薄壁箱梁剪力滞效应的有限梁段分析

采用基于翼板剪切变形规律而定义的翘曲位移函数,通过有限梁段法来研究薄壁箱梁的剪力滞效应。取薄壁箱梁剪滞基本微分方程的齐次解作为梁段单元的有限元位移模式,在能量变分法的基础上,导出相应梁段单元的刚度矩阵和荷载矩阵。通过分析简支梁和悬臂梁2种不同边界形式的箱梁,计算其在均布荷载和集中荷载作用下的挠度和纵向应力,并与相应的变分法的计算结果对比,结果吻合良好,验证了本文方法的准确性和可靠性。计算结果表明,剪力滞效应对薄壁箱梁纵向应力的影响是显著的。     

变截面连续箱梁剪力滞分析的有限梁段法

采用基于剪切变形规律的翘曲位移函数的有限梁段法分析变截面连续箱梁的剪力滞效应。此翘曲位移函数的定义是根据剪力滞效应源于翼板剪切变形所致这一机理出发的,原理更加明确。在选定的剪力滞翘曲位移函数基础上,通过变分法建立箱梁剪力滞控制微分方程,然后用有限梁段法来分析变截面连续箱梁的剪力滞效应。变截面连续箱梁的截面几何尺寸沿梁长度方向会发生变化,因此还需结合当量截面法以及叠加原理。分析变截面连续箱梁在不同荷载工况下典型截面及其沿梁纵向的剪力滞效应,并与相应的有限元、有限段法解析结果进行比较,结果吻合良好,从而验证了本文方法的准确性。     

薄壁箱梁挠曲性能的矩阵分析

在选取薄壁箱梁剪力滞控制微分方程的齐次解作为单元位移函数建立形函数矩阵基础上,运用虚功原理推导竖向集中荷载作用下单元等效节点力公式,提出双室箱梁的合理剪滞翘曲位移函数。通过对变截面悬臂箱梁有机玻璃模型进行计算,验证提出的梁段单元对分析变截面箱梁的有效性。结合实际箱梁算例,分析预应力混凝土变截面连续箱梁的挠曲性能。研究结果表明:所提出的梁段单元用于变截面箱梁分析时,具有较高的计算精度;在竖向集中荷载作用下,箱梁剪滞力矩图是一条平滑曲线,任意截面处剪滞力矩均不大于弯矩;剪滞效应使连续箱梁的跨中挠度明显增大,工程实践中必须认真对待。     

钢-超高性能混凝土组合梁剪力滞分析的有限梁段法

在选定的剪力滞翘曲位移函数的基础上,钢-超高性能混凝土(UHPC)组合梁剪力滞控制微分方程以及相应边界条件可基于能量变分法推导得到。将钢-UHPC组合梁离散为若干梁段,通过剪力滞控制微分方程的常数求解,可得到用于求解钢-UHPC梁段单元剪力滞效应的系数矩阵和广义荷载列阵,从而建立梁段单元各结点具有2个剪力滞未知量的有限梁段法。以余弦函数作为钢-UHPC组合梁的翘曲位移函数,运用有限梁段法研究以矮肋式UHPC桥面板作为桥面系的轻型组合梁的剪力滞效应。为了验证有限梁段法求解等截面钢-UHPC组合梁剪力滞效应的正确性,比较不同边界条件下钢-UHPC组合梁在施加均布荷载和集中荷载时的剪力滞系数与由变分法得到的组合梁剪力滞一般解,吻合度较好。应用于钢-UHPC组合梁剪力滞分析的有限梁段法简单实用,计算公式简洁,也可以将其应用于变截面钢-UHPC组合梁的剪力滞效应的求解。     

有限梁段法在箱梁施工阶段剪力滞分析中的应用

选取基于翼板剪切变形规律的翘曲位移函数有限梁段法来分析箱梁在施工过程中的剪力滞效应。通过剪力滞控制微分方程和边界条件推导了相应梁段单元剪力滞系数矩阵和广义荷载列阵。以广州至珠海新建铁路预应力混凝土连续箱梁为例,分析箱梁桥悬臂施工的3个阶段在不同荷载工况作用下剪力滞系数沿梁长的分布情况,以及在体系转换后成桥运营阶段,箱梁在均布荷载和中跨跨中集中荷载作用下的剪力滞效应,并与变分法分析结果进行对比。结果表明,采用本文方法计算得到的箱梁剪力滞系数与采用变分法所得结果吻合良好,验证了该方法用于箱梁施工过程中剪力滞分析的适用性。     

