高填土拱涵失稳分析及加固设计

道路工程中拱涵结构应用广泛,因拱涵结构承载能力不足与地基处理不当造成的拱涵病害屡有发生。针对湖南某高速公路拱涵开裂问题,通过现场实测及理论分析,计算了拱顶填土压力及地基刚度对拱涵结构的影响,提出拱涵基础及拱圈加固设计方案,并对方案进行FLAC3D数值模拟分析。     

黄土地层锁脚锚管横向地基反力系数

以马兰组黄土地层锁脚锚管为例，开展了锁脚锚管的模拟加载试验，反算了锁脚锚管横向地基反力系数的比例系数，研究了横向地基反力系数的比例系数随锁脚锚管端部竖向荷载和位移的变化规律，分析了锁脚锚管打设角度对横向地基反力系数的影响；拟合了横向地基反力系数的比例系数随锁脚锚管端部竖向位移变化的回归方程，确定了横向地基反力系数的比例系数的上下限，通过插值计算了0°~30°范围内任意角度打设的锁脚锚管的横向地基反力系数的比例系数。分析结果表明:在加载初期，随着锁脚锚管端部竖向荷载和位移的增大，锁脚锚管周围黄土处于不断压密阶段，横向地基反力系数的比例系数迅速增大；当锁脚锚管周围黄土进入渐进破坏阶段后，横向地基反力系数的比例系数随锁脚锚管端部竖向荷载和位移的增大不断减小；相对于0°打设的锁脚锚管，以30°打设的锁脚锚管的横向地基反力系数的比例系数随锁脚锚管端部竖向荷载和位移的变化幅值明显减小；在进行马兰组黄土地层隧道锁脚锚管设计计算中，直径为51 mm的锁脚锚管采用0°~30°打设时，横向地基反力系数的比例系数的取值范围为66.9~296·1 MN·m-4；单根直径51 mm的锁脚锚管能承受的竖向荷载为8.63~11.87 kN。      

金属弹簧刚度频变分析及等效算法

为研究金属螺旋弹簧的动态特性及动刚度对频率的响应,利用有限元方法,建立了弹簧有限元模型,计算了弹簧的稳态响应,分析了其幅频特性曲线,并提出弹簧刚度的等效算法。计算结果表明:弹簧的动刚度随着激振频率的增大总体趋势是增大的,但是在共振频率处,动刚度极小,低于静刚度,而在反共振频率处,动刚度极大,远高于静刚度;两种算法的刚度-频率曲线几乎重合,因此,金属弹簧确实存在显著的动态特性,采用多自由度系统等效弹簧系统是可行的。     

砖混房屋整体式外套框架加层结构分析

针对砖混房屋整体式外套框架加层中新旧结构之间作用不明确,计算模型不清晰的问题,在分析大量相关试验研究和理论分析资料的基础上,提出外套框架结构对原砌体结构抗震加固作用应按体外构造柱考虑,并分析了外套框架结构和既有砖混结构各自最不利内力阶段,以此作为控制结构设计的依据.本文提出,采用外套框架和抗震墙各自弹性抗侧刚度,计算结构总地震作用和层间剪力,并按其各自弹性抗侧刚度比分配地震剪力,作为既有砖混结构抗震加固验算的依据;按框架弹性刚度和抗震墙经刚度折减后的刚度比分配楼层地震剪力作为外套结构的抗震设计依据.     

狭长深基坑支护结构设计的有限元分析

以南京某地铁车站深基坑工程为研究对象,介绍该工程场区的地质条件,支护形式及施工工序;分析该基坑在开挖过程中围护结构的位移、支撑轴力及基坑周围土体地表沉降的变化,通过有限元软件Plaxis对基坑开挖进行数值模拟,并将计算结果与实测结果进行比较分析,二者结果基本吻合,并且通过进一步研究得到了支护结构抗弯刚度EI、坑边超载及开挖对基坑变形规律的影响结果。增加支护结构的抗弯刚度能一定程度减小地连墙的水平位移,随着坑边超载P的不断增大墙顶水平位移不断加大,当P=50 k Pa时,围护结构墙顶范围内发生明显屈服。而随着开挖深度的不断增大,超载对地连墙水平位移的影响系数不断减小。基坑开挖时。地下连续墙最大侧移位置大致位于开挖面附近,且随着开挖深度的增大而逐渐下移。当土体开挖至坑底且未施工底板和垫层时,此时基坑处于最危险状态。     

连续配筋水泥混凝土路面裂缝传荷系数三维有限元分析

基于ABAQUS有限元软件,采用梁单元模拟纵向钢筋,根据Timoshenko梁理论,确定支撑反力的作用长度。采用三向弹簧单元模拟钢筋和混凝土界面联结,竖向(z方向)弹簧单元模拟混凝土对钢筋的支撑;刚度分配按照"贡献面积"的原则,通过在相邻混凝土面层板侧面对应结点设置三向弹簧单元,模拟集料嵌锁的传荷作用;建立并验证考虑裂缝传荷系数的CRCP三维有限元模型。利用该模型分析标准轮载作用下路面结构参数对混凝土面层板在裂缝附近的力学响应和裂缝传荷系数的影响。结果表明,增大混凝土板厚度,板边应力和裂缝传荷系数均明显减小;增大基层厚度和土基强度,板边应力和裂缝传荷系数略有减小;增大裂缝刚度,可提高裂缝的传荷系数,减小裂缝处混凝土面层板的受力。     

