e n s o i l.A n d t h e p r o p o s e d p-y c u r v e s f o r f r o z e n s o i l c a n a c c u r a t e l y p r e d i c t t h e p-y r e l a t i o n s h i p f r o m t h e e x i s t i n g t e s t s.W h e n t h e P G A i s r e l a t i v e l y s m a l l,t h e p i e r c u r v a t u r e i n c r e a s e s s l i g h t l y;b y c o n-t r a s t,i n t h e c a s e o f l a r g e P G A,f r o z e n s o i l c a n s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e t h e c u r v a t u r e d e m a n d s,w h i c h c a n m a k e t h e p i e r e n t e r i n t o t h e i n e l a s t i c b e h a v i o r.W h e n t h e d e p t h o f f r o z e n s o i l i s s m a l l(t h e t e m p e r a t u r e i s -5ħ),t h e b e a r i n g d i s p l a c e m e n t i n c r e a s e s s i g n i f i c a n t l y,w h i c h i n c r e a s e s t h e p r o b a b i l i t y o f u n s e a t i n g u n-d e r s e i s m i c l o a d i n g s.M o r e o v e r,f r o z e n s o i l c a n t r a n s f e r t o t h e a d v e r s e l o c a t i o n s o f s t r u c t u r a l s y s t e m s u n-d e r s e i s m i c l o a d i n g s.[C o n c l u s i o n]T h e r e f o r e,t h e c o n c l u s i o n s o f t h i s p a p e r c a n p r o v i d e t h e n e c e s s a r y t h e o-r e t i c a l b a s i s a n d d a t a s u p p o r t f o r s t u d y i n g t h e s e i s m i c p e r f o r m a n c e a n d c o r r e s p o n d i n g s e i s m i c d e s i g n m e t h-o d s o f f r o z e n s o i l b r i d g e s t r u c t u r e s i n C h i n a,w h i c h i s o f g r e a t s i g n i f i c a n c e f o r p r o m o t i n g t h e d e v e l o p m e n t a n d e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n o f d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d m i t i g a t i o n o f b r i d g e e n g i n e e r i n g i n f r o z e n s o i l a r e a s i n C h i n a.K e y w o r d s:s e a s o n a l f r o z e n s o i l;b r i d g e s t r u c t u r e;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n;s e i s m i c r e s p o n s e s;t e m p e r a t u r e e f f e c tR e c e i v e d:2022-09-06;R e v i s e d:2023-02-06;A c c e p t e d:2023-02-13冻土一般分为季节性冻土与常年冻土两类,在我国多数地区广泛存在㊂由于我国地域广阔,北部与西部很多地区四季变化的温度都在20~-40ħ之间,因而在我国季节性冻土分布尤为广泛㊂此外,北部与西部多数冻土地区还位于地震高烈度区域[1]㊂近年来,世界范围内多次强震发生于冬季,比如1964年发生在A l a s k a的P r i n c e W i l l i a m S o u n d 地震(震级为9.2级),1995年的K o b e地震(震级为6.9级)以及2001年的N i s q u a l l y地震(震级为6.8级)㊂这些地震说明桥梁结构极有可能在低温环境下遭受过强震作用㊂在强震作用下,桥梁结构由于低温环境与冻土作用,更易出现地震损伤[2-3]㊂目前关于地震的研究应用[4-6]虽多,但对于冻土区桥梁结构抗震性能的研究较少,在高烈度地区,地震作用控制着桥梁结构的设计,因而有必要研究在地震作用下季节性冻土对桥梁结构抗震性能的影响㊂尽管目前在规范中桥梁抗震设计方法并没有明确低温环境下季节性冻土的影响,但近年来的很多研究[7-11]已经表明冻土可以改变土体的动力本构关系,因而对于桥梁下部结构有着不可忽略的影响㊂S h e l m a n等[9]通过试验研究了冻土的p-y本构曲线,并基于拟静力推导方法对桥梁深基础的性能进行了研究㊂Y a n g等[7]研究了美国A l a s k a季节性冻土的力学特性,并给出了模拟季节性冻土p-y本构的具体参数取值㊂G u等[11]给出了研究嵌固于冻土中的钢管混凝土桩的非线性地震响应的三维有限元模拟方法,并基于直接积分法进行了敏感性分析㊂总的来说,这些研究基本都采用三维实体有限元或者非线性W i n k l e r地基模型来模拟冻土-桥梁结构相互作用㊂尽管三维精细化模型比基于p-y本构的方法更为准确,但多条波的非线性时程动力分析所需的时间巨大,不利于其应用于实际桥梁的抗震设计中㊂三维精细化有限元模型在模拟钢筋混凝土墩柱的动力弹塑性行为时收敛性不好,且计算效率较低㊂另外,目前关于地震作用下冻土对桥梁结构动力响应影响规律的研究还较少,冻土下桥梁结构地震响应的变化规律可以指导我国寒区桥梁结构的抗震设计,对于桥梁结构的抗震安全性有着重要的影响㊂本研究基于p-y方法建立高效数值模型来考虑桥梁结构的土-桩相互作用㊂该模型采用O p e n S e e s软件给出了冻土层的p-y模拟方法,并建立基于一维p-y弹簧㊁二维土体及三维墩柱的非线性数值有限元模型,能够较有效地模拟冻土-桩相互作用㊂基于该数值模型,本研究选择多条地震实测记录,以研究地震作用下不同冻土深度对规则桥梁墩柱以及支座响应的影响规律,旨在为冻土地区桥梁结构的抗震设计提供理论基础与数据储备㊂1桥梁非线性数值分析模型1.1桥墩与支座模拟为了研究冻土对于桥梁结构地震响应的影响规律,本研究选取了典型桥梁桩柱式基础进行研究㊂82Copyright©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响该桩柱式桥墩高6.5m ,墩身为圆形截面,直径1.5m ,桩身截面与墩身截面一致,桩身长14m ㊂上部结构为3车道箱梁,宽11m ㊂箱梁与墩柱之间为板式橡胶支座㊂桩基位于6m 深的松砂以及14m 深的密砂中㊂图1给出了桥梁结构的示意图以及相应尺寸,可以看出,规则桥梁每跨结构的材料属性与尺寸均相同,因而本研究截取了其中的一个墩进行分析,从而提高其分析效率㊂图1 桥梁结构的示意图以及相应尺寸(D .