考虑各向异性形貌特征的岩体结构面刚度计算模型

为了实现岩体结构面切向刚度和法向刚度的便捷化精准取值，准确分析结构面变形行为特征，以关山隧道闪长岩结构面为例，对结构面形貌信息进行数字化提取，应用3D打印技术制作结构面试样，开展单轴压缩与各向异性直剪试验，提出了各向异性新形貌参数，建立了结构面切向刚度与法向刚度计算新模型。研究结果表明:新形貌参数综合考虑了结构面起伏体上坡段的爬坡角与爬坡高度，有利于反映结构面形貌的各向异性特征，并且同一方向上结构面剖面线的形貌参数服从对数正态概率分布；在物理模型力学试验的基础上，结合结构面形貌参数、结构面壁面强度和法向应力构建的结构面切向刚度计算新模型，不仅降低了计算参数的获取难度，还可以更好地体现结构面切向变形能力的各向异性；改进的双曲函数法向刚度计算模型考虑了结构面初始法向刚度和最大法向闭合量与结构面壁面强度之间的量化关系，避免了复杂的力学测试，简化了法向刚度的获取过程；通过与经典计算模型和力学试验结果进行对比，发现采用新模型计算的刚度更为接近试验值，其中切向刚度与试验值的平均相对误差为2.09%~27.88%，法向刚度与试验值的平均相对误差为3.25%~17.25%，表明结构面切向刚度和法向刚度计算新模型可以更准确和便捷地获取结构面变形参数。      

基于混合壳单元法预应力混凝土T梁的受力性能

为了准确预测与评估预应力混凝土T梁的力学性能,利用混合壳单元建立了T梁有限元计算模型,对T梁从完好状态至破坏状态的力学行为进行了非线性分析。T梁中弯曲预应力钢筋采用组合壳单元模型,应用虚功原理推导了其对组合壳单元刚度矩阵的贡献,梁底平直预应力钢筋采用分层壳单元模型;利用Owen双参数屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土材料非线性特性,采用双折线本构模型模拟钢筋材料。分析结果表明:混合壳单元法计算结果与试验结果吻合良好,弹性阶段的T梁刚度折减不明显,非线性阶段刚度发生明显折减,跨中预应力钢筋应力增长幅度最大,因此,混合壳单元法对预应力混凝土T梁力学行为分析是有效的。     

三峡泄滩滑坡滑动带土的改进Mesri蠕变模型

为进行滑坡建模和稳定数值分析的需要，进行了三峡泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验．在此基础上，给出了排水条件下粘性土的Mesri蠕变模型，即剪应力-应变关系采用双曲线模型、应变-时间关系采用幂函数来描述土体的弹粘塑性；提出了改进Mesri蠕变模型，其应变-时间关系采用分段拟合方法．模型计算曲线与试验数据的比较表明，改进Mesri蠕变模型较Mesri蠕变模型对粘性土蠕变性能的拟合能力得到了显著改善．     

预应力CFRP板加固钢板受拉疲劳性能试验研究

为较好地预测预应力碳纤维材料(CFRP)板加固钢结构的疲劳性能,采用考虑有效应力强度因子幅的Pairs公式,分析了粘贴预应力CFRP板加固钢板的疲劳裂纹扩展行为.通过粘贴CFRP板的含中心孔的预制裂纹钢板的疲劳试验,分析了应力比、CFRP板刚度、预应力及粘结胶性能等因素对疲劳裂纹扩展的影响.试验结果表明:加固后结构的疲劳寿命提高16倍以上,疲劳寿命的理论分析结果偏于保守;预应力是疲劳寿命的主要影响因素,而CFRP板和粘结胶性能的影响有限;应力比埘疲劳寿命的影响很大,因此,对交通荷载的正确预估是加固能否取得成功的基础.     

结构模式对转向架构架扭转刚度的影响

将客车转向架焊接H形构架简化为由等截面直梁组成的模型,通过考察各梁在扭转载荷下的变形分布,研究降低构架扭转刚度的措施,并采用有限元方法对理论分析结果进行了验证。计算结果表明:侧梁上盖板开槽能使构架扭转刚度降低3%;改变横梁截面形式后,构架扭转刚度将减小19%,构架在超常载荷下的最大von_Mises应力降低3%。分析结果表明:构架侧梁上盖板开槽对其扭转刚度影响不大,并将引起局部区域较强的应力集中;横梁弯曲与扭转刚度对转向架构架扭转刚度有较大影响,将无缝钢管横梁改为箱型梁能够显著降低构架扭转刚度;同时,由于扭转刚度降低,构架在超常载荷下最大von_Mises应力也有所降低,轨道扭曲载荷对构架强度的影响减弱。     