深基坑围护墙体最大水平位移所在位置研究

利用南京地铁夫子庙站深基坑的实测数据,结合平面有限元软件plaxis对比分析研究,发现基坑围护结构的自身刚度以及地下各土层土质情况是决定墙体水平位移最大值所在位置的两个主要因素.研究表明,在一定范围内,围护墙体最大水平位移所在位置随着其自身刚度的增大而逐渐下移;距离基底较远的土层强度变化对围护墙体最大水平位移位置基本没有影响,对于距离基底较近的土层,则有以下规律：位于基底以上的土层,围护墙体最大水平位移所在位置随着该土层强度的增大而下移,位于基底以下的土层则正好相反,并且位于基底以下的土层的这种影响能力要大于基底以上的土层,此外距离基底越远的土层对于围护墙最大水平位移所在位置的影响力越强,影响范围越大.     

多纵梁斜交渡槽水荷载横向分配研究

根据大型多纵梁矩形渡槽槽身结构及其受力特点,利用实用空间分析法,使复杂的空间结构计算分离成相互联系的两个平面问题.横向计算中,底部弹性支承在各纵梁上,可求得结构的弹性支承反力,其值即为水荷载在各主梁之间的横向分配.通过对某渡槽的计算表明:对于多纵梁斜交渡槽,当横梁与纵梁正交设置时, 随着斜交角度的增大,在跨中位置边纵梁分配的荷载逐渐变大,而中纵梁分配的荷载逐渐变小,这可充分利用侧墙刚度大的特点, 从而增加渡槽的跨越能力,在多纵梁斜交渡槽设计中应优先采用.     

边坡对铁路桥台抗震性能的影响分析

以黄土边坡上某铁路桥台为工程背景,采用ABAQUS有限元软件,建立考虑边坡影响的桩-土-桥台相互作用分析模型,通过拟静力分析研究边坡及桥台高度对铁路桩基础桥台抗震性能的影响.结果表明:边坡和桥台高度对桩基础桥台的承载能力、耗能能力及结构刚度等影响较大.边坡使桩基桥台的河沟侧承载力平均降低25.1%,等效粘滞阻尼系数平均降低17.4%,路堤侧承载力和等效粘滞阻尼系数无显著差异;随着桥台高度的增加,桩基桥台河沟侧承载力降低而路堤侧承载力提高,路堤侧耗能能力降低而河沟侧耗能能力变化不明显.另外,边坡从整体上降低了桩基桥台河沟侧的刚度.     

地震作用下框架-复合墙结构弹塑性内力计算

框架-复合墙结构是以框架和密肋复合剪力墙共同承担水平地震作用的新型组合式双重抗侧力体系,合理计算弹塑性阶段框架与复合墙的内力是决定大震下结构体系安全性能的关键问题之一.根据6榀典型密肋复合墙试验数据,建立了复合墙体指数式刚度退化模型,量化了墙体在各变形阶段的刚度退化系数.在对比复合墙与框架、混凝土墙、砌体墙刚度退化规律的基础上,分析了复合墙刚度退化对结构受力性能的影响,提出了弹塑性阶段框架-复合墙结构地震内力的实用计算方法,并通过具体算例讨论了结构内力的变化情况.研究结果表明：弹塑性阶段,框架与密肋复合墙刚度退化速度比值呈非线性关系,框架分担总地震剪力的比例增加,但其绝对剪力值增加幅度并不明显;考虑弹塑性阶段复合墙的刚度退化,更好地符合了地震下框架-复合墙结构的实际受力情况.     

类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究

为了得到适用于类矩形盾构隧道结构设计模型,通过整环足尺试验模拟类矩形盾构隧道在正常运营工况下的实际受力,得到试验结构的变形和内力,采用等效刚度模型和梁-弹簧模型对试验结果进行分析,得到有效的类矩形盾构隧道结构设计参数. 结果表明:采用等效刚度模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,难以得到同时符合结构长短轴变形的管片刚度折减系数;采用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,结构变形和结构内力计算结果和足尺试验结果较为匹配,能真实反应类矩形盾构隧道结构受力,选用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型更为合理,所研究类矩形结构管片接缝的抗剪刚度建议为341 × 106～368 × 106 N/m;负弯矩接缝抗弯刚度建议为114 × 106～491 × 106 N?m/rad,正弯矩接缝抗弯刚度范围为85 × 106～177 × 106 N?m/rad.      