桥墩圆形截面直径;φB .桩基砂粒体积分数)F i g .1 S c h e m a t i c o f t h e c o n s i d e r e d b r i d g e s t r u c t u r e a n d t h e c o r r e s p o n d i n g di m e n s i o n s 本研究基于O p e n S e e s 软件建立上述规则桥梁结构的有限元模型,该模型基于一维p -y 弹簧连接二维土体以及三维墩柱,能够很好地模拟土-桩相互作用[12-14],如图2所示㊂在该非线性有限元模型中,桥梁上部结构在模拟中不考虑刚度的影响,而直接采用集中质量进行模拟[15]㊂下部墩柱以及桩基采用基于位移的非线性纤维梁柱单元进行模拟㊂考虑到单位划分对于曲率反映的影响,本研究采用0.5m 一个单元,并在每个纤维单元中采用5个积分点,从而保证模拟数值结果的准确性㊂在纤维梁单元中,结构截面被划分成300个纤维,每个纤维使用了不同的单轴本构模型来模拟钢筋混凝土结构㊂混凝土模型采用C o n c r e t e 02模型,考虑了混凝土拉力与应力软化效应,核心混凝土抗压强度为34M P a ,而钢筋则采用S t e e l 02模型,屈服强度为400M P a ,弹性模量为200G P a ㊂图3给出了不同材料本构模型以及相应取值㊂板式橡胶支座采用双线性模型进行模拟,橡胶的初始刚度由支座面积㊁剪切模量以及支座高度计算确定[16],具体如下:K l =10G At h(1)式中:K l 为初始刚度;t h 为支座高度;G 为支座剪切模量;A 为支座水平面积㊂由于低温环境下橡胶会变硬,从而导致其剪切模量上升㊂根据现行规范,板式橡胶支座在不同地表温度(T s )下剪切模量的具体取值如下:①当T s>-100ħ时,G =2.0ˑ103k N /m ;②当T s >-25ħ时,G =1.5ˑ103k N /m ;③当T s >-10ħ时,G =1.2ˑ103k N /m ;④当T s >0ħ时,G =1.0ˑ103k N /m㊂图2 基于p -y 弹簧的桥梁桩柱式基础高效有限元模型F i g.2 E f f i c i e n t f i n i t e e l e m e n t m o d e l o f t h e p i l e s h a f t f o u n d a t i o n b a s e d o n t h e p -y s p r i n gs 1.2地震波与动力分析为了进行非线性动力时程分析,本研究从P E E R 强震数据库中选取了7条地震动时程记录,具体信息如表1㊂从表1中可以看出,所选取的地震记录震级从6.5~7.3级不等,且地震动强度(峰值加速度(P G A )以及峰值速度(P G V ))均在合理的范围内㊂从图4中可以看到,当P G A 小于0.8g 时,最大的放缩系数小于4.0,因而不会出现地震记录的失真问题,以便后续分析进行地震波调幅㊂当各条波调幅至0.4g 时,各条波的加速度与位移谱由图4给出,可以看出,对于本文所考虑的结构一阶周期位移加速度反应谱下降段,随着自振周期的增加,92Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年图3 纤维单元中钢筋和混凝土力学本构模型F i g .3 S t r e s s -s t r a i n r e l a t i o n s h i p of s t e e l a n d c o n c r e t e i n f i b e r e l e m e n t s 表1 选取的7条地震动时程信息T a b l e 1 I n f o r m a t i o n o n t h e s e v e n s e l e c t e d g r o u n d m o t i o n r e c o r d s序号地震名称年份震级测站P G A /gP G V /(c m ㊃s -1)E 1E 2E 3E 4E 5E 6E 7I m p e r i a l v a l l e y-0619796.5S u pe r s i t i o n h i l l 19876.6L o m a P r i e t a 19897.0L a n d e r s19927.3B r a w l e y A i r po r t 0.2272.98E C C o u n t y C e n t e r F F 0.2053.17E l C e n t r o I m p.C o .C e n t 0.3332.85P a r a c h u t e T e s t S i t e0.2744.58G i l r o y -G a v i l a n C o l l .0.4637.97G i l r o y A r r a y #10.3746.37G i l r o y A r r a y #30.3258.33图4 所选取地震波的反应谱:加速度谱(a )和位移谱(b)F i g .4 R e s p o n s e s p e c t r a o f s e l e c t e d g r o u n d m o t i o n s :a c c e l e r a t i o n s p e c t r a (a )a n d d i s p l a c e m e n t s pe c t r a (b )加速度反应会逐渐减小,而位移反应则会逐渐增大,且选取的7条地震动记录的均值反应谱形状与规范目标谱形状类似,可用于非线性动力时程分析㊂在非线性时程分析中,采用瑞利阻尼,阻尼比为5%,地震波为横桥向输入,基于牛顿迭代算法,并采用基于位移的收敛准则㊂2 冻土参数以及数值模拟2.1冻土深度与冻土参数取值为了研究冻土深度对于桥梁抗震性能的影响,首先需要研究不同温度下冻土深度的大致范围㊂表2给出了不同文献所调查的不同地区的季节性冻土深度H f 与地表温度T s 的关系,可以看出,地表温度与冻土深度比值T s /H f 的均值为-10.66㊂为了方便后续的分析研究,本研究采用近似的T s /H f 比值-10来体现地表温度与冻土深度的关系㊂从现有文献看,我国北部与西部的季节性冻土深度一般为0.5~2.0m ㊂因而本研究考虑了4个冻土工况,分别为:①当T s =-20ħ时,H f =2.0m ;②当T s =-15ħ时,H f =1.5m ;③当T s =-10ħ时,H f=1.0m ;④当T s =-5ħ时,H f =0.5m ㊂另外,需要注意的是,冻土层中温度是不同的,本研究假设温度从地表开始线性增加到冻土层底(该处温度为0ħ)㊂为了体现冻土参数与温度之间的关系,本研究根据文献[10]将冻土的剪切模量G