基于离心模型试验的地基附加应力修正

为提高对路基沉降的精度控制,对2种中等压缩性土地基在路基自重作用下的地基附加应力分布规律进行了离心模型试验,并通过PLAXIS2D有限元数值计算和现场测试参数反算地基附加应力进行了验证.基于试验结果,提出了考虑路基宽高比影响的路基中心处地基附加应力修正计算方法.研究结果表明:在路基荷载作用下,附加应力在浅层地基中衰减较快,随地基深度增大,衰减逐渐减慢,与Boussinesq解得到的地基附加应力衰减曲线存在显著差异;修正方法计算的地基附加应力与现场测试参数的反算结果基本吻合.      

体外预应力混凝土梁承载全过程分析新模型

为了探讨体外预应力混凝土梁在承载能力极限状态下的性能,建立了其基于有限单元法的考虑材料和几何非线性的数值分析模型.引入分块截面模型确定钢筋混凝土梁单元截面的切线刚度和分析其退化过程,采用三节点摩擦滑移预应力筋单元分析体外预应力筋在转向块或滑块处的摩擦滑移效应.该模型考虑了影响结构力学性能的主要因素,并考虑了轴力二次矩和二次效应.对试验梁的特征参数、体外预应力增量、摩擦滑移效应和二次效应等进行的分析表明,计算结果和试验值吻合.研究表明,体外预应力筋在转向块或滑块处的摩擦滑移效应是影响体外预应力混凝土梁力学性能的重要因素.     

机场道面高频振捣密实混凝土弯曲疲劳性能演化特征

为了验证高频振捣滑模摊铺工艺的可靠性及其对含大粒径骨料(最大粒径为40 mm)干硬性混凝土疲劳演化特征的影响, 分别采用小型机具施工工艺(低频振捣)和滑模施工工艺(高频振捣)在郑州新郑机场摊铺40 cm厚混凝土道面板; 对现场切割试件与室内相同配比成型的试件(尺寸均为150 mm×150 mm×550 mm)进行了弯拉强度与疲劳试验, 测量了跨中梁底应变和竖向位移; 根据可靠度理论分析了不同工艺成型混凝土小梁的弯曲疲劳寿命概率分布特征, 建立了弯曲疲劳方程, 进一步分析了试件的弹性模量衰减特征和梁底残余拉伸应变演变规律。研究结果表明: 高频振捣工艺能使混凝土更加致密, 试件平均疲劳寿命较低频振动成型试件长约27%;双对数疲劳方程能够很好地表征含大粒径骨料道面混凝土的疲劳行为; 高应力水平下高频振捣成型混凝土疲劳寿命比室内成型混凝土长4%, 低应力水平下高频振捣成型混凝土疲劳寿命比室内成型混凝土长18%以上; 混凝土抗弯拉弹性模量随加载循环比的增加基本呈线性衰减特征, 试件临近破坏时的抗弯拉弹性模量为初始模量的50%~80%;在重复荷载作用下, 梁底轴向残余应变随加载次数的增加而增大; 提出的4种典型演化形态可表征不同应力水平下混凝土残余应变的复杂增长趋势; 骨料粒径增大是导致试件疲劳性能演变规律离散性的主要原因, 疲劳荷载作用下的累积损伤和骨料依次失效过程是混凝土残余应变演化曲线出现明显台阶特征的主要原因。研究结果为进一步通过足尺环道加速加载试验建立室内试验与现场足尺道面板性能关联方程奠定了基础。      

某变速箱壳数值模态与试验模态的分析与研究

以变速箱壳为研究对象,利用有限元分析方法得到变速箱壳的固有频率和振型。运用锤击法对变速箱壳进行试验模态分析,得到模态参数,将试验模态与仿真计算的结果进行比较,验证了有限元分析结果的可靠性。在此基础上对结构进行修改,并进行有限元分析验证,改进后变速箱壳的各阶固有频率得到提高,增加了整体刚度。     