薄壁箱梁剪滞剪切效应自振特性分析

在推导考虑剪力滞、剪切变形双重效应的单元刚度矩阵与等效结点荷载矩阵的基础上[1],进一步推导出考虑双重效应的单元质量矩阵,从而形成完整的薄壁箱梁考虑双重效应的矩阵分析体系,可方便地纳入矩阵位移法程序系统,为常见的薄壁连续梁等复杂结构的剪力滞效应分析提供一种计算手段。利用自编程序ZLBOX对薄壁箱型简支梁和悬臂梁考虑剪力滞、剪切变形双重效应时的自振特性进行了分析,所得结果与ANSYS实体单元计算结果符合良好。计算结果表明,剪力滞、剪切变形双重效应使薄壁箱梁的自振频率降低,剪力滞效应占双重效应的85%以上,双重效应对高阶频率的影响比低阶频率的影响大。     

考虑截面配筋的变截面悬臂梁剪力滞效应研究

基于选定的三次抛物线剪滞翘曲位移函数,采用能量变分法推导出考虑截面配筋后的剪力滞控制微分方程,研究截面配筋对变截面悬臂箱梁剪力滞效应的影响。结合实际施工案例,利用差分法计算分析了不同荷载作用下,不同配筋率时施工至最大悬臂状态的箱梁剪力滞效应。研究结果表明:截面配筋对变截面悬臂箱梁剪力滞效应有一定影响,随着配筋率的增大,不同类型荷载作用下附加弯矩均增大,但箱梁不同部位的剪力滞系数变化不同。均布荷载作用下,剪力滞系数最大增加5.16%,最大减少24.42%;集中荷载作用下剪力滞系数最大增加2.77%,最大减少1.92%。     

薄壁箱梁剪力滞分析的多参数翘曲位移函数及其有限元法

在分析箱梁剪力滞效应时,用多个不同的纵向位移剪力滞差值函数自动计入翼板宽度及其至截面形心距离的影响,并且考虑轴力平衡条件,构造薄壁箱梁(可蜕变为开口截面梁)的翘曲位移函数,导出了控制微分方程、边界条件及相应的一维有限元列式.数值计算比较和模型实验验证表明,本文方法是简单而有效的.     

变高度连续曲线箱梁的剪力滞效应

应用能量变分原理,推导弯曲、扭转、剪力滞耦合的曲线箱梁弹性控制微分方程及其边界条件,得到微分方程的闭合解。利用所得的弹性控制微分方程的齐次解作为位移模式,应用刚度法和功能原理推导单元刚度矩阵及荷载列阵,建立一种考虑弯曲、扭转、剪力滞的曲线箱梁有限段模型。编制计算程序,对变高度连续曲线箱梁进行计算,探讨在不同荷载下的宽跨比和梁高比两个参数对剪力滞的影响,得到变高度连续曲线箱梁剪力滞效应的一些规律。进行剪力滞模型试验研究,并对模型桥进行有限段法和有限元法的数值计算,计算值与试验结果吻合较好,验证本文方法的正确性。本文所得公式是对连续曲线箱梁剪力滞效应理论的补充,分析所得结果为连续曲线箱梁的工程设计提供参考。     

基于板壳有限元理论的薄壁箱梁剪力滞效应

为了分析计算薄壁箱梁剪力滞效应,直接从壳体结构特点出发,由8节点曲边四边形膜单元和基于Reinssner中厚板理论的弯曲单元推导考虑剪切闭锁效应的薄壁箱梁空间壳单元刚度矩阵及相应的刚度方程,并在MATLAB上编制相应的计算程序。通过数值算例,将理论计算值与ANSYS有限元结果,模型试验的实测值进行比较,三者吻合良好,验证了理论公式推导的正确性与可靠性。本文采用8节点的等参单元和二次型位移场形函数,不仅适用于计算直线箱梁,也适用于曲线箱梁,因而更具有普遍性。最后,从平衡微分方程的角度解释剪力滞产生的真正原因,不仅仅是由于剪应力沿横向分布不均匀,其本质更在于剪应力沿横向不均匀变化。     

