基于可靠度的预应力混凝土梁桥耐久性寿命预测

依据混凝土保护层碳化寿命准则和钢筋锈胀开裂寿命准则,建立了预应力混凝土梁桥耐久性寿命计算模型,并采用计算时变可靠度指标的方法,研究了处在一般大气环境下一预应力混凝土梁桥的耐久性寿命。计算结果表明:该桥主梁在桥梁服役28年后达到其混凝土保护层碳化寿命,混凝土保护层碳化寿命的可靠指标在桥梁服役初期下降较快,后期下降较慢;在桥梁服役96年后达到钢筋锈胀开裂寿命,说明在一般大气环境中的预应力混凝土梁桥,若混凝土强度较高且只考虑混凝土碳化引起桥梁抗力衰减时,可不考虑钢筋锈蚀对桥梁承载能力的影响。     

格构式超高支墩在桥梁施工中的关键技术

一座双线特大桥采用上承式连续钢桁梁结构,钢桁梁从两侧边墩至主墩悬臂架设在距边墩81 m处,设置高度分别为110.9 m(左侧),133.5 m(右侧)的格构式超高支墩以缩短151.5 m悬臂架设长度。提出一种有效力学分析方法模拟墩梁支撑钢桁梁悬臂架设过程的非线性接触情况,将理论分析模型结合到有限元软件中,运用迭代试算、反馈调节运算方法对钢桁梁架设全过程进行分析,从而得出施工阶段不同环境温度工况下格构式超高支墩支反力与应力。基于钢桁梁与格构式超高支墩结构整体模型分析结果,提出了钢桁梁下落格构式超高支墩施工中的关键技术。     

大风干旱环境下开裂混凝土碳化过程数值分析

为了研究大风干旱地区开裂混凝土结构碳化侵蚀引起的耐久性问题,基于CO2在混凝土中扩散时变规律,通过修正低湿度下碳化规律系数和借助离散裂缝模型,并首次引入了碳化过程风作用影响系数,建立了大风干旱环境下开裂混凝土碳化过程的数值模型,给出了初始和边界条件。根据热传导过程与碳化过程的相似性,利用有限元软件ANSYS对该模型进行了数值计算,并用在役梁体现场检测数据验证了该模型的可靠性。结果表明,通过改变模型中裂缝宽度这一参数的大小,可利用该模型分析大风干旱环境下裂缝宽度对混凝土碳化速率的影响。     

隧道钢纤维混凝土单层衬砌模型试验及数值模拟

为了对隧道钢纤维混凝土单层衬砌作出安全性评价,使用卧式加载系统对钢纤维混凝土衬砌模型进行了室内试验。在保持平面应变的情况下,对隧道衬砌模型进行垂直方向和侧向加载以模拟隧道实际受力状态;同时利用FLAC 3D软件建立了隧道数值模型。通过模型试验和数值模拟对特定隧道断面钢纤维混凝土单层衬砌的安全性进行了评价。模型试验及数值模拟分析结果表明,在设计荷载作用下对于衬砌各特殊验算截面,试验结果与数值模拟所得安全系数相差不大。模型试验与数值模拟相互验证,将二者相结合是一种评价隧道衬砌结构安全性的较为可靠的方法。     

构件可更换铁路桥墩抗震性能拟静力试验研究北大核心

为了快速恢复地震后受灾桥梁的使用功能,提出一种由混凝土柱和钢桁架联结系组合而成的构件可更换格构式桥墩体系。为研究构件可更换桥墩的抗震性能,设计制作1∶12缩尺模型进行拟静力试验,并采用有限元方法对试验过程进行数值模拟。结果表明:可更换构件中斜腹杆发生屈服,是主要耗能构件,弦杆与竖杆不易屈服;墩柱中混凝土出现可修复的细小裂纹,钢筋处于基本弹性状态,模型桥墩具有较好的抗震性能。     