轮胎与钢桥面铺装接触力学分析

为进一步分析钢桥面铺装的真实受力特性,对轮胎与钢桥面铺装的接触力学行为进行了研究.通过建立轮胎模型,对轮胎接地压力进行计算,并与实测数据对比验证了轮胎接触模型的准确性;通过建立轮胎与桥面接触模型,对不利荷载位置时桥面铺装的力学响应计算与分析,得出铺装层竖向位移、铺装层顶弯拉应力、粘结层剪切应力的分布特性,指出桥面铺装典型病害产生的力学机理;通过对设定的一组铺装层计算模量对应的铺装层力学响应极值进行计算,得出铺装层弯拉劲度模量变化对铺装层力学响应的影响规律,并对比分析了轮胎荷载与均布荷载对结算结果的影响作用.结果表明：在等量荷载条件下,采用轮胎与桥面接触模型计算出的铺装层最大层顶反弯应力、粘结层最大剪切应力均明显大于采用均布荷载的计算结果,其中：铺装层层顶反弯应力增幅约为5%,粘结层剪切应力增幅约为9%.采用轮胎与桥面接触模型进行钢桥面铺装设计会更为安全.     

无缝线路大跨简支梁桥桥墩线刚度优化

为获得大跨高墩长联桥上无缝线路设计的控制因素,探讨了大跨高墩长联桥墩台线刚度的合理取值.基于桥上无缝线路力的传递机理,建立了钢轨-主梁-桥墩-基础一体化力学模型;利用APDL参数化语言对ANSYS进行二次开发,建立了参数化优化模型,编制了桥墩线刚度优化程序.结合实际工程,分析了跨度64 m的有碴轨道简支梁桥墩顶纵向水平线刚度的限值.分析结果表明:梁轨快速相对位移及钢轨附加应力控制大跨高墩长联桥上无缝线路的整体设计, 该跨度为64 m的有碴轨道简支梁桥墩顶纵向水平线刚度的限值应超过750 kN/cm.      

非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型

自然界所存在的原状土具有一定的结构性,与室内重塑土在加载过程中所表现出的力学特性（如变形和强度）具有明显的差异．本文以复合体损伤理论为基础,建立了适用于非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型,并给出了损伤变量A的演化规律．其主要思想是把土材料看作由相对完整的土和相对破碎土两部分混合而成,二者的力学性能不同,且在受力过程中,相对完整的土逐渐转化为相对破碎的土,故分别采用弹性和弹塑性模型描述．该模型所采用的参数（除结构性参数β、α以外）均可以直接通过实验确定．结果表明,该模型能够较好描述非饱和原状土的应力．应变特性,尤其是应变软化现象,且所给出的扰动变量演化规律也能够较好描述土结构性退化规律．     

45钢单轴应变循环软化行为的本构模型

为了更好地描述材料的循环软化行为,基于调质处理的45钢在对称与非对称应变循环加载下的变形特征,建立了其循环塑性本构模型.模型中考虑了材料在初始1/4循环加载时达到上屈服限后的应变软化现象.此外,用屈服面半径和背应力演化方程对后继循环软化行为进行了模拟.结果表明,在低周疲劳过程中,无论是循环软化滞回圈形状,还是循环应力幅值随循环周次的变化,理论预测与实验结果均吻合得很好.     

基于振动性态和破坏相似的边坡振动台模型实验相似律

鉴于岩土动态性质复杂及地震模拟振动台尺寸较大,边坡振动台模型实验采用原型工点采样岩土材料制成模型.模型实验相似律不仅应确保由共振频率与行波效应所体现的振动性态相似,同时应尽可能对变形破坏行为进行相似模拟,即做到破坏强度和应力水平相似.相似律关键在于保证原型、模型的按参考应变归一化后的应变比一致,因为岩土体本构关系呈软弹簧非线性,归一化应变比不仅决定对应的相对应力水平,更重要的是影响着共振频率.基于Mohr-Coulomb破坏准则和双曲线动本构模型恢复力骨干曲线,提出在保持归一化的剪应变比一致条件下,兼顾振动性态和破坏相似的振动台模型实验相似律:由土体初始剪切模量随埋深的幂函数变化规律,按振动性态相似原则确定台面输入地震波波形的时间压缩比,再以岩土材料的强度参数(c,φ值)按破坏相似原则确定台面输入波形的幅值比,得到各主要物理量的相似律.     