f 与冻土层温度03Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响T 联系在一起,具体如下:v s =-50T +890(2)G f =ρf v 2s (3)式中:v s 为冻土的剪切波速;ρf 为土体密度,本研究取1.9g /c m 3㊂冻土的其他力学参数可由以上两个参数确定㊂表2 不同地区的季节性冻土深度H f 与地表温度T s 的关系T a b l e 2 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n s e a s o n a l f r o z e n s o i l d e pt h H f a n d s u r f a c e t e m pe r a t u r e T s 资料来源地表温度T s/ħ冻土深度H f /mT s /H f文献[10]-8.02.38-3.36文献[11]-15.81.45-10.90文献[1]-7.00.46-15.21文献[1]-10.00.76-13.16均值-10.662.2冻土数值模拟在本研究中,土体采用二维四节点实体剪切梁单元进行模拟,该单元可以模拟在动力往复荷载下材料的流固耦合响应㊂冻土与砂土分别采用O pe n S e e s 软件中的P I MY 与P D MY 本构模型进行模拟㊂二维土体与梁柱之间采用p -y ,t -z 以及q -z 弹簧进行连接㊂为了保证土体与梁柱之间的网格一致性,土体单元高0.5m ,且土弹簧的间距也为0.5m ㊂当环境温度足够低且土体孔隙之间有足量水体时,冻土颗粒之间的空隙会被冰填满,因而冻土的力学行为在某种程度上可以类比坚硬的黏土㊂基于坚硬黏土的p -y 曲线,本研究中冻土采用如下p -y 曲线,如图5所示㊂p -y 曲线的本构方程如下:图5 本研究所采用的冻土的p -y 曲线F i g .5 S k e t c h o f t h e p r o po s e d p -y c u r v e f o r f r o z e n s o i l p =p u 2(y y m )1/3,y ɤ8y mp =p u ,y >8y m(4)式中:y m 为冻土极限强度一半时桩的挠度;p u 为冻土的极限强度㊂y m 可由下式计算:y m =k m b (5)式中:k m 为常数,即为极限强度的50%时的土体应变ε50;b 为冻土土体位移㊂根据文献[17],冻土的抗压强度(q u )可由以下公式进行计算,具体如下:q u =2.15-0.33T +0.01T 2(6)根据上述公式,本研究所建立的冻土p -y 曲线就可计算得到㊂图6给出了本研究建立的冻土p-y 曲线与现有文献[18]数据的对比,可以看出,本研究所建立的p -y 曲线能够很好地拟合试验所得到的冻土p -y 曲线,具有很好的准确性㊂另外,数值模型中非冻土土体的p -y ,t -z 以及q -z 弹簧可参考文献[14]㊂图6 本研究建立的冻土p -y 曲线与现有文献[18]数据的对比F i g .6 C o m pa r i s o nb e t w e e n t h e p -yc u r v e s f o r f r o z e n s o i l i n t h e l i t e r a t u r e [18]a nd t he r e a l i z a t i o n s i n O pe n S -e e s i n t h i s p a pe r 3 结果与讨论3.1不同冻土深度下结构动力特性的影响本研究基于上述非线性有限元模型,首先基于模态分析了不同冻土深度下桥梁结构的动力特性㊂图7给出了不同冻土深度下桥墩的周期,可以看出,不同冻土深度对不同结构周期的影响并不相同,其中冻土对于一阶侧弯振型影响最大,而对于二阶侧弯与一阶竖向振型影响均相对较小,这是由于冻土层增加了桩柱的侧向约束,使得桥墩整体的侧向刚度增大;此外,结构基本周期随着冻土深度的增加而减少,且增加量逐渐趋于平稳,比如冻土深度为0.5m 时,冻土对一阶周期的影响为7.8%,而当冻土深度为1.5m 以及2.0m 时,冻土对一阶周期的影响分别为16.5%与18.0%,影响幅度逐渐趋向稳定㊂对于常规桥梁而言,一般地震响应由第一阶振型控制,因而冻土层对桥梁结构的动力响应具有显著的影响㊂13Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年图7 不同冻土深度对桥梁自振周期的影响F i g .7 E f f e c t o f f r o z e n s o i l d e pt h o n t h e v i b r a t i o n p e r i o d o f b r i d ges 图8 E 3地震波下冻土深度为0,0.5,2.0m 时的桥墩墩顶位移(a )㊁墩底剪力(b )以及墩底弯矩(c)F i g .8 T o p d i s pl a c e m e n t (a ),b o t t o m s h e a r (b )a n d m o -m e n t r e s po n s e s (c )o f p i e r s u n d e r E 3s e i s m i c w a v e w h e n t h e d e p t h o f t h e f r o z e n s o i l i s s e l e c t e d a s 0,0.5,2.0m3.2不同冻土深度下的非线性动力时程响应基于表1所给出的地震时程记录进行调幅,将P G A 缩放到0.4g 作为地震动输入,对桥梁有限元模型进行非线性时程分析㊂图8给出了E 3地震波下冻土深度分别为0,0.5,2.0m 时的桥墩墩顶位移㊁墩底剪力以及墩底弯矩,可以看出,对于位移反应来说,无冻土时桥墩墩顶位移相比有冻土时要大,这是由于冻土增加了桥墩墩底的约束,增加了桥墩侧向刚度,从而导致结构自振周期下降,如图7所示㊂由图4-b 可知,结构自振周期下降可导致结构位移的下降,因而在冻土存在下墩顶位移反应减少㊂同理,对于墩底剪力以及弯矩而言,由于冻土可以降低结构自振周期,且由图4-a 可知,结构自振周期的下降可以增加结构加速度反应,因而冻土深度的增加可以增加墩底的剪力与弯矩反应㊂3.3不同地震动强度的影响由于不同地区抗震设防烈度与地震危险性不同,因而本研究计算了不同地震动强度下冻土对于桥墩与支座响应的影响㊂图9给出了不同地震动强度与温度作用下冻土对桥墩与支座地震响应的影响,可以看出,对于曲率延性系数而言,当P G A 较小时,冻土对于桥墩曲率的增幅达20%,而当P G A 较大时,冻土增加的桥墩曲率响应达185%㊂特别有趣的是,当P G A 等于0.6g 时,在没有冻土时,桥墩并没有进入屈服,而当冻土深度增加时,桥墩不仅进入了屈服,而且曲率延性系数增加了一倍多,达到2.0以上㊂这一现象说明冻土层对于桥梁结构的抗震性能有很大影响㊂对于桥墩而言,冻土层的存在会导致桥墩损伤更容易出现㊂对于支座位移而言,当P G A 较小时,当冻土深度较小(温度等于-5ħ)时,对支座位移有较大的影响,而当冻土深度较大时(温度小于-5ħ),冻土层对于支座位移的影响不大,在冻土深度达到2.0m ,支座位移相比没有冻土层时还略微有些减小㊂当P G A 