考虑热湿度及压应力作用的混凝土氯离子扩散数值分析

如何预测氯离子在热湿度及压应力作用下的侵蚀过程是混凝土结构工程师面临的严峻挑战.利用系数形式偏微分方程建立了考虑环境变量、应力水平耦合的氯离子模型控制方程,控制方程中所涉及的参数均有参考的依据.为能再现混凝土结构在热湿度及压应力条件下的真实情况,通过有限元软件构建了二维混凝土骨料模型,并将模型控制方程与骨料模型结合起来...     

沥青路面多孔混凝土基层荷载应力数值分析

建立多孔混凝土基层沥青路面三维有限元模型．引入横观各向同性弹性本构关系模型作为正交各向异性接触模型，实现路面结构层间接触状态的数值模拟．通过数值计算方法，分析多孔混凝土基层的荷载应力，研究了面层厚度、多孔混凝土基层厚度及模量、地基模量、轴载等对荷载应力的影响．对条件相同的计算结果进行对比分析，结果表明：基层荷载应力随基层厚度的增大而减小，随着面层厚度的增大而减小；随着基层与地基模量比的增大而增大；随着轴载的增大而增大．     

水泥混凝土路面在车载和温度应力共同作用下有限元分析

车辆荷载与温度翘曲应力共同作用下,容易导致水泥混凝土路面产生疲劳破坏。本文利用大型有限元软件ANSYS对不同参数变化的混凝土路面进行有限元模拟计算,分析取不同板厚的条件下,车辆荷载与温度应力对水泥混凝土路面的影响,得出混凝土板在正温度梯度和车载共同作用时,在相同地基模量情况下,产生的板内纵向拉应力会随着混凝土板的长度与厚度的增大而增大。     

混凝土Ⅰ型裂缝扩展的氯离子渗透特征

为了研究荷载作用下混凝土结构裂缝扩展过程中的氯离子侵蚀问题,更加准确地描述不同扩展阶段裂缝周边的氯离子侵蚀特征,依据混凝土断裂准则,采用ANSYS参数化设计语言APDL进行二次开发,自编程序模拟了混凝土小梁Ⅰ型断裂裂缝开展过程;在断裂分析的基础上通过参数等效,采用结构-热分析方法,基于体应变-损伤变量-氯离子扩散系数一一映射关系,实现了混凝土裂缝扩展过程中各个阶段氯离子侵蚀的数值分析. 结果表明:不同裂缝扩展阶段,三点弯曲混凝土小梁裂缝周边氯离子侵蚀结果与试验结果吻合,荷载作用下混凝土裂缝尖端氯离子侵蚀呈现加剧现象,在混凝土结构耐久性寿命分析中起决定性作用;双K断裂准则和基于损伤参数的氯离子扩散模型能够模拟混凝土开裂过程氯离子侵蚀问题.      

斜拉桥钢桥面板顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群数字疲劳试验

为研究多场耦合作用下斜拉桥钢桥面板疲劳裂纹的扩展机理，建立了跨尺度斜拉桥全桥数字疲劳试验模型；通过模拟顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处多道焊缝的焊接全过程，将焊接残余应力引入数字疲劳试验模型中；基于扩展有限元法，在多场耦合作用下对顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处典型疲劳裂纹进行扩展机理的数字断裂参数分析与扩展行为的数字疲劳试验。研究结果表明:在顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处存在较大的残余拉应力，其最大值接近钢材的屈服强度，焊接残余应力对钢桥面板疲劳性能的影响不可忽略；后续焊缝会影响已有焊缝区域的应力场分布，在分析计算多道焊缝影响区域的焊接残余应力场时，需模拟多道焊缝的焊接全过程；在恒载应力场、活载应力场和焊接残余应力场的多场耦合作用下，按复合型裂纹扩展的工程准则，顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处4种典型疲劳裂纹的最大等效应力强度因子幅均大于疲劳裂纹扩展阈值，均将在疲劳循环荷载作用下发生疲劳扩展；在多场耦合作用下，过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊趾处疲劳裂纹和U肋侧焊趾处疲劳裂纹均为以Ⅰ型裂纹为主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹，Ⅱ型和Ⅲ型裂纹的影响不容忽略；过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊根处疲劳裂纹和横隔板过焊孔边缘处疲劳裂纹均为Ⅰ型裂纹；建立的多场耦合作用下多尺度数字疲劳试验可为运营阶段大跨度桥梁钢桥面板疲劳裂纹的扩展提供分析与模拟方法。      

