基于声子晶体理论的饱和地基上周期性高架桥与隧道结构振动特性研究

基本信息
批准号:51269021
项目类别:地区科学基金项目
资助金额:50.00
负责人:徐斌
学科分类:
依托单位:南昌工程学院
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:徐满清,刘优平,何习平,章宝华,陈学嘉,梅毕祥,黄红元,罗昌泰
关键词:
高架桥隧道声子晶体能量带周期结构饱和土
结项摘要

Based on the theory of the phononic crystal and the saturated soil dynamic theory, the vibration characteristics of the periodic viaduct and tunnel in the saturated soil are analyzed from the calculation the vibration energy band of the periodic structure, the vibration and wave propagation of the periodic structure due to a moving load. Mainly include the several aspects below: using the transfer matrix method and the coupling vibration between the pile and soft foundations, a numerical model for analysis of the energy band of an "open"-type periodic viaduct in out-of-plane or in-plane vibration is developed. The energy band of the periodic tunnel-soil is computed and harmonic analysis of the displacement responses within the pass bands and band gaps of the periodic structure are investigated with the FEM/BEM method. By using the Floquet transform method, the mathematics model of the dynamic responses of the periodic viaduct and the tunnel under moving loads is established and the numerical solution of the vibration isolation via multiple pile rows is given. The scattering effect of a tunnel embedded in the homogeneous or layered saturated soil during propagation of Rayleigh wave is studied using the analytical function and BEM-FEM method. The purposes of this project are to discuss the rules and effects of the coupling vibration between the basic cell and the soft foundation as well as their physical properties on the energy band of the periodic structure. The reasons of the energy band of the periodic structure are also presented. Moreover, the influence of the moving loads on the vibration of the periodic structure and the surrounding environment as well as the effectiveness of the vibration isolation via multiple pile rows is investigated. The results of this research can be used to provide a new idea for the seismic design of the viaduct or tunnel foundation in the saturated soft soil and the vibration control of the periodic structure. It has active guidance meaning and applied value to the engineering practice.

项目基于声子晶体理论及饱和土体理论,从周期结构振动能量带计算、移动荷载引起周期结构振动与传播等方面,开展周期性高架桥与隧道结构振动特性分析,主要包括:利用桩-土共同作用及传递矩阵法,建立饱和土体上"开放式"周期性高架桥结构平面外、平面内振动能量带计算模型;采用有限元-边界元法,建立周期性隧道-土层能量带与谐波激励下禁带、通带内位移响应计算模型;引入Floquet变换,建立移动荷载与周期性高架桥、隧道结构相互作用以及周期性多根多排桩隔振数值模型;结合解析函数法与BEM-FEM,分析饱和地基中隧道结构对Rayleigh波场散射效应等。主要研究目标是:分析基本元与软土地基耦合振动及其物理性质等对能量带分布的影响,揭示周期性结构能量带产生机理。考察移动荷载对周期结构及周边环境振动影响规律以及排桩隔振效果。为饱和软土地基上高架桥、隧道等周期结构抗震设计、隔振减振控制等提供一种新的理论基础与工程指导。