较大时,可以从图9中看出相似的规律㊂不同的是,当冻土深度较小时,支座位移有约50%的增幅,而当冻土深度较大时,支座位移仅有10%左右的影响㊂这一现象说明,冻土层较浅时,可导致桥梁上部结构在较大地震动强度下产生较大的位移需求,从而导致上部梁体落梁等情况的发生㊂从图7可以看出,冻土层的存在可以使结构的一阶周期下降,而桥墩结构的地震响应基本由第一阶振型控制㊂因而当冻土存在时,结构的位移反应会减少,而力反应会增加㊂在地震动强度较低时(P G A =0.2g ),结构反应基本在弹性范围内,由于结构的曲率延性系数是一个兼顾力与位移的物理量,这时位移的减少与弯矩的增加可使曲率反应在冻土层较薄时有一个略微的增加,随后随即下降,且呈现出先上升后下降的趋势;而当地震动强度较大时(P G A =0.6g ),结构反应位于塑性范围内,这时结构的曲率反应基本由位移决定,因而曲率反应有很大的增加,且随着冻土深度的增加,曲率反应逐渐增加(图9-a)㊂对于支座位移而言,随着冻土层加23Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响厚,由于结构周期的下降,墩顶位移逐渐减少,而支座位移增加,由于低温环境下支座的剪切模量随着温度的增加而增加,因而会出现在冻土层等于0.5 m(T=-5ħ)时,支座位移最大的现象(图9-b)㊂图9不同地震动强度与温度作用下冻土对桥墩与支座地震响应的影响:曲率延性系数(a)和支座位移(b)F i g.9 E f f e c t o f f r o z e n s o i l o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f c o l u m n s a n d b e a r i n g s a t d i f f e r e n t I M l e v e l s a n d t e m p e r-a t u r e s:c u r v a t u r e d u c t i l i t y f a c t o r(a)a n db e a r i n g d i s p l ac e m e n t(b )图10不同上部结构质量下不同冻土深度对墩底曲率延性系数(a)与支座位移响应(b)的影响F i g.10 E f f e c t o f f r o z e n s o i l o n p i e r c u r v a t u r e(a)a n d b e a r i n g d i s p l a c e m e n t(b)u n d e r d i f f e r e n t s u p e r s t r u c t u r e m a s-s e s a n d d i f f e r e n t d e p t h s3.4不同上部结构质量下支座位移的变化规律由于实际桥梁设计中,主梁质量的大小受主梁宽度㊁截面形式以及二期恒载等因素影响而差异较大㊂为考虑不同主梁质量的影响,本研究针对不同的上部梁体质量,对不同地震动下的曲率延性系数和支座位移进行了分析㊂图10给出了上部结构质量分别为100,200,300,400,500t时不同冻土深度对曲率延性系数与支座位移响应最大值的变化情况㊂需要说明的是,表1中给出的是7条地震波的平均值,且每条地震波的强度均为0.4g㊂从图10中可以看出,对于曲率延性系数与支座位移而言,其响应都随着上部结构质量的增加而增加㊂对于曲率延性系数而言,无冻土时上部结构质量所带来的结构响应的增幅较小,这是由于支座所传下来的惯性力并没有很大的改变;而当有冻土层时,曲率延性系数均随着上部结构质量的增加而增加,且上部质量较大时,有冻土层的墩柱更容易进入屈服,这是由于当温度较低时,支座的刚度增大且墩底约束更强,导致上部结构质量更容易参与到结构的动力反应中,从而导致墩底受力更大(图10-a)㊂对于支座位移而言,随着冻土层深度增加,支座位移先增大后减少㊂特别是当冻土层深度为0.5m时,在较大的上部结构质量(400t与500t)下,支座位移分别被放大了约54%与75%,极大地增加了有冻土桥梁结构的落梁风险㊂当温度不是很低时,支座的刚度增加不大,而墩底约束变强,这时墩顶位移变小,导致支座位移极大地增加㊂当温度较低且冻土层较厚时,橡胶支座的刚度也会相应增加,从而降低了地震作用下的支座位移,其甚至小于无冻土层时的支座位移(图10-b)㊂3.5不同冻土深度下墩柱最不利部位由于冻土的存在,桥梁下部结构桩顶部分土体的刚度变大,从而使得下部结构体系的最不利部位发生改变㊂图11给出了E1地震波下墩身与桩身不同部位的曲率响应图,可以看出,当没有冻土时,桩身距桩顶大约2.5倍桩径处结构出现最不利位33Copyright©博看网. All Rights Reserved.h t t p s://d z k j q b.c u g.e d u.c n地质科技通报2023年图11E1地震波下墩身与桩身不同部位的曲率响应图F i g.11 C u r v a t u r e r e s p o n s e s a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s o f b o t ht h e p i e r a n d p i l e u n d e r t h e E1s e i s m i c w a v e置,这与以前的研究结论[12-14]一致㊂而当冻土层出现时,结构最不利位置从2.5倍桩径处转移到桩顶处㊂从曲率的最大值来看,虽然最不利部位出现了转移,但墩桩体系的最大值下降了,也就是说,在没有冻土的情况下,桩基是桥梁下部结构体系中最不利构件,而有冻土时,墩底与桩顶均为最不利部位㊂对于单个构件而言,有冻土的情况确实使下部结构部分构件更容易出现地震损伤,例如对于桥墩而言,有冻土时,墩底结构响应更大,因而易于出现损伤㊂对于桥梁下部墩柱而言,需要增加截面的相应纵向配筋率来提高墩柱的抗震能力㊂对于整个下部结构体系而言,总体上地震反应是下降的,体系破坏的概率下降了㊂因而,在某种程度上来说,桥址位有冻土存在时是有利于整个下部结构抗震的㊂4结论(1)本研究所建立的高效数值模型能够模拟冻土下桥梁结构的抗震性能,且所建立的p-y曲线能够很好地拟合试验所得到的冻土p-y曲线,具有很好的准确性㊂(2)不同冻土深度对不同结构周期的影响并不相同,其中冻土对于一阶侧弯振型影响最大,而对于二阶侧弯与一阶竖向振型影响均相对较小,不仅结构基本周期随着冻土深度的增加而减少,而且增加量逐渐趋于平稳㊂(3)对于曲率延性系数而言,当P G A较小时,冻土对于桥墩曲率的增加有限,而当P G A较大时,冻土极大地增加了桥墩的曲率响应,使得桥墩更易进入屈服㊂对于支座位移而言,当冻土深度较小(温度等于-5ħ)时,支座位移有较大的增加,极大地增加了落梁风险㊂因而,在实际工程中,不仅需要增加冻土区桥梁墩柱纵筋配筋率,而且需要增加支座的位移能力㊂(4)冻土的存在可以使地震作用下结构体系的最不利部位发生转移,但对于整个下部结构体系而言,总体上结构所受地震响应是下降的,结构体系发生破坏的概率下降了,这点对于实际工程的桩基础设计是有利的㊂本研究主要针对冻土区桥梁结构的地震响应规律,主要讨论地震动不确定性的影响,下一步将会涉及冻土区桥梁结构的抗震设计方法㊂另外,本研究基本基于数值模拟方法,今后需要采用试验与数值模拟相结合的手段,将冻土的力学参数以及桥梁结构的破坏模式等进一步加以研究与分析㊂(所有作者声明不存在利益冲突)参考文献:[1] S r i t h a r a n S,S u l e i m a n M T,W h i t e D J.E f f e c t s o f s e a s o n a lf r e e z i ng o n b r i d g e c o l u m n-f o u n d a t i o n-s o i l i n t e r a c t i o n a n d th ei ri m p l i c a t i o n s[J].E a r t h q u a k e S p e c t r a,2007,23(1),199-222.