带外伸横梁的钢箱梁桥横梁计算有效分布宽度研究

为解决带外伸横梁的钢箱梁桥横梁计算有效分布宽度问题,借助无限长板带对位荷载下的应力分布研究结果,导出了不同桥宽和不同宽度外伸横梁对应的有效分布宽度扩散角;然后分别采用板壳有限元模型和梁单元模型对实际工程中超宽桥梁外伸横梁受力进行对比分析,以验证导出的有效分布宽度扩散角的实用性和有效性。结果表明：采用导出的有效分布宽度扩散角的梁单元模型计算结果与板壳有限元模型计算结果非常接近,且能够包络板壳有限元模型的计算结果,是偏于安全的。     

计入受压宽度的圆盘劈裂问题弹性解及应用

为了完善计入受压宽度的圆盘劈裂问题的理论基础，构建了一个可满足圆盘外表面任意应力条件的Airy应力函数，应用该应力函数推演了圆盘上、下外表面局部荷载作用下的弹性解，通过调整局部荷载的分布形态得到了与圆盘同半径刚性弧形垫条及承载压板下的圆盘劈裂问题解。研究了2种加载形式、荷载接触宽度、材料泊松比及不同平面假设条件下圆盘的应力-应变规律，提出了圆盘最大拉应力和最大拉应变的回归公式，讨论了圆柱体劈裂问题的应用。结果表明：圆盘的最大拉应力始终出现在圆心位置，其值随着荷载接触角的增加而减小，与套用集中力作用下圆盘劈裂强度计算式得到的劈裂强度偏差随着荷载接触角的加大而增大；圆盘的最大拉应变随着材料泊松比增大、荷载接触角缩小而加大，其位置也随之由圆心向荷载作用区靠近，且平面应变状态的最大拉应变比平面应力状态的最大拉应变大一些；在外荷载总量相同的情况下，平面应力状态的圆盘上、下对称轴的压缩量较平面应变状态的大一些，当材料泊松比分别为0.2，0.4时，两者相差约4%和20%；最后，给出了圆柱体劈裂强度及劈裂压缩强度比的计算式，并认为现行国际岩石力学学会（ISRM）、美国材料与试验协会（ASTM）和中国圆柱体劈裂试验规程中采用固定荷载半接触角为0.128的弧形垫条是必要且较适合的。     

水泥混凝土路面的荷载应力分析

介绍新《公路水泥混凝土路面设计规范》中普通混凝土路面结构（单层和双层）的荷载应力计算理论和方法，车辆荷载和结构边界条件的处理，有限元计算结果的回归，理论解的修正，以及综合系数的确定方法。     

基于Griffith强度准则的岩溶区桩基溶洞稳定性分析

为了给出桩端荷载作用于不同位置溶洞的稳定性评价方法,首先,依据岩溶区桩基承载特性,不考虑桩身侧摩阻力的影响,将上覆土层等效为相同重度的岩层,建立简化计算模型。其次,将桩端荷载等效为一集中力,基于Mindlin解求得桩端荷载作用下半无限空间内的地层应力。再次,利用复变函数的方法求得溶洞在重力作用下的地层应力,其主要思想是通过映射函数将溶洞所在平面映射到单位圆外域上,根据边界条件对地层应力进行求解。最后,将桩端荷载作用下产生的地层应力与溶洞在重力作用下产生的地层应力进行叠加,从而得到桩端荷载作用在含有溶洞地层中的应力表达式,并在此基础上求得最大、最小主应力,同时引入Griffith强度破坏准则,对溶洞稳定性进行评价。结果表明：通过计算可得溶洞边界上的应力最为集中,因此在实际工程应用中,可对溶洞边界上关键点进行验算来判断溶洞在桩基荷载作用下是否会发生破坏;理论计算结果与工程实际情况吻合良好,为岩溶区桩端荷载作用下溶洞稳定性评价提供了一种新的、更为接近工程实际情况的理论计算方法;值得注意的是,所提计算模型是基于平面应变假定,不能考虑桩和溶洞之间的空间效应,因此该方法也只能考虑单个溶洞的影响,这些问题在后续研究中值得深入探讨。     

桩基非对称局部冲刷条件下土体应力变化解析解

传统桩基局部冲刷坑模型主要采用对称形态的坑体来分析,然而实际问题中局部冲刷坑体常为非对称,这使得桩基处于更不利的状态。评价桩基承载力的关键之一是合理计算冲刷坑造成的土体应力状态变化。而对于桩周形成非对称冲刷坑时土体应力变化,目前仍然没有较为完善和严格的理论分析方法。针对该问题,根据已有试验得到的非对称局部冲刷坑形态,提出非对称冲刷坑内土体应力计算的平面应变简化模型;并基于弗拉曼解在半无限空间中的应用,将冲刷坑以上土体看做荷载并引起土体内应力重分布,得到非对称冲刷坑下土体应力分布计算的平面应变解析解。通过有限元中的"生死单元法"模拟非对称局部冲刷坑的形成过程,并将有限元得到的冲刷坑内土体应力结果与解析解计算结果进行对比,验证解析解的正确性。随后基于该方法考虑桩尺寸的影响,得到非对称局部冲刷坑形成后桩周土体的垂直及水平有效应力计算方法,并与有限元计算结果进行了对比。结果表明：在考虑桩尺寸时,解析解计算结果略保守。在此基础之上,对非对称冲刷坑参数的敏感性进行分析,指出桩上、下游侧冲刷深度差值对桩周土体的应力影响较大,得到了非对称冲刷坑下桩周土体的垂直有效应力及水平有效应力差的变化规律,研究结果可为工程设计提供参考。     

