软土地基中不同设计参数的CFG桩内力分析

为了分析CFG桩在软土地基中的应用效果，以某软弱填方路基为研究对象，利用Midas有限元软件分析了软土地基加固中CFG桩的内力变化规律。研究结果表明：桩的轴力（弯矩）由中心桩到边桩逐渐减小（增大），当桩径为0.4 m，桩距为1.6 m时桩的轴力和弯矩分别为561 kN和66 kN·m；当桩径（桩间距）相同时，桩土应力比随着桩间距（桩径）的增大而增大（减小），桩径0.4 m、桩间距2.4 m时桩土应力比最大为51；当桩径为0.6 m、桩间距为2.4 m时，桩的荷载分担比最大为63.04%，研究成果可为工程应用提供参考。     

水泥路面接缝传力杆周围混凝土损伤塑性分析

为揭示水泥路面接缝传力杆周围混凝土的受力特性与损伤机理,基于ABAQUS有限元软件,介绍了混凝土损伤塑性(CDP)模型及其参数确定方法,应用CDP模型模拟了混凝土试件单轴拉伸和压缩试验,通过对比模型试验结果验证了CDP模型参数的准确性;在此基础上,建立了接缝设置传力杆的水泥路面三维有限元模型,分析了在不同轴载作用下水泥路面接缝传力杆周围混凝土的塑性应变、损伤因子和等效应力的分布和发展规律,对比了采用CDP模型与混凝土弹性模型时传力杆周围混凝土的应力差异。分析结果表明:对于混凝土单轴拉伸、压缩试件,基于CDP模型的应力-变形全曲线模拟结果均与试验结果一致,说明CDP模型及其参数确定方法准确;对于接缝设传力杆的水泥路面,当荷载作用在接缝传力杆黏结端上方板边时,传力杆黏结端混凝土的受力最为不利;随着轴载的增大,传力杆黏结端底部混凝土率先发生损伤塑性,等效应力逐渐减小;当轴载从100 kN增大至250 kN时,传力杆周围混凝土塑性区范围从底部135°~225°扩展至60°~300°,底部150°~210°范围内混凝土发生完全损伤塑性而退出工作,等效应力趋于0,应力重分布导致更多的荷载由传力杆两侧和上部混凝土承担;若传力杆周围混凝土采用弹性模型,传力杆底部混凝土等效应力将不断增大而超过极限强度,因此,分析传力杆周围混凝土应力集中问题建议采用CDP模型。      

加卸载对盾构隧道材料损伤和结构特性的影响

为研究加卸载对盾构隧道结构受力和材料损伤状态的影响,基于混凝土塑性损伤本构、非线性接触理论和Python二次开发,用全周单向受压弹簧模拟地层反力,建立二维管片-接缝不连续模型和三维精细化管片-接缝不连续模型,模拟不同土质中(固结黏性土、硬质黏性土、中等程度黏性)盾构隧道上方不同加卸载水平下的结构变形、材料内力以及材料损伤变化规律,并讨论了螺栓异常工作对结构的影响,得到了不同土质中径向相对位移、接头张开量、材料应力和混凝土损伤因子关于加卸载量的关系曲线,及接头张开量、螺栓应力水平分别在预紧力损失和锈蚀深度两种异常状态的变化曲线.研究结果表明:从结构变形宏观指标给出了3种土质条件下加卸载的荷载安全值分别为510、340 k Pa和170 k Pa;从材料应力水平及损伤程度给出了加卸载的荷载安全值分别为340、170 k Pa和170 k Pa;螺栓预紧力损失对结构的影响主要受拱顶接头张开量控制,螺栓锈蚀对结构的影响主要受螺栓应力水平控制,且锈蚀深度的安全限值为6 mm.     