[2]马巍,周国庆,牛富俊,等.青藏高原重大冻土工程的基础研究进展与展望[J].中国基础科学,2016,18(6):9-19.M a W,Z h o u G Q,N i u F J,e t a l.P r o g r e s s a n d p r o s p e c t o f t h eb a s ic r e s e a r c h o n t h e m a j o r p e r m a f r o s t p r o j e c t s i n t h e Q i n g h a i-T i b e t P l a t e a u[J].C h i n a B a s i c S c i e n c e,2016,18(6):9-19(i nC h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[3]张昊宇,黄勇,汪云龙,等.基于倾斜摄影的野马滩大桥震害位移评价[J].地震工程与工程振动,2022,42(2):89-103.Z h a n g H Y,H u a n g Y,W a n g Y L,e t a l.O b l i q u e p h o t o g r a p h y m o d e l i n g d i s p l a c e m e n t e s t i m a t i o n o f Y e m a t a n B r i d g e s[J].E a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g a n d E n g i n e e r i n g V i b r a t i o n,2022,42(2):89-103(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[4]李永乐,陈宇,彭成山,等.地震作用下的灰坝液化特征及其动力稳定性分析:以安阳电厂为例[J].地质科技情报,2002,21(1):83-86.L i Y L,C h e n Y,P e n g C S,e t a l.L i q u e f i e d c h a r a c t e r s a n d d y-n a m i c s t a b i l i t y o f a s h d a m o f t h e A n y a n g P o w e r P l a n t u n d e r t h e a c t i o n o f e a r t h q u a k e[J].G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yI n f o r m a t i o n,2002,21(1):83-86(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b-s t r a c t)[5]付鑫,杜晓峰,官大勇,等.地震沉积学在河流-浅水三角洲沉积相研究中的应用:以渤海海域蓬莱A构造区馆陶组为例[J].地质科技通报,2021,40(3):96-108.F u X,D u X F,G u a n D Y,e t a l.A p p l i c a t i o n o f s e i s m i c s e d i m e n-t o l o g y i n r e s e r v o i r p r e d i c t i o n i n f l u v i a l t o s h a l l o w w a t e r d e l t af a c i e s:A c a s e s t u d y i n G u a n t a o F o r m a t i o n f r o m t h e P e ng l a i As t r u c t u r e a r e a i n B o h a i B a y[J].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,2021,40(3):96-108(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s ha b s t r a c t).[6]高运,徐若时,孙文静.考虑土-结构相互作用下基岩深度对核反应堆厂房基础地震响应的影响[J].地质科技通报,2022,41(2):154-164.G a o Y,X u R S,S u n W J.I n f l u e n c e o f b e d r o c k d e p t h o n t h es e i s m i c r e s p o n s e o f a n u c l e a r r e a c t o r b u i l d i n g f o u n d a t i o n c o n-s i d e r i n g s o i l s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n[J].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2022,41(2):154-164(i n C h i n e s e w i t h43Copyright©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响E n g l i s h a b s t r a c t).[7] Y a n g Z J,L i Q,H o r a z d o v s k y J,e t a l.P e r f o r m a n c e a n d d e s i g no f l a t e r a l l y l o a d e d p i l e s i n f r o z e n g r o u n d[J].J o u r n a l o fG e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g,2016,143(5):31-36[8] W o t h e r s p o o n L,S r i t h a r a n S,P e n d e r M,e t a l.I n v e s t i g a t i o n o nt h e i m p a c t o f s e a s o n a l l y f r o z e n s o i l o n s e i s m i c r e s p o n s e o fb r i d g ec o l u m n s[J].J o u r n a l o f B r id ge E n g i n e e r i n g,2010,24(5):473-481.