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混凝土地基板静、动力特性试验与研究

张望喜  
【摘要】: 本文在国家自然科学基金项目资助下开展工作,着重研究了混凝土地基板与接缝板的静、动力特性及静、动力参数的识别与比较,主要包括以下几个方面的具有特色的内容。 (1)进行了混凝土地基板、接缝板的静、动力试验,主要测试内容包括应变、挠度、土基反力、频率、主振型等,从中得出了一些有意义的结论。 (2)讨论了运用享格尔积分变换进行温克尔地基、双参数地基和弹性半空间地基上无限大板的计算与分析;开创性地通过能量变分原理,系统论述了任意荷载作用下考虑梁周地基影响的双参数地基上无限长梁、半无限长梁和有限长梁的计算与分析;给出了对温克尔地基和双参数地基上自由矩形板(有限板)进行静力分析与计算的叠加法。 (3)指出接缝传荷能力若建立在用弯剪梁模型模拟传力杆的基础上则更合理,提出对传统接缝挠度差仪的改进意见,以用于转角和挠度的同时测量;以考虑周边土体影响的双参数地基上半无限长梁理论为基础,对传力杆进行受力分析,指出剪力和弯矩对传力杆挠度的影响同等重要,接缝分析中既要考虑剪切传力又要考虑弯曲传力。 (4)详细讨论了弹性地基上自由梁或板的刚体模态存在的条件,首次提出狭义刚体模态和广义刚体模态的概念,研究了弹性地基上自由梁或板的模态频率与主振型的影响因素及特点;指出通过瑞雷—里兹法可计算弹性地基上自由梁和板的完整模态,给出了可同时计算出刚体模态和非刚体模态的振型近似函数,对以往只能计算非刚体模态的振型近似函数进行了拓展和完善;指出传力杆模型对模态频率和主振型有直接影响,动力分析中应当考虑接缝的剪力传递和弯矩传递。 (5)基于Kirchhoff薄板理论和Mindlin-Reissner中厚板理论给出了温克尔地基、双参数地基和弹性半空间地基上非协调薄板元、广义协调薄板元和广义协调厚薄板通用元的单元地基刚度矩阵的简化算法和变分精细算法;给出了板边广义剪力和板与地基局部脱空问题的解决方法;通过势能原理创新性地建立了考虑板周地基影响的板边单元和板角单元;给出了考虑剪力和弯矩传递的接缝板的有限元计算方法,对已有的方法进行补充和完善。 (6)利用有限元程序进行正分析,用遗传算法进行反分析,识别地基的基本参数,实现地基参数的原位测试;给出大量算例,包括前人的试验和本文的试验、 薄板与厚板、单板与接缝板,通过计算值与实测值的比较,得出一些较有意义的 结论;阐明了双参数地基上广义协调厚薄板通用元的优越性并给出了试验场地地 基参数的平均取值范围。


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