基于精细化模型的盾构隧道纵向变形研究

为探究盾构隧道下沉或上浮时管片的受力情况,利用有限元软件ABAQUS建立三维精细化非线性有限元模型,分析在管片转动、错台等影响下连接螺栓、管片的应力发展规律。结果表明：在相同管片张开角条件下,连接螺栓的应力与变形曲率半径呈负相关。当变形曲率半径为3 000 m、张开角为0.002 0°时,首次出现螺栓屈服现象;当变形曲率半径为∞m、张开角为0.040 0°时,首次发生螺栓破坏;当变形曲率半径≤1 000 m时,不论张开角多大,所有螺栓均屈服。从环面方向对连接螺栓进行分析,可以看出环面上各螺栓的应力发展有3个阶段。当张开角增大或变形曲率半径减小时,管片部分区域的拉应力开始减小,相应阶段逐渐发展为塑性抗拉阶段。在小变形曲率半径(300～2 000 m)范围内,管片的最大主压应力水平更多取决于变形曲率半径的大小,而随转动角的增大其变化较小。     

整体温度变化下钢管混凝土拱桥结构效应分析

钢管混凝土拱桥结构在运营阶段的温度效应明显,为分析钢管混凝土拱桥结构的温度效应,以跨径布置为30m+80m+30m的某钢管混凝土拱桥为例,融合了等效时变的温度效应模型和有限元方法,建立精确的空间有限元模型,深入分析了整体温度变化作用下钢管混凝土拱桥的挠度、结构内力和应力以及拱桥稳定性的变化规律。结果表明:整体温度变化对钢管拱桥挠度影响显著,甚至会出现挠度方向的变化;整体温度升高时,钢管轴力增大,混凝土轴力减小,同时钢管和混凝土弯矩方向均发生变化;整体温度变化对钢管混凝土拱桥的稳定性影响较小。     

基于接触非线性理论的250型活塞强度分析

基于有限元方法,对不同方案的模型进行离散化,在Hyper Mesh中根据活塞的最恶劣工况加载,同时考虑热应力、预紧力以及压强等载荷.在ANSYS中进行计算,比较不同活塞模型在相同边界条件下,活塞销座以及螺栓的Von-Mises应力,由于修改了螺栓型号以及活塞销座上螺栓孔的大小,导致活塞裙上螺栓孔附近的应力和螺栓上的最大应力不同,根据计算结果筛选出了最佳的模型方案.结果表明:螺栓开孔尺寸与螺栓杆身应力有一定的相关性,增加开孔尺寸,会有效的减少螺栓杆身应力水平,但随着开孔尺寸增大,螺栓会承受一个额外的弯矩引起的应力,增加开孔尺寸会增加螺栓帽下方的最大应力,计算结果还表明增加开孔对于销座螺栓孔附近应力水平影响不大.     

基于FKM的某型转向架轴箱端盖疲劳强度评估

针对某型转向架轴箱端盖螺栓孔处易产生裂纹的问题,使用FKM准则和EN13749标准规定载荷对轴箱端盖的疲劳强度进行评估,结果表明:在标准规定载荷下端盖最大应力超过屈服极限进入塑性变形阶段,应力最大的位置位于端盖螺栓孔与端盖体的过渡区域.分析结果表明:端盖应力过大的主要原因是螺栓预紧力过大;根据FKM准则计算出了轴箱端盖的利用度,并提出了提高材料屈服强度和降低螺栓预紧力相结合的优化方案,仿真结果为解决轴箱端盖裂纹提供了参考建议.     

传力杆对水泥混凝土路面的影响

针对水泥混凝土路面常见的破坏形式,在路面接缝处设置长度为0. 41m的传力杆,通过模拟水泥混凝土路面设置传力杆与不设置传力杆,研究路面受荷板与相邻不受荷板在受力与竖向位移上的区别。结果表明:在标准轴载作用下,设置传力杆能够减小约受荷载板14%的竖向位移、10%的层底最大压应力,能够减小荷载作用的影响范围的大小;未受荷板能够有效地接收到相邻受荷板传递的力,而引起自身竖向位移以及应力变化;设置传力杆后,随着荷载的增大,相邻未受荷板的压应力、竖向位移均随着荷载的增加呈线性增加,可见传力杆对水泥混凝土路面板分散受力有积极作用。     