[9] S h e l m a n A,T a n t a l l a J,S r i t h a r a n S,e t a l.C h a r a c t e r i z a t i o n o fs e a s o n a l l y f r o z e n s o i l s f o r s e i s m i c d e s i g n o f f o u n d a t i o n s[J].J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g, 2014,27(8):04014031.[10]Y a n g Z J,S t i l l B,G e X.M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s e a s o n a l l y f r o-z e n a n d p e r m a f r o s t s o i l s a t h i g h s t r a i n r a t e[J].C o l d R e g i o n s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2015,113:12-19.[11]G u Q,Y a n g Z,P e n g Y.P a r a m e t e r s a f f e c t i n g l a t e r a l l y l o a d e dp i l e s i n f r o z e n s o i l s b y a n e f f i c i e n t s e n s i t i v i t y a n a l y s i s m e t h o d [J].C o l d R e g i o n s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2016,121:42-51.[12]W a n g X,S h a f i e e z a d e h A,Y e A.O p t i m a l i n t e n s i t y m e a s u r e s f o rp r o b a b i l i s t i c s e i s m i c d e m a n d m o d e l i n g o f e x t e n d e d p i l e-s h a f t-s u p p o r t e d b r i d g e s i n l i q u e f i e d a n d l a t e r a l l y s p r e a d i n g g r o u n d [J].B u l l e t i n o f E a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g,2018,16(1):229-257.[13]W a n g X,P a n g Y,Y e A.P r o b a b i l i s t i c s e i s m i c r e s p o n s e a n a l y s i so f c o a s t a l h i g h w a y b r i d g e s u n d e r s c o u r a n d l i q u e f a c t i o n c o n d i-t i o n s:D o e s t h e h y d r o d y n a m i c e f f e c t m a t t e r?[J].A d v a n c e s i nB r i d g e E n g i n e e r i n g,2020,1(1):1-15.[14]W a n g X,L u o F,S u Z,e t a l.E f f i c i e n t f i n i t e-e l e m e n t m o d e l f o rs e i s m i c r e s p o n s e e s t i m a t i o n o f p i l e s a n d s o i l s i n l i q u e f i e d a n d l a t e r a l l y s p r e a d i n g g r o u n d c o n s i d e r i n g s h e a r l o c a l i z a t i o n[J].I n-t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f G e o m e c h a n i c s,2017,2:1-16. [15]庞于涛,袁万城,党新志,等.考虑材料劣变过程的桥梁地震易损性分析[J].同济大学学报:自然科学版,2013,41(3):348-354.P a n g Y T,Y u a n W C,D a n g X Z,e t a l.S t o c h a s t i c f r a g i l i t y a n a l-y s i s o f b r i d g e s w i t h a c o n s i d e r a t i o n o f m a t e r i a l d e t e r i o r a t i o n [J].J o u r n a l o f T o n g j i U n i v e r i s t y:N a t u r a l S c i e n c e,2013,41(3):348-354(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t). [16]P a n g Y,H e W,Z h o n g J.R i s k-b a s e d d e s i g n a n d o p t i m i z a t i o n o fs h a p e m e m o r y a l l o y r e s t r a i n e d s l i d i n g b e a r i n g s f o r h i g h w a yb r i d g e s u n d e r n e a r-f a u l t g r o u n d m o t i o n s[J].E n g i n e e r i n gS t r u c t u r e s,2021,241:112421.[17]H a y n e s F D,K a r a l i u s J A.E f f e c t o f t e m p e r a t u r e o n t h es t r e n g t h o f f r o z e n s i l t[R].H a n o v e r,N H:C R R E L R e p.N o.77-3,C o l d R e g i o n s R e s e a r c h a n d E n g i n e e r i n g L a b o r a t o r y,1977.[18]L i Q,Y a n g Z(J o e y).P-y a p p r o a c h f o r l a t e r a l l y l o a d e d p i l e s i nf r o z e n s i l t[J].J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g,2017,143:4017001.53Copyright©博看网. All Rights Reserved.。