移动荷载作用下路面响应分析

用ANSYS有限元软件建立了三维有限元模型,通过ANSYS中trantsient的full瞬态动力学来分析车速80 km/h,轮压为0.7 MPa情况下路面的动响应。结论表明路表面应力在移动荷载经过瞬间达到峰值,各层应力峰值出现时间随深度增加而依次滞后;在移动荷载作用下,路表面的剪应力很小,近似为0,单元两主应力方向始终与坐标轴平行,当到基层顶部时两主应力都减少而剪应力增大,单元主应力方向随荷载的移动而发生旋转。     

高性能混凝土在氯盐侵蚀和冻融循环作用下的耐久性分析

为研究海洋环境下高性能混凝土桥梁的耐久性，基于混凝土室内快速冻融试验，对高性能混凝土进行氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下的耐久性试验，分析混凝土在不同水胶比、粉煤灰掺量和含气量时的质量损失率和相对动弹性模量；并根据试验分析结果建立氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下的高性能混凝土质量预测衰减模型.结果表明：水胶比对高性能混凝土的抗盐冻性能影响显著，混凝土抗盐冻性能随着水胶比增大而降低，建议水胶比不宜大于0.45；粉煤灰的加入会降低混凝土的抗盐冻性能，掺量较高时其抗盐冻性能难以达到满足要求，粉煤灰掺量不宜高于30%；随着含气量增加，混凝土抗盐冻性能呈现先提升后降低的变化规律，建议有考虑抗盐冻要求的混凝土其含气量在4.5%～5.5%内选取.     

耐久性沥青路面混凝土基层荷载应力三维有限元分析

为了分析各因素对耐久性沥青路面混凝土基层荷载应力的影响,建立了三维有限元模型,确定了计算参数,通过正交设计法安排参数组合,计算混凝土基层底面的荷载应力,并对计算结果进行极差与方差分析。分析结果表明:混凝土基层底面荷载应力随沥青面层厚度增大总体呈减小趋势,但减小幅度不大,随基层厚度增大而减小,随基层模量增大而增大,随地基模量增大显著减小,面层模量变化对基层荷载应力几乎无影响;置信概率为95%时,对基层荷载应力有显著影响的因素是地基模量、基层模量和基层厚度,当置信概率为90%时,地基模量、基层模量、基层厚度和面层厚度影响的显著性依次减小。     

基于碾压混凝土基层的沥青路面荷载、温度应力影响分析

运用有限元法对碾压混凝土基层沥青路面结构建立三维有限元模型;通过对碾压混凝土基层沥青路面临界荷载位的分析,确定了碾压混凝土板的临界荷载作用位置;分析了碾压混凝土基层在不同参数条件下临界荷载位置处的荷载应力和温度应力,结果表明:随碾压混凝土层厚度、沥青面层厚度、下基层厚度、板底综合模量的增大,碾压混凝土板底应力逐渐减小;并提出了温度应力的计算公式及温度翘曲应力系数Cx的取值范围。     

隔离层对贫混凝土基层水泥混凝土路面结构力学性能的影响

结合清连路现场试验测定的基本参数,运用考虑层间接触模型的三维有限元方法,重点分析了车辆和温度荷载作用下,不同隔离层下贫混凝土基层水泥混凝土路面结构主要指标的变化规律．分析结果表明,隔离效果越好,车辆荷载作用下路面受力状态越不利;与车辆荷载情况相反,即隔离效果越好,温度荷载作用下路面受力状态越有利;超载使各结构层主要力学指标值都明显增大,是造成路面早期损坏的主要原因之一;通过比较,发现有限元方法与规范方法计算得到温度应力差值较小,验证了利用有限元方法计算温度应力的可行性．     

连云港盐渍土中钢筋混凝土结构寿命预测

通过分析连云港盐渍土中盐分含量分布,指出连云港盐渍土属于氯盐渍土,盐分含量随土层深度的增加线性减小,对钢筋的腐蚀性为中等腐蚀性;综合考虑氯离子在混凝土孔隙溶液中的扩散、电迁移以及毛细吸附过程,建立氯离子运移模型;模型的计算结果与实测结果有较好的拟合度;采用有限元方法分析了连云港盐渍土环境下混凝土内部氯离子含量分布状况,并计算不同混凝土保护层厚度的结构物寿命,建议混凝土保护层厚度应该大于50 mm。     

基于元胞自动机的开裂混凝土氯离子扩散模拟与分析

为获得氯离子在开裂混凝土中的浓度分布以及分析裂缝形状、分布形式、偏转角度对混凝土中氯离子扩散效应的影响,根据氯离子在开裂混凝土中的扩散机理,利用元胞自动机和均匀化等效分析方法,建立了模拟开裂混凝土中氯离子扩散过程的元胞自动机模型,并利用数值试验对模型中元胞尺寸进行了优化.研究结果表明:在不影响计算精度的情况下,为提高模...     