圆钢管轻骨料混凝土轴压柱非线性有限元分析

研究目的:为实现对圆钢管轻骨料混凝土轴压柱的荷载-变形曲线非线性有限元分析,本文采用ABAQUS有限元软件建立圆钢管轻骨料混凝土轴压柱有限元模型,对典型的钢管轻骨料混凝土轴压中长柱的荷载-变形曲线进行分析。研究结论:(1)核心混凝土由于受到钢管的约束其纵向应力有较大提高,延性得到了显著的改善,钢管为轻骨料混凝土提供径向约束的同时纵向应力大幅降低,内力由钢管转向核心混凝土承担的力学特性;(2)钢管对轻骨料混凝土的约束效果要差于对普通混凝土的约束效果。     

周边简支双向密肋楼盖非线性分析

选用通用有限元分析软件ANSYS中的混凝土实体单元。SOLID65对周边简支双向密肋楼盖进行了试验模拟。编写了钢筋混凝土楼板的APDL语言分析程序,并对密肋楼盖进行了非线性全过程分析。将数值解与试验结果中的极限荷载、最大应力值和荷载一位移曲线进行了比较分析。在权衡了计算精度与计算机时之间矛盾的基础上,总结了该有限元模型的数值模拟结果与试验结果吻合较好,从而验证了钢筋混凝土楼盖结构应用实体单元进行非线性有限元分析的合理性。     

隧道开挖数值模拟的围岩边界取值范围研究

研究目的:隧道数值模拟的应用已相当广泛,在数值建模过程中,如何从实际问题中提取出合理的边界范围,平衡计算精度和占用内存之间关系,选取较佳的结合点,是数值建模中重要的部分。文章结合某隧道的工程实际,从数值模拟分析的角度,分两倍洞跨、三倍洞跨、五倍洞跨和八倍洞跨四种围岩边界范围进行了数值模拟。通过比较其第一主应力、位移和塑性区等结果,提出一般情况下隧道围岩模型的边界范围取值。研究结论:不同边界范围对隧道其周围的应力场和位移场的分布影响不大;一般情况下,取3倍洞距边界范围对隧道进行数值模拟和结构设计,其分析结果和结构设计方案较为安全。     

混凝土中氯离子扩散数值分析方法及实桥应用

氯离子在混凝土中扩散聚积到一定浓度后会引起钢筋锈蚀,钢筋锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂影响钢筋混凝土结构正常使用性能,对氯离子扩散系数进行修正,修正系数可以考虑时间效应、温度效应和湿度效应,将修正扩散系数与有限元软件结合得到氯离子渗透数值分析方法,通过氯离子在试块中一维和二维渗透试验结果对数值分析方法进行验证,最后将数值分析方法应用到实桥中。研究结果表明:基于本文建立的氯离子渗透数值分析方法的计算值与试验值吻合较好;预应力T梁在考虑氯离子空间分布下,相同深度而位置不同处的氯离子浓度不同,最外层钢筋在100 a时氯离子浓度最大值为0.231%;预应力箱梁计算结果说明底板角部钢筋在最大龄期100 a时氯离子浓度为1.03 kg/m3是中部位置氯离子浓度的1.30倍,结果均小于临界氯离子浓度,说明箱梁内钢筋在服役期内不会发生锈蚀。     

地面堆载作用下盾构隧道管片开裂行为分析

针对盾构隧道管片的非线性响应提出一种基于地层结构法的数值模拟手段,考虑土体、混凝土、钢筋和接触的非线性力学行为,将能够准确描述混凝土受拉压与剪切行为的总应变开裂模型赋予衬砌管片。针对实际工程的数值计算结果能够与隧道沉降及实际裂纹开展特征吻合,验证了该数值分析模型的有效性。引入最大裂缝宽度、开裂因子和开裂率等指标评价及预测衬砌开裂行为。研究结果表明:堆载作用下管环的主要损伤区扩展,深度增加,并萌生出宏观裂纹。基于对上、下行线开裂行为的对比分析可知堆载高度和堆载偏移距离对管片开裂行为有重要影响。     

