考慮土體和周期性高架橋結(jié)構(gòu)共同作用的聲子晶體模型

周期性高架橋結(jié)構(gòu)是一種非常重要的結(jié)構(gòu)形式。為了對此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)力分析，本課題把周期性高架橋結(jié)構(gòu)定義為一種聲子晶體結(jié)構(gòu),并把聲子晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)理論應(yīng)用于其動(dòng)力分析。為了建立剛性支撐周期性高架橋結(jié)構(gòu)的能帶計(jì)算模型，本課題首先建立了高架橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型。根據(jù)所建立上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，利用傳遞矩陣方法和布洛赫定理，建立了剛性支撐周期性高架橋結(jié)構(gòu)的能帶計(jì)算模型，及在地震波和移動(dòng)載荷作用下高架橋的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算模型。根據(jù)邊界元方法建立了樁-半空間地基共同作用的計(jì)算模型。利用該模型，并根據(jù)上部結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)的耦合條件，傳遞矩陣方法及布洛赫定理，建立了均質(zhì)及上覆流體層半空間地基上高架橋結(jié)構(gòu)的能帶計(jì)算模型，及地震波作用下高架橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的計(jì)算模型?；谏鲜錾喜拷Y(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)的計(jì)算模型，利用超元胞方法，本課題還建立了帶缺陷跨高架橋結(jié)構(gòu)的能帶計(jì)算模型，以及缺陷高架橋在地震波作用下的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算模型，并分析了其動(dòng)力響應(yīng)和其缺陷態(tài)的關(guān)系。利用上述上部結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)計(jì)算模型，本課題還研究了失諧周期性高架橋結(jié)構(gòu)的振動(dòng)局域化問題，基于Wolf算法，計(jì)算了失諧周期性高架橋結(jié)構(gòu)的Lyapunov指數(shù)。此外，基于本文所建立的波數(shù)域內(nèi)半空間土和樁基礎(chǔ)的計(jì)算模型，本課題還對排樁隔振進(jìn)行了數(shù)值模擬；為了提高排樁的隔振效果，本課題還提出了一種新型的排樁隔振結(jié)構(gòu)，即聯(lián)結(jié)式排樁隔振結(jié)構(gòu)。本課題的研究，為周期性高架橋的各類動(dòng)力設(shè)計(jì)提供了重要的理論基礎(chǔ)，為提高排樁隔振的效果提供了有效的新途徑，為各類周期性結(jié)構(gòu)和土體共同作用的計(jì)算提供了有效的計(jì)算模型。 2100433B

對周期性高架橋結(jié)構(gòu)自身力學(xué)特性的了解是對其進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。為了對此類結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)，本課題把半空間土體和周期性高架橋結(jié)構(gòu)的耦合體系定義為一種聲子晶體結(jié)構(gòu)，即半空間－樁－梁聲子晶體結(jié)構(gòu)?；谏鲜龈拍睿鶕?jù)邊界元方法、傳遞矩陣方法及布洛赫定理，本課題擬建立均質(zhì)及層狀半空間上高架橋結(jié)構(gòu)的能帶計(jì)算模型；基于超原胞思想，利用邊界元及傳遞矩陣方法，本課題將建立上述結(jié)構(gòu)的缺陷態(tài)計(jì)算模型；基于樁基礎(chǔ)計(jì)算的積分方程方法及傳遞矩陣方法，我們還將建立上述周期性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)局域化模型。利用所建立的上述模型，我們將對此類結(jié)構(gòu)的能帶特性、缺陷態(tài)特性及各類失諧所引起的振動(dòng)局域化進(jìn)行研究。此外，為了對本課題的能帶及缺陷態(tài)計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)證，我們還將進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)研究。本課題所提出的概念和模型，對理解周期性高架橋結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，對此類結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)具有重要意義，對擴(kuò)展聲子晶體理論的研究和應(yīng)用范圍也具有重要意義。