三角形分布垂直荷载下条形基础地基附加应力公式的拓展

在张永谋《垂直条形三角形分布荷载下的地基附加应力的另一种推导》（2006年）结果的基础上，推导出半无限三角形垂直分布条形荷载、十字形三角形垂直分布条形荷载、Z字形三角形垂直分布条形荷载和无限大面积上三角形垂直分布条形荷载下的地基附加应力公式，其推导过程更多地体现了有限和无限的辩证关系。     

集中力作用在弹性半无限平面内的Melan解研究

针对长条形基坑开挖的变形问题，通过对Melan给出的集中力作用在弹性半无限平面内应力解的研究，发现其不满足弹性力学相容方程。对此，利用弹性力学中平衡方程、应力几何方程结合位移边界条件，给出了集中力作用在弹性半无限平面内应力修正解，推导出相应的位移解，并利用有限元ABAQUS计算结果验证位移解的正确性，同时说明了应力修正解的正确性。     

下穿飞机跑道地铁区间隧道附加荷载计算方法

为更加准确方便地计算飞机滑行过程中对下穿飞机跑道的地铁区间隧道最不利作用位置的附加荷载值，将飞机22个轮子的最不利滑动荷载峰值作为飞机静荷载作用集中力，运用布辛奈斯克理论公式求解22个轮载作用下的地层附加应力值，分析不同埋深条件下最大竖向附加应力的分布规律和量值变化规律。根据荷载-结构法与飞机附加应力的理论解，确定下穿飞机跑道地铁区间隧道附加荷载的最不利分布模式，并通过回归分析得到飞机附加应力q1、q5的简化计算公式。最后通过数值模拟的方法验证了布辛奈斯克理论公式的适用性。研究结果表明： 1）随着隧道埋深的增大，飞机最大竖向附加应力与隧道竖向围岩压力的比值先迅速下降，随后缓慢下降，当隧道埋深大于50 m时，飞机最大竖向附加应力与竖向围岩压力的比值较小； 2）不同隧道埋深下的飞机最大竖向附加应力值点位置基本一致，位于距离飞机最后一排轮子2.1~3.3 m的中轴线上； 3）飞机附加荷载最不利分布模式为近似对称梯形分布模式，此时飞机最大竖向附加应力值点位于隧道拱顶正上方； 4）简化后的附加应力q1与隧道埋深z呈负相关关系，q5与隧道埋深z、隧道洞径D呈负相关关系。     

断层破碎带内隧道纵向受荷特征和变形分析

为了探究断层破碎带处隧道沿纵向的变形和受力特征，首先基于筒仓理论和地层应力分布特征，考虑断层破碎带的几何特征和围岩特性，建立了断层破碎带内隧道纵向荷载简化计算模型，并利用应力传递原理进行了求解；其次将隧道简化为破碎带纵向荷载作用下的弹性地基梁，利用有限差分理论计算了破碎带纵向荷载作用下的隧道变形和受力特征。开展了相应的数值模拟和室内模型试验，结合试验数据和数值计算结果对理论模型进行了验证，并分析了埋深、破碎带宽度和倾角变化对隧道纵向变形和受力的影响。结果表明：①埋深越大，破碎带内纵向荷载越大，但纵向荷载的增长速率越小，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越小；②破碎带宽度越大，纵向荷载整体越大，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越大，最大变形位置越接近于下盘和破碎带交界面；③破碎带倾角越大，纵向荷载越接近于均布，上下盘和破碎带交界面附近变形和受力越趋于对称。     

移动荷载下粘弹性地基上无限大板的稳态响应

针对高速交通体系引起的结构与地基振动问题，采用移动荷载作用下Kelvin地基上的无限大板作为力学分析模型，分析了运动车辆荷载作用下路面体系的动力响应。首先采用三维Fourier变换法导出了板在任意匀速运动荷载作用下的稳态挠度的一般解，然后推导了各种移动荷载作用下板挠度的二维积分解析解，包括恒常和简谐移动矩形均布荷载、线均布荷载、集中荷载，最后采用自适应数值积分算法计算了板在移动集中恒载和移动矩形均布恒载作用下的挠度，比较了两种荷载作用下板挠度的异同。结果表明：上述两种荷载作用下板挠度的差异较小，可尝试将运动车辆作用于路面体系的荷载简化为移动集中荷载阵列考虑。     