安徽建筑中图分类号：U448.21+1文献标识码：A文章编号：1007-7359（2024）3-0162-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2024.3.059为了使传统钢桁架桥在结构体系上更趋合理、经济性能更具竞争力，钢-混凝土组合桁梁桥应运而生。

其主要通过剪力连接件将混凝土桥面板和钢桁架上弦杆组合在一起共同受力，目前国内外普遍采用有限元分析对钢桁架-混凝土组合结构的力学性能进行研究。

在模拟方法及模型建立方面，王军文等[1]采用了空间杆系梁单元来模拟钢桁架梁，矩形板壳单元模拟公路桥面板；朱海松[2]运用有限元程序SAP-5进行分析，对主桁架分别采用空间刚接梁单元和空间铰接杆单元两种形式进行建模，对混凝土桥面板则亦采用板壳单元建立；周惟德和陈辉求[3]将组合桁架划分为四个单元，混凝土面板采用板单元，钢桁架的上下弦杆采用钢架单元，腹杆则采用杆单元。

不同学者根据所建得的不同模型得出了有关钢桁架-混凝土组合结构的各种研究成果，为后人提供了坚实的基础和有益的参考。

本文基于有限元软件ABAQUS6.10，依托天津滨海新区西外环海河特大桥主桥（95+140+95）m ，建立有限元模型，比较分析钢桁架-混凝土组合梁桥和纯钢桁架梁桥的力学性能。

1研究对象依托工程为上承式钢桁架-混凝土组合梁桥。

立面简图见图1，节点间距及腹杆高度见表1。

图1组合桁架立面简图2计算模拟方法及模型的建立为了保证模型的收敛性，将桁架杆件均划分为梁单元，将桥面板离散为板壳单元。

混凝土桥面板被看成是各向同性的均质材料，且不考虑钢筋的作用，桥面板既可承受压力亦可承受拉力，且不会开裂而导致刚度降低。

所有构件均在弹性范围内工作，其应力-应变关系符合胡可定律，所有由于加工制造和安装原因导致的缺陷、偏心和残余应力影响均不考虑。

分别计算纯钢桁架结构和钢桁架混凝土组合结构在结构自重+活载（汽车荷载）下的位移和应力。

对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料的重力密度计算确定，桥梁结构的整体计算采用车道荷载，车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。

基于环境激励的桥梁结构动力有限元模型修正研究朱宏平;黄民水【摘要】在实际桥梁结构中,基于有限元分析得到的结构模型动力特性与测量结果相比往往有较大的出入,甚至超出了工程实践中所要求的精度,因此需要借助实验分析和模型修正技术对有限元模型进行修正.本文首先对有限元模型修正和传感器优化布置方法进行了详细的归纳和总结,并且分析了动力有限元模型修正中存在的一些问题.然后,通过具体的算例对近年的研究成果进行了总结,其中包括基于灵敏度分析和优化理论对一现有大型桥梁进行了有限元模型修正,以及基于序列法和改进遗传算法对一桥梁进行了传感器优化布置,研究结果可广泛应用于桥梁结构的损伤识别,既有(受损)结构的承载力评定和结构的长期健康监测,具有较大的理论意义和工程实用价值.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2009(026)001【总页数】11页(P1-11)【关键词】环境激励;模型修正;优化理论;灵敏度分析;传感器优化布置;改进遗传算法【作者】朱宏平;黄民水【作者单位】华中科技大学,土木工程与力学学院,控制结构湖北省重点实验室,湖北,武汉,430074;华中科技大学,土木工程与力学学院,控制结构湖北省重点实验室,湖北,武汉,430074;武汉工程大学,环境与城市建设学院,湖北,武汉,430073【正文语种】中文【中图分类】TU311.3随着桥梁结构的复杂化，仅凭工程师的经验欲建立一个与试验结果相一致的有限元模型几乎不可能。

然而，在多数情况下通过有限元数值分析得到的结果与实验得到的结果并不能很好地吻合。

导致这一现象的原因是通过有限元离散化建立的模型与实际对象存在一定的误差。

当这些误差较大时，将导致由有限元法所分析得到的结构模型的动力特性与实际测量结果相比有较大的出入，甚至超出工程实践中所要求的精度。

这时就需要借助实验结果分析和模型修正(Model Updating)技术对有限元理论模型进行修正，以达到正确预测结构行为的目的[1]。

基于深度学习和IHPO的桥梁结构模型修正方法
顾箭峰;向春燕;陶甫先;黄民水;贾文坤;王枫
【期刊名称】《广西大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(47)5
【摘要】针对桥梁结构模型修正中实测振型不完备的问题,基于简支梁动力试验,利用卷积神经网络强化实测非完备振型,联合强化后的完备振型和实测频率构建目标函数,采用改进的猎食者优化算法修正结构有限元模型,并与用实测非完备振型和频率构建目标函数进行模型修正的方法进行对比。

结果表明:基于深度学习和改进猎食者优化算法修正的简支梁结构有限元模型的前4阶频率与实测值误差均小于0.5%,振型的模态置信准则值均大于0.99,且模型修正的平均消耗时间比使用实测非完备振型进行模型修正时少45%;所提出的方法具有更高的精度和效率,且传感器数量仅为4个时12单元简支梁也能获得精确的模型修正结果。