基于粘弹性本构的CFRP加固RC梁数值仿真分析

为探讨胶黏剂粘弹性对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)梁力学行为的影响,以Burger模型表征胶黏剂的应力-应变-时间关系,利用Laplace变换和逆变换推导了Burger模型Prony级数形式的松弛剪切模量;采用ABAQUS对粘贴CFRP加固RC梁进行数值模拟,分析了胶黏剂粘弹性对界面应力、CFRP轴力、RC梁弯矩和加固梁挠度的影响.研究结果表明:胶黏剂的粘弹性对加固梁的力学行为有一定的影响,随着持载时间的增加,界面峰值剪应力和峰值正应力均减小,CFRP轴力减小,RC梁弯矩增大,加固梁挠度增大;当胶层厚度为0.2 mm时,加载30 d后,界面峰值剪应力减小了40.1%,界面峰值正应力减小了33.0%,加固梁挠度增加了3.7‰,距离CFRP端部20 mm处截面上CFRP轴力减小了15.8%,RC梁弯矩增加了17.4%.     

基于纤维单元的斜跨异型拱桥极限承载力分析

斜跨异型拱桥拱肋同时受到面内和面外索力作用,为双向压弯构件,受力具有明显空间特征.采用梁单元纤维模型材料非线性方法,同时考虑几何非线性,对张家口通泰大桥进行极限承载能力全过程分析.随着荷载的不断增加,吊索逐根达到承载极限;拱肋同时发生面内、面外变形;一侧拱脚附近截面在轴力和面内、面外弯矩的共同作用下,逐步进入塑性;最后吊索全部屈服,主梁受力接近于简支梁,跨中截面形成塑性铰,全桥结构达到承载极限.纤维模型能够准确模拟拱肋双向压弯荷载下截面逐步进入塑性的全过程,适用于复杂受力构件梁单元材料非线性计算.     

路堤下复合地基素混凝土桩受力特征和破坏机理

为了合理分析软土地区路堤下素混凝土桩复合地基的稳定性,基于离心模型试验和仿真分析,研究了不同桩间距条件下路堤下素混凝土桩复合地基桩体的受力特征,引入桩体破坏逐一退出机制,分析了桩体破坏模式. 结果表明:在路堤自重和列车荷载作用下,路堤下复合地基素混凝土桩受力特征和破坏模式具有显著的桩间距效应,当桩间距分别增大至4倍和6倍桩径时,最靠近坡脚的第1列与第1、2列素混凝土桩分别产生了断桩破坏;在桩间距不变的条件下,随着上部荷载的增大,素混凝土桩最大弯矩和剪力均逐渐增大;施加列车荷载后,桩体最大弯矩和剪力往路基坡脚方向呈逐渐增大的规律,桩间距由3倍增大至6倍桩径时,靠近坡脚的桩体最大弯矩由172.9 kN?m增大至601.0 kN?m,大于桩体标定极限弯矩值,剪力由89.4 kN增大至249.1 kN,小于桩体标定极限剪力值,表明离心模型试验中素混凝土桩产生弯曲破坏而不是剪切、受压和受拉破坏,最靠近坡脚的桩最先发生弯曲破坏,随后往路基中心方向呈逐一弯曲破坏模式.      

高强螺栓抗剪连接件推出试验数值模拟

在预制混凝土板中采用可拆卸螺栓连接是缩短施工时间、优化施工工艺的方法之一。提出一种新的螺栓连接件形式,利用ABAQUS有限元软件对连接件推出试验进行了精细化的有限元模拟,并分析了不同参数下的荷载-滑移曲线和破坏行为。提出的精细化有限元数值模拟方法能够较为准确地再现高强螺栓抗剪连接件推出试验的受力性能和破坏模式。通过有限元模拟可知,在预紧力和螺杆直径满足抗剪要求的前提下,螺栓连接件推出试验的荷载-滑移曲线受螺栓预紧力大小、混凝土板预留孔径大小的影响较大,而基本不受螺栓螺杆直径的影响。     