某双曲拱桥加固前后承载能力评估

以甘肃路网中一跨30m现役空腹式双曲拱桥为工程背景,根据其结构特点,采用实体单元模型,利用大型通用有限元结构分析软件Ansys对该桥原位移场、应力场及力学行为进行空间有限元模拟分析,进而采取有效的方法对其进行加固处理,经模拟分析,该桥加固后其承载能力及刚度明显提高,有效地降低了桥跨结构的位移与应力,改善了桥跨结构的整体受力性能,加固效果良好。     

钢-混组合索塔锚固结构的力学行为及结构优化

为了解斜拉桥钢-混组合索塔锚固结构的力学行为并对结构设计进行优化,以重庆嘉悦大桥为依托,通过足尺模型试验及非线性有限元分析的对比分析,对钢-混凝土组合索塔锚固结构的力学性能、荷载传递机理进行了研究;采用正交试验方法对索塔锚固区混凝土主拉应力进行参数敏感性分析,进而提出了结构优化设计参数. 研究结果表明:钢锚箱与混凝土塔壁的应力水平较低,应力分布均匀流畅;钢锚箱与混凝土塔壁的相对滑移值均很小,最大值仅0.029 mm;剪力键的抗剪刚度对混凝土端塔壁的主拉应力水平有较为显著的影响,当刚度增加5倍,混凝土端塔壁主拉应力减少了17.3%;该桥所采用的组合索塔锚固区结构参数是安全、经济的.      

Permanent Deformation of Highway Subgrade Soils

Based on a comprehensive review of the literature and preliminary testing performed on a subgrade soil, a testing methodology for repeated load testing was established. This testing protocol was verified using data from subgrade soil. The successful application of this testing protocol on the two subgrade soils proves that it can provide consistent, reliable results. A power model was used to fit the accumulated axial strain over load repetitions with the first hundred cycles excluded from the data set. A number of factors influencing the accumulation of permanent deformation were investigated. The results indicate that confining pressure, load frequency and density are relatively minor contributors to deformation accumulation. Moisture content, deviator stress and first cycle freeze-thaw are major factors governing permanent deformation. The effects of stress history resulting from staged loading are dependent upon the level of applied deviator stress. The interpretation of the rich and consistent deformation data derived from this testing protocol provide valuable insights for transportation engineers relative to the design, construction, operation and maintenance strategy of highway subgrades as well as railway roadbeds.     

基于刚度等效模型的减重孔板结构快速分析方法

为了能够更有效率地对减重孔板结构进行计算分析, 提出一种快速分析方法; 研究了减重孔板结构模型与平面板结构模型间的一般刚度等效关系, 建立了减重孔板孔径、孔距与相应平面板等效杨氏模量、等效板厚间的关系表达式, 以等效平面板结构模型代替原孔板结构模型进行变形分析; 将局部节点位移施加到相应目标孔位模型上, 计算了目标孔位区域的应力分布; 结合试验与仿真验证了方法的准确性; 通过对某实际减重孔板结构施加不同载荷, 对刚度等效关系的稳定性进行了验证; 通过某车体底架带孔板结构实例, 对方法应用于实际工程中的有效性进行了验证。分析结果表明: 与试验结果相比, 快速分析方法仿真变形最大误差约为3%, 应变的最大误差约为5%;不同载荷下的等效杨氏模量偏差约为2.5%, 等效板厚的偏差约为1.3%;快速分析方法对变形与局部应力的平均计算误差小于6.7%, 计算时间缩短了约50%。可见, 快速分析方法可以替代传统方法对减重孔板结构进行性能分析。      

刚/柔性组合墙面加筋土挡墙受力机制分析

基于刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立了原型挡墙三维精细化数值模型,分析了连接件端板埋深、拉杆刚度、竖向层间距、筋材刚度、加筋长度以及墙体高度等因素对上覆荷载下挡墙受力机制的影响.研究结果表明:端板埋深、筋材刚度、连接件层间距,以及加筋长度等对连接件荷载分担比影响不大,而拉杆刚度增大使得连接件荷载分担比增大明显;组合墙面水平荷载随挡墙高度的增加而增大,可采用朗肯主动土压力计算;挡墙工作状态时连接件荷载分担比随连接件与筋材刚度比的增大而增大,当刚度比达到8.6时,连接件荷载分担比约为60%,并趋于稳定.      

膨胀土堑坡雨季失稳的突变模型

以受结构面的控制膨胀土堑坡滑坡失稳为例,考虑降雨条件下,滑面介质的应变软化和水致弱化,提出了一个简单的考虑吸水膨胀的力学模型,并利用突变理论分析其失稳破坏的力学机制。在突变分析中,通过尖点突变模型,分析了刚度比、含水量等因素对滑坡的触发作用。结果表明:滑坡的演化过程是内外部因素共同作用的结果,降雨导致结构面介质膨胀软化的原因属于外部的触发因素。在膨胀土堑坡的加固防护中,应当充分地考虑水的治理。