桥上纵连板式无砟轨道疲劳应力谱的理论研究

为获得服役期间桥上纵连板式无砟轨道疲劳应力谱计算理论,考虑无砟轨道钢筋与混凝土的相互作用、无砟轨道混凝土的开裂与闭合效应、无砟轨道荷载的共同作用和时变特性,分别建立和验证了桥上纵连板式无砟轨道温度场计算模型、多尺度高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁三维有限元耦合动力学模型、纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型,并在此基础上,提出了桥上纵连板式无砟轨道疲劳应力谱计算理论.研究结果表明:利用提出的疲劳应力谱计算理论可得到服役期间桥上纵连板式无砟轨道各部件钢筋与混凝土应力时程曲线及疲劳应力谱;考虑多种荷载工况,能深入探讨桥上纵连板式无砟轨道疲劳破坏机理和影响规律;计算理论可为丰富和完善我国无砟轨道设计理论提供重要依据.      

三维弹塑性轮轨滑动接触热机耦合分析

为提高轮轨滑动接触热响应分析的准确性,基于Johnson-Cook材料模型,充分考虑含摩擦因数在内多种材料属性的温度相关性、3种热传递方式和轮轨实际廓形,建立了全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型,采用完全耦合法对滑动接触状态下的轮轨进行热机耦合分析;研究了车轮以1 m·s-1速度沿钢轨滑行0.1 s时的轮轨温度场和应力场分布特性,分析了轴重、相对滑动速度对轮轨接触区温度场的影响,得到了热影响层深度、热影响层宽度、轮轨表层温度随轴重、相对滑动速度的变化关系。分析结果表明:轮轨最大等效应力发生在次表层接触斑中心处,车轮表层最高温度发生在接触斑后半部分中心处,车轮表层最高温度为848 ℃,钢轨表层最高温度为768 ℃,钢轨表层最高温度低于车轮表层最高温度;轮轨热影响层很薄,车轮热影响层深度约为4.22 mm,钢轨热影响层深度约为3 mm;轮轨热影响层深度随轴重增大无明显变化,而宽度随轴重的增大而增大,轮轨热影响层深度随相对滑动速度的增大而减小,而宽度随相对滑动速度增大无明显变化,轮轨表层温度随轴重和相对滑动速度的增大而增大,且相对滑动速度对轮轨热响应影响更大。全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型及热机完全耦合法能够更加准确地预测轮轨滑动接触热响应,对合理开展轮轨热损伤和热疲劳研究具有重要意义。      

沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面承载力分析

为了防止公路的早期破坏,为长寿命路面结构研究提供理论依据与技术支持,应用有限元方法对沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面进行了温度场与疲劳应力分析。分析结果表明:小于4cm的沥青混凝土面层主要用于改善路面使用性能;大于4cm的沥青混凝土面层可以有效改善路面的温度场,每增加2cm,可满足15%～20%的超载要求。可见该复合式路面能够承受重载和一定程度的超载而不发生疲劳破坏。     

不同层位格栅加筋沥青混凝土的抗车辙性能

为探索格栅层位对加筋沥青混凝土抗车辙性能影响的内在规律,采用10cm深车辙试模对不同格栅层位的沥青混凝土进行车辙试验,实测蠕变参数,建立粘弹性有限元模型,对不同深度的车辙模型进行最大剪应力计算,最后将二者对比分析．结果表明：格栅越靠近加载面,沥青混凝土的高温抗车辙效果越好,原因是格栅铺设于沥青混凝土中最大剪应力附近;格栅距离加载面一定位置时,沥青混凝土的最大剪应力增大,但沥青混凝土的抗车辙能力依然比未铺设格栅时的好．分析方法与所得结论对沥青层结构与材料设计具有一定的应用价值．     

冲压荷载下水泥路面土基的变形及应力分析

通过建立有限元模型,采用瞬态动力学加载方法,模拟冲击压路机破裂稳固旧水泥混凝土路面的冲压效果,探讨冲压荷载作用下土基中的应力传递规律和沉降变形．结果表明：在土基顶面以下5 m深度处由冲压荷载引起的土基竖向应力和位移均接近于0,冲压荷载的影响深度不超过5 m;冲压荷载作用下路基的工作区为2．25 m深度范围内,埋深超过2．25 m的构造物理论上不受冲压荷载的影响．