地铁隧道邻近地裂缝带的地震响应

采用数值模拟方法, 在不同震级人工地震波作用下, 研究了具有近距离平行地裂缝的地铁隧道的加速度、位移和内力特征, 计算了地裂缝的影响区域、围岩动土压力变化规律和隧道与围岩接触动土压力变化规律。研究结果表明: 在地表距隧道水平距离约25~50m范围内加速度响应存在一个附加放大区域; 当输入地震动强度较小时(50年超越概率为63%), 地铁隧道拱顶和拱底处相对水平位移都较小(约为0.39mm), 但随着输入地震动强度的增大(50年超越概率为2%), 拱顶和拱底的相对水平位移均逐渐增大, 最终增大至1.53mm; 在地震动作用下, 隧道结构的左、右拱肩和拱脚处的轴力都较大, 其中右拱脚处的轴力最大, 为1 926kN; 隧道结构的左、右拱腰处的弯矩和剪力都较大, 其中最大弯矩与最大剪力在右拱腰处, 分别为78.54kN·m与1 830kN; 随着地震动强度的增大, 隧道结构的内力逐渐增强; 地裂缝附近的动土压力较大, 并向两侧逐渐减小; 在中震作用下隧道拱顶处, 地裂缝上盘影响宽度为25m, 下盘影响宽度为20m, 在拱底处, 地裂缝上盘影响宽度为26m, 下盘影响宽度为22m;在大震作用下, 地裂缝上、下盘影响宽度较中震时增大约35%;地裂缝附近的隧道拱顶和拱底的动土压力变化规律与无地裂缝时基本一致, 但隧道结构附近的动土压力较大, 其最大值为138kPa; 在地震动作用下, 隧道结构拱腰处的接触动土压力增量较大, 右拱腰处即靠近地裂缝一侧最大, 增量为45.27%, 拱顶次之, 增量为13.41%, 拱底最小, 增量为6.86%。      

地铁盾构隧道管片接头抗弯刚度的数值计算

采用三维有限元法对南京地铁区间盾构隧道管片接头的受力情况进行了数值模拟计算，研究了不同荷载作用下管片接头的变形、转角和抗弯刚度，探讨了接头转角和抗弯刚度的变化规律；通过转角、弯矩和轴力关系的拟合为接头抗弯刚度的确定提供了新的途径．数值计算结果表明，管片接头抗弯刚度随轴力增大而增大，随弯矩增大迅速减小并逐渐趋于稳定；轴力对抗弯刚度的影响随弯矩的增大而减小。     

齿轨铁路导入装置动力学特性

利用大型有限元商业软件ABAQUS建立了车辆-齿轨铁路导入装置耦合动力学有限元模型;仿真了齿轨车辆通过齿轨铁路导入装置的过程,分析了车辆与齿轨铁路导入装置的动态相互作用;考虑不同参数的影响,研究了齿轨铁路导入装置振动响应、结构应力、动态接触力等动态特性响应规律.研究结果表明:随着支撑弹簧预紧力的增大,齿轮转速能更快达到...     

半整体式桥台无伸缩缝桥静力分析

为了克服桥梁伸缩缝病害,考虑了桥梁上部结构、下部结构和基地土的共同作用,建立了半整体式桥台无伸缩缝桥的静力计算模型。以一座长100 m PC连续箱梁桥为例,对该桥在重力、车辆和季节性温度变化荷载作用下进行了弹性大变形分析,对相应的有伸缩缝桥和整体式桥台无伸缩缝桥分析结果进行了对比。结果表明:半整体式桥台无伸缩缝桥主梁的弯矩、剪力、挠度和下部结构的轴力与有伸缩缝桥接近,但主梁中出现了轴力,下部结构弯矩和剪力较有伸缩缝桥大,说明半整体式桥台无伸缩缝桥消除了伸缩缝的病害,结构整体刚度大,是一种有应用推广价值的桥型。     