聲子晶體作為一種新概念、新聲學(xué)功能材料，其在彈性波范圍內(nèi)的禁帶結(jié)構(gòu)和聲波局域性具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。通過對其結(jié)構(gòu)和缺陷的設(shè)計(jì)，可人為調(diào)控彈性波的傳播。壓電型聲子晶體是由壓電材料嵌入聚合物基底構(gòu)成的聲子晶體型復(fù)合材料，它集合了聲子晶體和壓電聚合物兩者的特性。壓電型聲子晶體的出現(xiàn)給壓電換能器的制作帶來了全新的振子結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)理念。由此產(chǎn)生的聲子晶體型壓電換能器在醫(yī)學(xué)診療和高清超聲成像等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。本項(xiàng)目以申請人近年有關(guān)壓電型聲子晶體的工作為基礎(chǔ)，運(yùn)用聲子晶體的理論和研究方法來分析聲子晶體型壓電振子中聲傳播的特性和振動(dòng)模式，并通過對壓電型聲子晶體結(jié)構(gòu)和缺陷的設(shè)計(jì)，研究聲禁帶和聲波局域性對于換能器寄生振動(dòng)模式的抑制作用。同時(shí)進(jìn)行PZT 聚合物構(gòu)成的聲子晶體型壓電振子樣品的設(shè)計(jì)、加工和測試工作。

高架橋，即跨線橋，一種橋梁。尤指擱在一系列狹窄鋼筋混凝土或圬工拱上，具有高支撐的塔或支柱，跨過山谷、河流、道路或其他低處障礙物的橋梁。城市發(fā)展后，交通擁擠，建筑物密集，而街道又難于拓寬，采用這種橋可以疏散交通密度，提高運(yùn)輸效率。此外，在城市間的高速公路或鐵路，為避免和其他線路平面交叉、節(jié)省用地、減少路基沉陷（某些地區(qū)），也可不用路堤，而采用這種橋。高架橋不僅僅指實(shí)物橋梁也被比喻著困難，挫折等等。

這種橋因受既有建筑物限制和線路要求，每多彎橋和坡橋。為了美觀，可用板式結(jié)構(gòu)，板的厚度可以是不變的，或只有沿橫橋方向是變化的，也有做成菌狀結(jié)構(gòu)的。跨度較大時(shí)，常作成肋式或箱形截面（見實(shí)腹梁橋）。 城市高架線路橋的橋墩布置和形式好壞。

高架線路橋的上部結(jié)構(gòu)，一般多采用簡支梁或連續(xù)梁（或剛架），懸臂梁較為少見。用簡支梁時(shí)，為保證橋面行車平順，常做成橋面連續(xù)的簡支梁。如連續(xù)梁和墩頂剛接，便成為連續(xù)剛架橋。橋的跨度不大時(shí).箱形截面的兩側(cè)伸出橋面板以擴(kuò)大橋面，其下用窄墩，形成“脊骨式”的結(jié)構(gòu)，特別是在曲線橋中，較為美觀、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)，很受歡迎。

槽形梁：橋梁建筑高度低，便于城市道路間立體交叉，壓低線路標(biāo)高，節(jié)約總投資；且兩側(cè)主梁可兼起防噪屏作用，景觀程度很好。但需布置多向預(yù)應(yīng)力鋼筋。施工復(fù)雜，進(jìn)度慢，造價(jià)較高，且設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)少。

板梁：橋梁建筑高度較低，每線采用兩片或四片空心板梁，受力清晰，設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)相當(dāng)成熟。但各片板梁間鉸接，整體受力性差；經(jīng)濟(jì)跨度一般在16～20 m，較小，景觀性差；梁高較低，相應(yīng)剛度較小，梁部后期收縮徐變較大，不利于軌道交通線路軌道調(diào)高要求；按常規(guī)預(yù)制、吊裝施工時(shí)，也只能用于20 m以下的小跨度。

箱梁：橋梁建筑高度適中，工程量較省；適用性好，既可作為區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)地段，也可用于曲線、變寬、出岔地段；整體受力性好；外觀線型流暢、美觀；設(shè)計(jì)、施工程數(shù)量為：混凝土，0151立方米；預(yù)應(yīng)力鋼筋，31kg；鋼筋，經(jīng)驗(yàn)成熟，對的傳統(tǒng)的現(xiàn)澆法施工積累有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

利用大量軟土盾構(gòu)隧道的現(xiàn)場實(shí)測資料，分析隧道縱向變形規(guī)律及機(jī)理；利用室內(nèi)相似模擬實(shí)驗(yàn)，建立土體與隧道結(jié)構(gòu)共同作用的縱向變形性態(tài)模型；借助反分析原理，求解縱向不同土性的地基反力系統(tǒng)以及管片結(jié)構(gòu)環(huán)縱向接頭力學(xué)參數(shù)；分析不同土性、縱向變形及不同接頭形式對隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響及范圍，提出隧道縱向設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法，完善隧道設(shè)計(jì)規(guī)范。 2100433B