外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压承载力计算方法

约束混凝土可以有效改善混凝土的承载性能和延性,被广泛应用于工程实践中。针对轴压作用下多重箍筋约束混凝土柱的极限承载力计算问题,参考Sheikh提出的有效约束模型理论,建立外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压下的约束理论模型。并以约束混凝土计算理论为基础,采用叠加原理和统一强度理论,推导该约束形式下混凝土柱的轴压承载力计算方法,应用有限元软件ABAQUS对该类新型约束混凝土柱进行数值模拟计算。结果表明:外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压承载力的理论计算值与模拟值吻合良好,且理论值偏于保守,多重约束混凝土的承载性能明显优于普通箍筋约束混凝土柱的承载性能。     

高速列车作用下场地振动的分析方法及特性研究

基于车辆动力学和有限元-无限元结合方法 ,建立高速列车-无砟轨道-路基-场地土动力相互作用三维数值分析模型,提出一种研究高速列车引起周围场地振动的分析方法,计算列车荷载作用下周边地基土的动应力和动位移,与既有文献中的结果对比验证本文方法,分析地基土性状对高速铁路场地振动的影响。该模型利用ABAQUS软件,同时结合FORTRAN、MATLAB程序模拟高速列车在钢轨上的实时运行,考虑轨道不平顺,将无限元作为地基土的边界,与模拟地基土实体的有限单元进行耦合,较好解决了振动波在模型边界的反射问题,为列车、轨道、路基系统动力学和轨道交通环境振动分析提供了新的研究思路和计算方法。     

考虑纤维取向的自密实混凝土梁抗弯性能分析

为了探究自密实混凝土中钢纤维取向分布对梁抗弯性能的影响,考虑纤维在梁中的取向分布,提出了一种能够模拟钢纤维自密实混凝土梁力学性能的数值模拟方法。首先,结合流体动力学软件CFX和Matlab编程,对钢纤维自密实混凝土梁的浇筑过程进行模拟;然后,基于混凝土梁浇筑模拟得到的钢纤维取向,并考虑钢纤维的粘结滑移作用,采用有限元软件FINAL对钢纤维自密实混凝土梁进行数值计算。通过与三点弯曲试验结果进行对比,对提出的数值模拟方法进行验证,同时采用该方法进行了参数化分析。     

铁路隧道松散破碎围岩塌方数值模拟分析

运用二维离散元程序UDEC3.1软件,对3种不同顶板岩性组合模型进行数值模拟,再现了隧道顶板岩层离层、弯曲、沉降、开裂直至塌方的全过程,分析了松散破碎围岩隧道塌方后围岩的位移、应力和塑性区分布特征。     

天津滨海软土地区地铁车站开挖基坑稳定性分析

研究目的:天津滨海地区多为海相沉积层,地下水位高,地层中存在淤泥质土。地铁建设首先面临的问题就是地下车站基坑的稳定性,保证基坑工程的安全性具有重要的经济和社会效益。本文对天津地铁某换乘车站基坑开挖施工变形规律进行研究,对于后续开工建设的地铁车站基坑工程具有一定的借鉴意义。研究结论:(1)在地下车站开挖过程中,受软土层突然应力释放及地下水位变化的影响,易引起周边建筑物地基的不均匀沉降,造成地面开裂、建筑物与地下管线变形。(2)本文利用有限元分析软件,建立三维数值模型,对基坑分步开挖施工过程进行动态模拟,对开挖过程中的围岩稳定性进行计算分析,得出:车站各主要受力构件均未达到极限强度,整个车站不会发生结构失稳破坏;车站基坑周围地表沉降量不大,对既有运营的地铁线路及车站围护结构的影响较小,开挖满足结构变形与周边建筑物的差异沉降变形控制要求。(3)本研究成果可为沿海软土地区地铁车站基坑开挖等类似工程提供参考。     