变高度箱梁桥剪力滞效应的三结合分析法

应用初等梁弯曲理论公式与平面杆系有限元法以及有限条法程序相结合的方法,建立了分析变高度箱梁桥剪力滞效应的计算模型。从两个算例(连续梁桥和悬臂梁桥)的计算结果发现,应用本文模型算得的箱梁翼缘正应力沿横桥向的分布,与应用空间有限元法和有限条法算得的分布,吻合甚好。因此,本文方法具有实用价值,可供设计者选用。     

大跨度单索面组合箱梁斜拉桥扭转受力分析

采用空间杆系有限元法和剪力流理论分析了东海大桥主航道单索面斜拉桥的组合箱梁扭转受力特性。计算结果表明,成桥运营阶段的主梁扭转剪应力由风荷载控制设计,混凝土桥面板、钢箱梁斜腹板、底板的最大扭转剪应力达到容许剪应力的约30%,在单索面斜拉桥的设计中应当得到重视。     

铁路钢板梁桥疲劳及剩余寿命分析

在列车荷载作用下,铁路钢板梁桥的腹板间隙处因面外变形容易产生疲劳裂纹,影响桥梁使用安全与剩余疲劳寿命。对某铁路钢板梁桥采用ANSYS进行全桥仿真模拟,通过计算模型计算出关键部位在列车荷载下的应力历程,并与实测结果进行对比分析;并利用S~N曲线、线性累积损伤理论对各个测点的疲劳寿命进行评估。计算和分析结果表明,腹板间隙处在较低应力幅状态下仍会出现疲劳裂纹。因此,建议缩短桥梁的检测年限,并且认为设置止裂孔的维修方法不能有效地阻止面外变形疲劳裂纹的继续扩展;大部分测点的疲劳寿命趋于无限寿命,有个别测点的剩余疲劳寿命只有50年。     

薄壁空心板纵向裂缝的畸变分析与试验研究

针对某跨海大桥空心板板底出现有规律的纵向裂缝,运用薄壁结构理论对薄壁空心板进行畸变分析,结合能量法和有限条法计算活载作用下薄壁空心板的畸变应力,并对现行空心板标准图的畸变进行了验算,同时进行了现场荷载试验,理论分析结果和试验结果证明薄壁结构的畸变效应是导致空心板板底出现纵向裂缝的主要原因。     

基于傅立叶级数混凝土箱梁腹板竖向正应力的弹性计算

2004版桥规关于竖向预应力的计算公式实际是计算的平均竖向压应力,没有充分考虑到预加力的局部扩散效应。把竖向预应力作为不连续荷载,以傅立叶级数形式展开,导出竖向预加力作用下无限狭长矩形薄板竖向正应力弹性解析公式,该公式可用于预应力混凝土箱梁腹板竖向正应力的计算。     

再论文克勒地基板极限承载力的弹塑性解

为了完善文克勒地基板极限承载力的理论基础，针对圆形荷载作用下的文克勒地基上无限大板达到其极限承载力状态时的破坏性状，即板顶出现环状裂缝，以板切向弯曲曲率是否达到其弹性极限弯曲曲率为准则将板划分为2个区域，环内屈服区釆用刚塑性假设，环外弹性区采用线弹性假设，联立方程求解，推演得到了文克勒地基板上作用圆形均布或刚性承载板荷载的极限承载力问题的解析解。分析了材料泊松比、残余弯矩比、荷载圆半径、荷载类型等因素对地基板的极限承载力、屈服区和环裂区范围的影响，并将分析结果与刚塑性解、其他弹塑性解进行对比。最后，归纳给出了2种荷载形式下的地基板极限承载力近似计算式。研究结果表明：板材料的泊松比对屈服区半径、环状裂缝半径及极限承载力影响不大；当荷载圆半径较小时，环状裂缝发生在屈服区，当荷载圆半径较大时，环状裂缝出现在弹性区；板残余弯矩比对环裂半径的影响随荷载圆半径的变化而变化；随着板残余弯矩比的减小，屈服区边界内缩，板极限承载力减小；在荷载圆半径相同时，刚性承载板荷载的环裂半径比圆形均布荷载的环裂半径略大，相应的极限承载力也稍大，最大偏差约为30%；在常见荷载圆半径范围内，刚塑性解的极限承载力比所提方法弹塑性解要大，偏差随荷载圆半径的增大而减小。     

苏州中心地下空间超长结构温度应力分析

苏州中心建筑平面尺寸巨大,因超长产生的温度应力对结构的影响较为显著。通过分析地下结构从施工到投入正常使用全过程中可能受到的温度荷栽的类型,利用线性分布法计算作用在建筑物上温度荷栽.总结出确定温度作用的计算工况。并以苏州中心地下空间结构为例,介绍了温度应力的计算方法。实际计算表明,降温荷载在框架梁和楼板中产生较大拉应力.楼板开洞部位拉应力集中,温度作用在框架柱中产生剪力和弯矩,在工程设计时必须充分考虑。