项目摘要

利用周期结构所具有的振动特性,可为结构的抗震设计、减振控制提供了一种新思路。如通过合理设计周期性高架桥结构的几何参数和材料参数,保证地震主要形式的能量波在高架桥、隧道结构本身通带频带范围内,否则,具有较大能量的地震波难以通过高架桥结构,引起能量急剧增加造成结构破坏。基于此,根据国家自然科学基金(No:51269021)项目研究计划安排,开展了相关系列研究,已出版专著1部,发表论文22篇,其中SCI/EI检索15篇。项目进行了以下研究:(1)建立了周期性高架桥结构能量带特征方程,分析了周期性高架桥结构平面内振动的能量带分布特征;(2)结合Wolf算法,推导了描述周期性高架桥波场局部化的Lyapunov正指数,分析了平面外振动失谐引起局部化现象;(3) 根据饱和土Biot 理论及孔洞边界特性,建立了半无限饱和土体中孔洞对波场散射问题的边界元积分方程;(4) 在计算域内采用Galerkin加权余量法,推导了3D无限、有限域全耦合饱和土体固结的比例边界有限元方程;(5) 基于比例边界有限元法与Fourier积分变换,建立频域—波数域内的比例边界有限元方程,分析了移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应。项目研究表明:对于水平梁-梁及水平梁-桥墩间的弹簧连接的周期性高架桥结构,在平面内振动时结构中存在三种复晶格波;增大周期性高架桥结构水平梁刚度、水平梁-梁弹簧刚度,将提高结构中振动波传播速度,振动传播距离也会增大;随振动频率增加,周期高架桥结构失谐引起局部化现象明显;随饱和土体中流、固二相耦合程度增大,孔洞应力集中系数增大,孔洞的散射作用增强;随荷载移动速度增大,地铁隧道振动波传播到土体表面,引起的土体振动有放大增强的现象,将会对地铁隧道上部结构的安全性造成一定影响。计算结果还表明:高架桥结构设计时,结构基本主频不能在较小频率区域,否则极易引起能量集中,造成结构破坏。项目的实施为饱和软土地基上高架桥、隧道等周期结构抗震设计、隔振减振控制等提供一种新的理论基础与工程指导。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
3

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

DOI:10.3799/dqkx.2020.083
发表时间:2020
4

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017
5

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

DOI:10.19596/j.cnki.1001-246x.8419
发表时间:2022

徐斌的其他基金

批准号:81171082
批准年份:2011
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:21204027
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31270599
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51405306
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81373749
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:51679029
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:61703268
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51208372
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81673883
批准年份:2016
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:51569016
批准年份:2015
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51609062
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11872311
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:51201152
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81301754
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81672793
批准年份:2016
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:51573068
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:81372942
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:30901502
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30873307
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:51478323
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:30270397
批准年份:2002
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:50969007
批准年份:2009
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51773080
批准年份:2017
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:31870538
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51504293
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:79942022
批准年份:1999
资助金额:1.00
项目类别:专项基金项目
批准号:31771900
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:39470553
批准年份:1994
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:51778444
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51508544
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81773377
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81502082
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30471769
批准年份:2004
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:61575164
批准年份:2015
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:51572011
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:50802112
批准年份:2008
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11901333
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50708066
批准年份:2007
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81472398
批准年份:2014
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:31371877
批准年份:2013
资助金额:76.00
项目类别:面上项目
批准号:71171207
批准年份:2011
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:51808251
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51278352
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:50976028
批准年份:2009
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:31372354
批准年份:2013
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:11372249
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:10947162
批准年份:2009
资助金额:3.00
项目类别:专项基金项目
批准号:11072197
批准年份:2010
资助金额:41.00
项目类别:面上项目
批准号:51078280
批准年份:2010
资助金额:37.00
项目类别:面上项目
批准号:21073233
批准年份:2010
资助金额:37.00
项目类别:面上项目
批准号:U1404108
批准年份:2014
资助金额:30.00
项目类别:联合基金项目
批准号:81102098
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71663021
批准年份:2016
资助金额:29.00
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

基于声子晶体理论的高铁周期性桥梁-轨道振动特性与控制研究

批准号:51878277
批准年份:2018
负责人:冯青松
学科分类:E0809
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
2

轨道—高架桥—饱和地基周期结构振动带隙及振动传播特性研究

批准号:51608482
批准年份:2016
负责人:史吏
学科分类:E0807
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

考虑土体和周期性高架桥结构共同作用的声子晶体模型

批准号:51078171
批准年份:2010
负责人:陆建飞
学科分类:E0810
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
4

饱和地基上基础和板振动特性的研究

批准号:59579018
批准年份:1995
负责人:陈龙珠
学科分类:E0905
资助金额:8.00
项目类别:面上项目