低拱型波形钢板桥梁有限元分析

为了探索有限元分析模型的合理性,为波形钢板结构分析和内力计算提供可靠依据,以实际工程为依托,论述将三维实体模型简化为平面模型时板体刚度和荷载折减系数对模型的影响,并考虑土体参数及结构参数,采用平面应变模型在ANSYS有限元分析软件上建立有限元分析模型,用以分析结构受力状态.利用土体弹塑性模型、结构线弹性模型和考虑土体与结构间接触问题的综合分析方法对低拱型波形钢板桥梁的应力应变状态进行探索,并将分析结果与CHBDC(加拿大桥梁设计规范)设计方法进行对比,总结结果不同的原因和简化模型的合理性.最终确定采用平面应变模型对波形钢板结构进行简化分析.     

高填方波形钢板拱桥优化设计技术研究

随着覆土高度的不断增加以及跨径的不断增大,覆土波纹钢板拱桥所受的土压力逐渐增加,常规波纹钢板拱桥形式已不能满足要求,提出波形钢板周围换填泡沫水泥轻质土、波纹钢板顶部铺设柔性材料两种优化设计技术,并使用有限元分析软件ANSYS分析各方案的可行性及受力特点。结果表明:所提方案均显著地减小了钢板应力和变形,使结构满足受力要求;换填泡沫水泥轻质土方案虽然结构顶部土压力远大于土柱法计算得到的土压力,但由于自身弹性模量较大与波形钢板共同承担了大部分土压力,也使得波形钢板受力和变形很小;铺设柔性填料方案结构所受土压力由于结构顶部与两侧土体显著的变形差而大量转移给力两侧土体,因而土压力最小。     

波形钢板桥梁活载及弯矩计算数值分析

波形钢板桥梁为填埋式结构,活载计算类似于拱桥和涵洞,却又不尽相同。为探索波形钢板结构在活载作用下的内力计算,参考拱桥和涵洞的计算原理对波纹钢板活载计算方法进行总结和归纳,并通过有限元数值分析对结构的弯矩影响线进行绘制。得出波形钢板结构活载计算公式及施工过程中活载作用下的弯矩计算方法。     

基于地层损失的盾构隧道土压力非线性解析方法

针对盾构隧道结构在层状不均匀地层中承受的土压力荷载问题,根据调用强度设计(MSD)原理考虑土体非线性硬化特征,并采用Peck公式对应的土体位移场模式,提出施工不排水条件下盾构隧道结构周围土压力与开挖致地层位移势能的平衡方程,建立改进的隧道结构土压力非线性计算模型,并得到隧道上覆土体为均匀地层和层状不均匀地层2种工况下土压力荷载与地层损失率之间的非线性相关关系。将该计算方法应用于上海地区地铁隧道的土压力荷载计算,详细分析了应力释放系数与地层损失率之间的非线性相关关系,对均匀地层条件下不同的隧道覆土深度、土体强度、土体卸载模量以及侧压力系数进行了参数分析,并对上覆双层地层条件下不同的地层相对刚度、地层相对强度以及双层地层的相对空间位置关系进行了参数分析。结果表明:隧道开挖导致的地层损失对土压力荷载的计算结果具有显著影响,地层应力释放系数随地层损失率的增长呈现较为明显的非线性特征;在均匀地层中,地层刚度对土压力-应力释放系数非线性曲线的影响较为显著;在层状不均匀地层中,地层相对厚度及地层相对位置对土压力-应力释放系数非线性曲线的影响同样十分显著。     

土与结构动力相互作用的有限元模拟分析

针对某桥墩与地基土层相互作用,采用通用有限元程序ANSYS,进行了二维动力有限元数值模拟计算,计算中均匀地基土体的本构模型采用ANSYS程序里的Drucker-Prager模型,通过EI Centro地震波输入,对比分析了土-结构动力相互作用特性的影响因素.     

沟埋式输油管道管土相互作用分析

通过广泛调研分析,系统阐述了输油管道管土相互作用理论模型,归纳了沟埋式管道土压力计算方法;通过系统的参数分析,探明了管土相互作用的主要因素,确定了相应参数在模型中的取值,以此建立三维有限元分析模型.采用该模型对管土相互作用应力进行计算,分析了管顶土体内部应力、管土相互作用土压力及交通荷载作用下土体附加应力.通过与实验对比分析表明:经典理论并不能完全表征管土相互作用模式,有限元在管顶土压力及管周土压力计算值与实测值更为吻合.     