基于车桥耦合的三跨连续拱梁组合桥冲击系数研究

为合理分析和计算桥梁结构各关键部位的冲击系数,以三跨连续拱梁组合桥为例进行分析。分别利用MATLAB和ANSYS建立11自由度的三维车模型和有限元模型。采用车桥耦合迭代的方法,得到桥梁关键部位在车辆荷载作用下的振动响应。研究结果表明:车辆在任何车道行驶时,边主梁、边拱肋及斜吊杆的冲击系数都大于相应中主梁、中拱肋及直吊杆;随着桥面平整度等级的增加,各关键部位的冲击系数与振动系数的关系满足均幂函数,且呈非线性增长;随着车速的增加,车辆在不同车道行驶时其规律性不一致,在快车道冲击系数呈现先增大后减小的趋势,在中车道呈现先增大后减小再增大的趋势,在慢车道呈现一直增大的趋势;随着车重的增加,冲击系数减小的幅度呈现逐渐减小的规律,轻车低速对桥梁的冲击效应更加显著;大多数工况下端部短吊杆的冲击系数均大于规范值,因此,在桥梁设计中应更加注重短吊杆的抗疲劳设计。     

大直径盾构隧道新型扩挖结构关键构件力学特征分析

结合北京地铁14号线?10m盾构隧道扩挖车站试验段工程,研究分析采用盾构中洞—边桩法扩挖修建地铁车站施工过程中结构体系的受力转换、受力行为及变化特征。通过地层结构数值模拟方法,动态分析确定盾构管片、边桩导洞、中导洞扣拱初衬及中柱等构件的内力和变形特征。研究结论可为类似工程的设计和施工提供参考。     

考虑旅客需求的停站方案与列车运行图一体化模型与算法

考虑高速铁路旅客出行的时空敏感性较高的特点,将旅客运输状态引入运输时空网络,构建三维的时间-空间-状态网络,提出基于旅客需求的停站方案与列车运行图综合优化0-1整数规划模型,实现旅客分配、停站方案与列车运行图编制的一体化。设计拉格朗日松弛求解算法,将复杂的列车间强耦合问题分解为单列车的最短路径子问题集合,从而降低模型求解难度。以京沪高铁北京南-曲阜东区段为背景进行验证和分析,结果表明模型不仅实现了较低的运营成本,还能够有效满足旅客需求,实现客流分配、停站方案与列车运行图编制的有机联动。     

多耦合约束条件下铁路站场总体布置图自动生成方法研究

针对铁路站场总体布置图绘制时多耦合约束的难点,基于分阶段处理耦合约束的思想,提出"断面扫描法"处理设备坐标的相对位置约束,而后将"自适应分段多比例法"用于解决比例协调约束,在最后的约束调整过程中,应用"相交可行域法",实现道岔及股道相关约束的自动处理。该研究可快速建立站场设备从原方案到总体布置图的坐标映射,实现满足所有约束条件的总体布置图的自动生成。研究成果已在若尔盖、开原西等多个站场设计中成功应用。     

茂县隧道挤压性变形段锚杆作用效果分析

针对茂县隧道穿越活动断裂带及其影响区所遇到的挤压性变形问题,通过对1号斜井及左洞前期施工变形统计分析,以及现场锚杆施工存在的问题,针对性地提出锚杆施工工艺的改进措施,并开展长期跟踪监测。研究结果表明:锚杆工艺改进前,1号斜井和左洞收敛均值分别为689.2 mm和624.8 mm,且1号斜井变形不收敛,左洞收敛时间达6个月;锚杆工艺改进后,左、右洞水平收敛均值分别为320.4 mm和141.2 mm,相比左洞工艺调整前分别下降77.4%和40.6%,且收敛时间缩短至约4个月;按"孔腔通畅+非收缩浆液+可简单验证和不可逆转灌注满浆"的思路综合性改进锚杆施工工艺可显著提升锚杆质量,发挥其在抑制隧道挤压性变形中应有的作用。     

3DGIS技术辅助城市轨道交通基坑工程施工方案论证

传统基坑工程施工方案论证是在二维平面图纸上进行的,论证会之前专家们需要做大量的前期工作,大型的工程施工方案论证会耗时较多,效率低下,建成后工程资料存档和查阅困难。为了解决这些难题,提出使用3DGIS(三维地理信息系统)技术来辅助基坑工程施工方案论证的系列方法,包括构建工程周边三维空间地理信息数据采集与建库技术方法、优化空间插值算法来构建三维地质环境技术方法、基坑变形监测与三维变形模拟技术方法等,用来辅助基坑工程施工方案论证与决策。并结合天津市地铁6号线红旗南路站基坑工程施工方案进行试验,成效突出。     