螺栓拧紧力监测系统的硬件设计

本文介绍了利用单板机TP801B来监测螺栓的拧紧力矩。通过试验,同步测出拧紧力矩T和轴向预紧力F的值。     

考虑隧道围岩蠕变的复合式衬砌受力规律

将锚杆作用力视为体力作用于围岩内, 将初期支护与锚杆锚固范围内的围岩视为围岩加固体, 建立了围岩力学模型, 基于统一强度理论分析了隧道蠕变条件下的围岩应力与变形规律, 推导了复合衬砌应力与变形表达式, 分析了隧道围岩蠕变过程中支护结构受力特点及不同初期支护强度下二次衬砌受力变化规律。分析结果表明: 当初期支护按照“初期支护应与围岩共同受力且能保证施工阶段安全”的原则进行设计时, 在围岩蠕变作用下, 锚杆与喷射混凝土最大受力分别为48、286kPa, 与开挖阶段相比分别增大了57.5%、13.7%, 且超过支护结构最大承载力, 说明在进行初期支护设计时, 仅满足隧道开挖过程中围岩稳定而不考虑蠕变产生的附加应力影响, 可能造成隧道运营过程中初期支护结构破坏, 不利于隧道稳定; 当二次衬砌厚度由300mm增大至500mm时, 二次衬砌最大受力增大了40.5%, 荷载分担比由25.2%增大至36.2%, 而增大初期支护强度后, 二次衬砌受力减小了14.5%, 荷载分担比由25.2%减小至22.3%, 说明二次衬砌荷载随初期支护强度增大而减小, 而随自身强度增大而增大, 应重视初期支护与二次衬砌支护强度的协调配置, 实现围岩压力的合理分配; 在软岩地质条件下, 应保证隧道施工过程中围岩稳定并避免围岩蠕变过程中发生结构破坏, 以实现初期支护与二次衬砌共同承担蠕变引起的附加应力。      

Ⅰ型轨道板端离缝对轨道结构及车辆动力特性的影响

为了研究高速列车荷载作用下,Ⅰ型轨道板端部与CA砂浆层间的离缝现象对钢轨、轨道板及车辆的力学性能的影响,建立了车辆-Ⅰ型板式轨道垂向耦合动力学分析模型.以轮轨力、钢轨位移及加速度、轨道板位移,拉应力及加速度、车辆加速度为评价指标,分析了不同离缝长度和高度工况下上述指标的变化规律.研究结果表明:板端离缝长度越短,轨道板越容易脱空受力;轨道板脱空受力时的离缝高度等于该离缝长度下板的竖向最大位移;离缝长度及高度的变化对轨道结构及车辆的受力状态均有影响,但离缝长度的影响更大;长度不大于0.6 m的板端离缝主要使钢轨及轨道板的变形及受力状态恶化,长度大于0.6 m的板端离缝也会使车辆的振动加速度超过容许值.      

撞击荷载作用下盾构隧道接头螺栓失效及参数分析

为了研究高速列车脱轨撞击盾构隧道时接头螺栓参数对螺栓失效和管片的影响. 基于ABAQUS有限元软件,建立了盾构隧道管片衬砌分块拼装式模型,利用时速200 km/h列车12.5° 斜向撞击荷载曲线,通过设置接触面单元和具有抗拉、抗剪、抗弯3种刚度组合的连接单元,近似模拟了盾构隧道接缝混凝土接触效应和螺栓连接效应,开展了不同螺栓直径和不同螺栓强度级别下管片接头螺栓的失效研究. 研究结果表明:在列车撞击荷载作用下,接头螺栓主要发生拉伸失效和剪切失效两种失效状态,失效后螺栓拉力和剪力降低为0,并且螺栓失效一般是相对列车行进方向相继出现的;拉伸失效通常出现在被撞块后端纵向螺栓,而被撞块环向螺栓和前端纵向螺栓一般发生剪切失效;各螺栓发生失效的时间随着接头螺栓强度级别的提高或螺栓直径的增大有所延后;不同螺栓参数下被撞块管片位移极大值均在6 cm左右,提高接头螺栓的强度级别和增大螺栓直径,将减小被撞块管片最终位移较大值区域面积以及最终位移极大值的数值,但管片最终位移极大值数值的减幅在10%以内,说明改变螺栓参数无法明显减小管片最终位移.