双排钢板桩围堰结构加固优化分析研究

双排钢板桩围堰是上海地区水利工程中普遍使用的围堰形式,通过比较钢板桩典型支护结构的有限元数值计算结果和理论计算结果,验证了有限元模型参数的准确性,并针对围堰两侧堆载、被动区土体加固、拉杆布置等加固措施对围堰受力及变形的影响进行了深入研究,结果发现临土侧设置堆载、被动区土体横向加固及适当降低拉杆位置可以获得有效且经济的围堰内力及变形控制效果。     

基于结构与填土相互作用的涵管内力影响参数分析

涵管周围土体的应力状态与半无限大均质弹性土中的应力状态不同,由于涵管与周围填土的相互作用,管周存在不同程度的土压力集中现象。因此,考虑涵管与土相互作用的结构分析方法,更能反映涵管的实际受力状态。论证了这种方法的合理性,在此基础上,通过涵管内力影响参数的分析,研究涵管与填土的相互作用特性。结果表明,涵管内力随周围填土变形模量与涵管刚度比值E/E1 I的增大而减小;通过涵管结构与土的相互作用分析,对涵管刚度以及填土土性和密实度等内力影响因素进行综合设计,可以创造条件改善涵管的受力状况。     

盾构隧道横向受力的通用解析计算方法研究

在盾构近接工程中，隧道周围的土体荷载可能不再是半无限土体中的规则分布。从结构力学力法基本原理出发，通过对荷载分布的离散化处理，建立了一种通用的解析计算方法，可以计算任意土体荷载分布下隧道衬砌结构的内力和变形。为方便工程应用，借助于MATLAB编程，对3种土压力分布形式下的隧道内力和变形进行了程序化计算。结果表明:当侧向土压力为均匀分布和梯形分布时，衬砌环的内力和径向收敛位移差异较小，不超过10%；当侧向土压力为二次分布时，衬砌环的弯矩和剪力有所增加，轴力有所减小，横鸭蛋弯曲变形程度增强。     

高填方段波纹管涵垂直土压力试验及计算

基于原位观测试验与理论研究,对高填方段波纹管涵的涵顶垂直土压力的分布特征与变化规律进行了探讨.首先,开展了高填方段波纹管涵垂直土压力现场观测试验.试验结果表明,高填方段管涵顶部存在土拱效应,规范的土柱法计算土压力值误差较大,偏于保守,而管涵顶部平面的土压力值并非均匀分布,存在明显的应力集中区域.在此基础上,结合试验规律及马斯顿理论,考虑由于土拱效应造成的应力集中现象,建立了高填方段波纹管涵垂直土压力计算模型,并进行了理论求解,从而提出了高填方段波纹管涵垂直土压力计算方法.最后,依据此模型对涵顶填土重度、土体内摩擦角、黏聚力、管径大小等主要影响因素进行了参数分析.结果表明,土体重度对管涵垂直土压力数值影响较大,而内摩擦角及黏聚力的影响较小.     

埋置式框架桥结构内力敏感性分析

为探讨钢筋混凝土埋置式框架桥的各项设计参数对不同跨径及填土高度结构的受力影响,借助有限元分析软件建立模型并进行受力分析。结果表明,跨径、填土高、拱顶半径增大均会明显增加结构弯矩;结构净高增大能稍许减小结构拱顶所受正弯矩,但对结构立墙顶部负弯矩有明显不利影响。埋置式框架结构与传统桥梁不同之处在于其以土为回填材料,引入了土与结构的相互作用。在计算方面,土体逐层添加并分层计算,与传统土压力计算方法相比能更准确地反应结构的真实受力情况。     

双排钢板桩围堰受力与计算方法研究

双排钢板桩围堰具有占地面积小、施打及拆除方便、对河道水质影响小等优点，在挡水高度不太高的情况下相对于传统土石围堰具有明显的优势，在全国各地水利项目施工导截流期间得到了广泛的使用。但由于仅作为临时结构，常常根据经验进行设计，对于该种结构的内力计算也缺乏研究。若要得到准确的结构内力，需用有限元法进行分析，无法满足广大设计人员的现实需求。在对该种结构型式受力分析的基础上，利用传统土压力理论及m法推算出双排钢板桩围堰的计算等式，并通过与有限元计算方法的比较验证计算结果。     

预制盖板涵结构受力特性的数值模拟分析

通过数值模拟详细讨论了预制盖板涵的涵顶、台背和基底土压力分布情况。对盖板、侧墙和基础预制构件内力进行了分析。结果表明:涵周土压力呈非线性,盖板上垂直土压力中间小,两侧支撑点处大。侧墙土压力呈抛物线形,最大土压力位于距底端1/2～2/3处。基底最大压力约等于结构和上覆土体自重压力。涵洞与两侧边坡的距离差异引起涵周土压力与结构内力的差异,距离边坡较近,涵周压力和构件内力较小。在对涵洞预制构件进行设计计算时,除跨中弯矩抗弯能力外,应当重点考虑搭接位置处的抗剪强度。侧墙与基础底板搭接处的强度要求可根据侧墙底端剪力和基础轴力确定。     