受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析

基于受多重约束的钢管内混凝土受力性能试验研究结果,运用有限元软件ANSYS建立带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区有限元分析模型,进行受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析,与试验结果进行了对比,并对影响钢管内混凝土承载能力的因素进行了分析。研究结果表明有限元模型计算所得极限承载力与实测结果吻合较好,同时得到了混凝土强度、外围箍筋强度、芯钢管强度与受多重约束的芯钢管内混凝土极限承载力关系曲线。     

编组站轨枕埋入式无砟轨道裂缝稳定性评估及轨枕松动修复研究

针对编组站驼峰缓行器前端的轨枕埋入式无砟轨道新旧混凝土界面开裂问题,基于断裂力学理论建立了轨枕边缘道床板裂缝稳定性计算模型。通过轨枕周边裂缝处的应力强度因子评价了裂缝稳定性;提出了裂缝修复材料的合理参数取值,并验证了有效性和可行性。结果表明:温度荷载是影响埋入式轨枕周边裂缝稳定性的主要因素,降温幅度越大,轨枕周围道床板的容许初始裂缝深度越小,轨枕越容易松动;为有效限制修复后裂缝的扩展,采用环氧树脂混凝土对编组站缓行器前端无砟轨道的轨枕松动病害进行修复时,应在环境温度15℃左右的春秋季节进行修复工作,修复层厚度在40 mm左右为宜。     

混凝土早期约束收缩开裂机理及试验研究

现浇混凝土结构早期开裂是工程中存在的普遍现象,裂缝对建筑物的正常使用、耐久性及结构安全都会产生不利影响。现有混凝土结构裂缝控制的失效准则是基于强度条件的失效准则,本文以断裂力学理论为基础,建立混凝土结构早期约束收缩开裂机理模型,提出早期约束收缩开裂的预测方法及具体步骤。在断裂模型中,应力强度因子及裂缝尖端张开位移试验室测定方法具有明显的尺寸效应,本文基于BP神经网络模型提出断裂参数的预测方法,采用改进型环形收缩试验验证模型的合理性,结果表明本文建立的混凝土早期约束收缩开裂理论模型对结构早期开裂时间的预测结果与试验结果有很好的一致性。     

铁路车轮周向脊肋阻尼结构振动声辐射控制的初步探讨

为了弄清周向敷设脊肋式约束阻尼铁路车轮减振降噪机理,将铁路车轮简化成同样比例尺度的等厚圆盘,并在圆盘上敷设周向分布脊肋约束阻尼,分析其振动-声辐射特性。基于混合有限元-边界元法,建立了敷设约束阻尼结构的圆板系统振动-声辐射模型。其中,系统的振动响应由实体有限元模态叠加法计算得到,约束阻尼结构的阻尼效应通过结构模态损耗因子来考虑。进而将系统振动响应作为声学边界元的初始条件,用基于声学边界元法的软件SYSNOISE计算得到系统的声辐射。考虑到计算阻尼结构模态损耗因子的精度与计算耗时情况,对复特征值法和模态变形能法进行了分析比较。数值计算中,考虑了两种不同截面形式的周向脊肋及其布设位置对系统振动声辐射的影响。结果表明,周向脊肋对降低系统振动声辐射有积极作用,其效果与脊肋截面形状和布设位置有关。本文的分析为低噪声车轮的设计提供重要的参考。     

钢-混凝土双面组合连续梁自振特性研究

对钢-混凝土双面组合连续梁的自振特性进行分析研究。分析中分为三种特定工况:工况一和工况二假设钢梁与混凝土完全组合,但工况二内支座处上混凝土板受拉开裂;工况三假设上混凝土板受拉开裂,且考虑钢梁与混凝土板间的滑移效应。采用平面梁的集中质量法和三维有限元模拟分析分别得到了一两跨钢-混凝土双面组合连续梁模型在三种工况下的自振频率及振型,二者吻合良好。