基于轨道约束H∞滤波的 北斗辅助列车定位算法研究

针对列车定位的高安全性和稳定性要求,结合列车行驶的特殊性,提出采用铁路轨道信息对北斗定位数据进行约束的H_∞滤波算法。以模糊自适应"当前"统计模型为基础建立列车运动模型,通过将轨道近似为直线段,建立轨道约束模型。将轨道约束与H_∞滤波器结合实现轨道约束H_∞滤波算法。通过仿真对比分析H_∞滤波与卡尔曼滤波、约束与无约束估计的误差。仿真结果表明:轨道约束在提高算法定位精度方面效果明显,H_∞滤波在列车位置估计上具有鲁棒性优势。验证了轨道约束H_∞滤波算法的有效性,对北斗辅助列车定位的工程应用具有理论指导意义。     

自密实混凝土浇筑成型方向对 新老混凝土界面黏结抗剪强度的影响

针对自密实混凝土加固既有混凝土结构时存在不同方位的黏结界面,为研究其对新老混凝土界面剪切强度的影响,设计具有不同混凝土浇筑成型方向的Z型黏结试件进行直剪试验,探究自密实混凝土浇筑成型方向、混凝土强度和界面处理方式等对黏结试件破坏形式和抗剪强度的影响,并探讨不同浇筑成型方向影响下新老混凝土黏结界面抗剪强度计算方法。研究结果表明:混凝土浇筑成型方向对界面抗剪强度影响显著,新混凝土从老混凝土顶面浇筑的效果最好,侧面浇筑次之,底面浇筑最差,差值最大多达到顶面浇筑试件抗剪强度的50%。一定范围内增大新混凝土强度能有效提高黏结界面抗剪强度,底面浇筑时效果尤为明显;当新老混凝土强度相差较大时,继续提高新混凝土强度作用不大。基于本试验结果,建议新老混凝土强度差宜控制在2个标号以内。界面处理方式对其抗剪强度的影响依赖于新老混凝土强度和新混凝土浇筑成型方向。本试验中,II类界面对于强度相同的新老混凝土界面抗剪强度影响不大,但能提高不同强度的新老混凝土界面抗剪强度,尤其是底面浇筑和侧面浇筑的界面。     

基于渐进均匀化方法的土工格室材料设计与应用

土工格室加筋层设计应考虑其各向异性的力学性能,利用试验方法测得所有各向异性常数较为困难。通过对土工格室加筋层代表体积单元进行多尺度分析和加筋路堤实体建模仿真,得到所需参数。计算结果表明:采用渐进均匀化方法能够计算三维土工格室加筋层的等效弹性常数,并推导出杨氏模量、泊松比和剪切模量;土工格室的铺设方式对加筋层水平方向的杨氏模量、泊松比和剪切模量有显著影响;加筋层水平方向的泊松比分量为负值,表明加筋层在该平面内有负泊松比特性;土工格室在路基中采用45°铺设方式比采用0°铺设方式可减少路基水平方向的变形值,但对竖向沉降几乎没有影响。     

平腕臂绝缘子表面的沙尘沉积特性仿真分析

兰新高铁接触网平腕臂绝缘子在大风沙尘环境中面临"沙闪"问题,研究不同因素下平腕臂绝缘子表面的沙尘沉积特性,可为此环境下绝缘子选型及设计提供理论依据。以FQBJ-25型棒式瓷芯复合绝缘子为研究对象,建立风洞积污仿真模型,采用多场耦合的数值计算方法分析风速、颗粒物粒径及质量浓度3种因素对绝缘子表面积污量的影响。仿真结果表明:随着风速的增大,绝缘子和各个伞裙表面的积污量均增加;当颗粒粒径大于13μm时,各个伞裙表面沉积的颗粒个数随粒径的增大而减少,但绝缘子表面的积污量随粒径的增大而增大;颗粒物质量浓度对绝缘子表面积污量的影响呈线性关系。各个伞裙表面积污量的变化与伞裙结构、风速、粒径及质量浓度有关,当曵力大于重力(大风速小粒径)时,伞裙结构的变化与各个伞裙表面积污量的变化具有一致性,反之,伞裙结构对积污量的变化影响很小。当曵力与重力作用相当时,颗粒物质量浓度越高,伞裙结构对各个伞裙表面积污量的影响越明显。