有限土体主动土压力数值计算及参数分析

为研究填土宽度、粘聚力、内摩擦角和计算深度等对墙后有限宽度土体主动土压力分布的影响,建立有限土体数值计算模型,结合工程算例,将有限元法与前人提出的几种有限土体主动土压力计算方法进行对比分析。结果表明,在同一深度处,有限土压力随土体粘聚力的增大而减小,随摩擦角和计算宽度的增大而增大;主动土压力随有限土体宽高比的变化呈上凸曲线,在一定填土宽度范围内,墙背和已有建筑物墙背越粗糙,摩擦系数越大,主动土压力越大;有限元法的分析结果与基于极限平衡理论及平面滑裂面假定的有限土体主动土压力计算方法的结果最相近。     

前板桩后方桩支护结构前后排桩荷载数值分析

前板桩后方桩支护结构是港口、航道、防洪软土地基支护工程中新的结构型式,在已有的工程应用中取得了良好的效果,但目前尚缺乏对其受力机理,特别是各排桩水平荷载分配的研究和总结。利用大型有限元软件ANSYS对受水平推力作用下的结构进行二维简化模拟,研究了土体性质、结构断面参数以及桩土接触面性质等因素对各桩荷载分配的影响,并通过大量计算分析得出了在土体泊松比等于0.30情况下前后桩荷载分配的计算函数式。对实际工程的设计以及对该种结构受力性能的深入分析都具有一定意义。     

双排抗滑桩桩土作用分析模型及其应用

考虑坡体滑移的最不利工况,以滑动面为分界面,分析了双排桩与坡体作用的作用机理与关系表达式;引入p-y曲线法模拟桩间土与双排桩接触非线性特征,并结合经典土压力理论与相关应力路径三轴试验对其参数进行了求解,由此建立了双排抗滑桩与桩周土体非线性相互作用模型。在此基础上,导出双排桩不同特征桩段微分方程,利用横系梁传力协调作用及边界条件,提出了双排桩桩身内力和位移的有限差分迭代算法。试验对比分析表明,计算值与实测值吻合较好,该方法可用于双排抗滑桩的内力分析计算。     

水平荷载下单桩的三维有限元模拟与参数分析

利用有限元程序ANSYS,对桩土相互作用体系中单桩的横向静力响应进行了三维有限元数值模拟。分析了是否考虑土体的弹塑性、桩土之间是否考虑接触面等因素对单桩横向响应的影响。提出了确定接触面参数的方法,以及有效模拟单桩横向响应的有限元模型,最后进行了参数分析验证了模型的实用性,并得到了一些有价值的结论。     

无黏性有限土体主动土压力的计算分析

经典土压力理论均建立在半无限土体假定的基础之上，然而对于有限土体一般沿用经典土压力理论，这将与实际情况存在较大差异。通过对有限土体进行完整的受力分析，建立有限土体土压力计算模型，基于极限平衡理论及平面滑裂面假定，考虑了既有建筑地下室与有限土体间的相互作用力，建立无黏性有限土体主动土压力计算公式，推导出无黏性有限土体主动土压力系数表达式，并与数值模拟结果进行对比分析，该公式的计算结果与数值模拟结果吻合较好。     

桩板式挡土墙土压力极限上限分析

桩板式挡土墙被广泛应用在铁路公路等领域的滑坡治理中，合理分析挡土墙土压力至关重要。依据试验结果，总结桩间土体局部失稳空间几何特征，并将局部失稳土体视为由无数三角形薄片组成，建立桩板式挡土墙土压力三维计算模型。基于极限上限法，计算桩后局部失稳土体外力做功功率和内部能量耗散，建立能量平衡方程式，推导出桩间挡土墙土压力表达式。将挡土墙土压力三维计算结果、二维计算结果和相同条件下试验结果进行对比，发现三维计算结果与试验结果基本一致。桩板式挡土墙土压力计算方法可为实际工程提供一定理论依据。     

地下道路结构中反应位移法计算参数影响分析

在已有研究的基础上,针对地下道路结构中反应位移法各计算参数对计算结果的影响进行相关探讨,建立多个模型对比分析.结果表明,对于某一特定地区的单层地下道路结构而言,地震作用下结构最不利位置处于结构覆土厚度最大、基准面深度最小、土体剪切波速最大处.结构横断面宽度对结构各内力的影响不尽相同,需具体分析.