【总页数】13页(P1147-1159)
【作者】顾箭峰;向春燕;陶甫先;黄民水;贾文坤;王枫
【作者单位】武汉工程大学土木工程与建筑学院;云基智慧工程股份有限公司【正文语种】中文
【中图分类】U441
【相关文献】
1.桥梁结构静力模型修正响应面方法试验设计研究
2.温度影响下基于布谷鸟算法的钢–混组合结构桥梁有限元模型修正
3.基于子结构的大型桥梁有限元模型修正方法
4.基于RSM-WOA的桥梁结构有限元模型修正
5.基于RSM-WOA的桥梁结构有限元模型修正
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基于布谷鸟算法的吸声结构优化设计方法白攀峰;张晓南;安立周;何山【摘要】提出了一种吸声结构的全新设计方法,首先基于吸声理论对结构性能进行理论建模,其次使用布谷鸟算法在约束条件下进行结构参数优化,然后通过有限元法对优化结构进行声学模拟仿真,最终进行试验验证.该方法可提高吸声结构设计效率,并得到最优结构参数.【期刊名称】《山西化工》【年(卷),期】2019(039)003【总页数】4页(P12-15)【关键词】声学模型;布谷鸟算法;有限元仿真【作者】白攀峰;张晓南;安立周;何山【作者单位】陆军工程大学野战工程学院,江苏南京 210007;陆军工程大学野战工程学院,江苏南京 210007;陆军工程大学野战工程学院,江苏南京 210007;陆军工程大学野战工程学院,江苏南京 210007【正文语种】中文【中图分类】O422.4目前已有多种吸声材料，其选型的依据主要包括以下几个方面：一是要获得较宽的吸声频谱，在指定的噪声频率范围内吸声系数达到一定要求；二是要具有足够的刚度和硬度，能够承受一定的负载；三是制造工艺要易于实现、成本要低廉，只有低成本的产品才能够大规模、大范围批量应用；四是结构要简单，过于复杂的结构不仅难以制造，也会增加材料在运输、安装、使用、维护中的成本；五是要保证优良的综合性能，包括耐腐蚀、防火、防潮、无毒、美观等。

本文使用了一种优化方法，根据噪声频谱的分布特征，以及研制过程中成本、高效率等约束条件，设计出性能最优吸声结构，并采用仿真和实验的方法对其进行验证。

1 吸声性能模型建立泡沫金属内部存在着大量相互连通的细微孔隙，并且孔隙延伸至金属材料表面与外界连接，其良好的透气性为声音传播提供了大量通道。

声波在泡沫金属传播过程中，声能衰减存在两种耗散机理。

一方面，声波会引起材料内部空气振动，在空气的黏滞效应作用下，泡沫材料骨架处会产生剪切作用力，导致空气在传播横截面上形成速度差和摩擦效应，在摩擦和黏滞作用共同作用下，声能由机械能转化为热能被耗散掉，产生吸声效果。

高温下节点加腋前后应力响应非线性分析
姜丽云;罗叶;罗志文
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2017(032)008
【摘要】采用有限元软件ANSYS/Workbench,建立钢结构加腋节点三维有限元模型,通过对比加腋节点和非加腋节点分别在外荷载、温度荷载、热力耦合3种情况下的应力分布规律以及各个方向应变分布,判断节点加腋前后受力的影响和变化.结果显示,在无温度场影响的情况下,加腋可以有效降低梁柱节点最大荷载,使下部节点处塑性铰外移.而在受火情况下,钢梁柱温度曲线呈梯度非线性变化,加腋钢框架升温速度要略慢于非加腋钢框架.施加外荷载时,腋的作用被削弱,上翼缘梁柱节点会比腋与下翼缘连接处更早产生塑性铰.
【总页数】6页(P103-107,87)
【作者】姜丽云;罗叶;罗志文
【作者单位】内蒙古工业大学土木工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学土木工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学土木工程学院,呼和浩特 010051【正文语种】中文
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《大跨结构钢箱梁焊接变形预测与控制的应用研究》篇一一、引言随着现代建筑技术的不断发展，大跨度钢结构桥梁已成为现代城市交通的重要组成部分。

钢箱梁作为大跨度钢结构桥梁的主要承重构件，其焊接质量直接影响到整个桥梁的稳定性和使用寿命。

然而，在钢箱梁的焊接过程中，由于热应力和其他因素的影响，往往会出现焊接变形问题，这将对桥梁的施工质量产生严重影响。

因此，研究大跨结构钢箱梁焊接变形的预测与控制方法具有重要的理论价值和实践意义。

二、大跨结构钢箱梁焊接变形问题现状及研究意义钢箱梁焊接变形是钢箱梁制作过程中的一个重要问题。

由于焊接过程中产生的热应力和机械应力，钢箱梁在焊接后往往会出现不同程度的变形。

这种变形不仅会影响钢箱梁的美观性，更会对其结构安全性和使用寿命产生严重影响。

因此，对大跨结构钢箱梁焊接变形的预测与控制方法进行研究，有助于提高钢箱梁的施工质量，保证其结构安全性和使用寿命，具有重要的现实意义。

三、焊接变形预测方法研究针对大跨结构钢箱梁的焊接变形问题，首先需要对其进行准确的预测。

目前，常用的焊接变形预测方法包括经验公式法、有限元分析法等。

经验公式法主要是根据过去的经验和数据，通过建立经验公式来预测焊接变形。

然而，这种方法受限于经验数据的准确性和完整性，预测结果可能存在较大误差。

有限元分析法则是通过建立钢箱梁的有限元模型，模拟焊接过程中的热应力和机械应力，从而预测焊接变形。

这种方法具有较高的准确性，但需要较为复杂的建模和计算过程。

四、焊接变形控制方法研究在预测出钢箱梁的焊接变形后，需要采取有效的控制措施来减小或消除这种变形。

常用的焊接变形控制方法包括预变形法、刚度法、温度场控制法等。

预变形法是通过在焊接前对钢箱梁进行预处理，使其产生与预期焊接变形相反的预变形，从而在焊接后相互抵消，达到减小或消除变形的目的。

刚度法则是通过增加钢箱梁的刚度，减小其在焊接过程中的变形。

温度场控制法则是通过控制焊接过程中的温度场，减小热应力的产生，从而减小焊接变形。