泥石流V型排导槽计算方法

排导工程在防治泥石流灾害中是使用最广泛的工程措施,特别是V型排导槽在排泄泥石流固体物质时有着显著的作用。基于V型排导槽的受荷模式及边界条件,分别运用朗肯土压力理论和弹性地基梁计算理论建立了排导槽侧墙和槽底的计算方法。并以成昆铁路三滩泥石流和枝柳线平寮站泥石流防治工程为例,主要进行了V型槽底的位移、地基反力及内力计算。     

地震地基液化大变形对桥梁桩基危害性三维数值分析

为研究地震地基液化大变形对桥梁桩基的危害性,建立了含液化层的二层与三层土体系计算模型,考虑桩土共同作用的非线性关系,利用FLAC-3D有限差分软件对液化侧扩地基中的单桩、群桩进行了动力有限差分分析,探讨了地基液化大变形条件下桩基位移与内力变化分布规律。分析结果表明:二层与三层土体中,液化土层和非液化土层交界面处产生的桩身弯矩极值是控制桩身破坏的关键因素,液化土层本身对桩身弯矩的影响很小;桩帽对桩顶的侧移有一定制约作用,但对桩身弯矩极值的影响不显著;群桩中上坡桩与下坡桩的侧向位移与桩身弯矩分布模式相似,但上坡桩发生的侧向位移和桩身弯矩要略大于下坡桩情况。     

摆动式货车转向架弹簧托板刚度对其动力学性能的影响

为分析弹簧托板的形式对摆动式转向架货车动力学性能的影响,利用有限单元法将弹簧托板等效为一根弹性梁,根据Hook定律得到弹簧托板与摇动台的连接刚度,通过改变弹簧托板的半径,得到不同半径下弹簧托板与摇动座的连接刚度。运用多体系统动力学原理,考虑车辆各个部件的连接和接触关系,建立整个车辆的多体系统动力学模型,通过对比不同弹簧托板半径下车辆的各主要动力学性能指标,得到较为合适的弹簧托板半径。综合对比不同弹簧托板半径下的车辆动力学分析结果得出,随着弹簧托板半径的增大,车辆的临界速度减小,车体横向平稳性增加,而车辆的运行稳定性指标出现波动,当弹簧托板半径为10m时,车辆的各主要动力学性能较好,其对车辆的动力学性能影响较小。     

加筋土挡墙土压力计算方法

为了合理计算加筋土挡墙的土压力,分析了加筋土挡墙施工过程中墙后填料的填筑和碾压次序与填料的压实度,通过建立墙面板内侧一定范围内填料变形体微单元的静力平衡方程,导出了墙面板土压力表达式。结果发现当墙后反滤层为砂砾料时,土压力随着墙高的增大而逐渐变大,但最终趋于一个确定值,计算的土压力值比朗金主动土压力值小,随着反滤层厚度的加大,土压力值变大,越接近于朗金主动土压力值;反滤层为砂砾料并混有一定的粘性土时,随着反滤层厚度的变小,土压力为负值的范围变大,说明墙面板相当多的部分仅起构造作用,当反滤层厚度增大到某一值时,墙后填土才表现为压应力,这与实际测量土压力趋势一致,说明此方法可行。     

土工格栅加筋路堤的有限元分析

采用非线性有限元方法来分析加筋土坡的位移场,可建立五种计算模型。通过有限元分析,对一般土质地基上土工格栅加筋路堤的工作性能进行研究,并对不同布筋方式的土工格栅加筋路堤进行计算与分析,研究各种工况下路堤整体变形情况以及路堤内位移分布、坡面侧移情况。结果表明：加筋能较大幅度地提高路堤的整体刚度和内部稳定性,对地基均匀性和抗变形能力的要求有所提高;加筋路堤边坡的水平位移随着路堤加筋位置的上移而增大。     

地下结构抗震分析中基床系数取值试验研究

在对地下结构进行抗震分析时,基床系数的准确性直接决定了反应位移法的计算精度. 针对基床系数相关研究的不足,提出了一种拟静力试验法,自主研发了大型拟静力模型箱,围绕砂土场地开展了有无轴压两组试验;在此基础上,提出了基床系数沿深度修正法,并进行了算例验证. 结果表明:水平基床系数随推覆水平的增大而减小,随土层深度的增大而增大;附加应力对基床系数取值存在较大影响;采用修正基床系数可显著提高反应位移法的计算精度,较规范中基床系数静力有限元法,地下结构弯矩误差最大可由16.7%降低至9.1%,顶底板相对位移的计算误差可由35.0%降低至18.8%,验证了该新型室内基床系数测试方法的可行性及基床系数沿深度修正法的合理性.      

考虑土拱效应的倾斜刚性挡墙非极限主动土压力

引入非极限内摩擦角同侧向位移的非线性关系;根据非极限状态下的倾斜墙背与滑裂面上的应力关系,以及水平微分层单元的水平静力平衡方程,得到了非极限滑裂面倾角,进而得到平移模式下考虑土拱效应和位移影响的倾斜刚性挡墙非极限主动土压力计算式。研究表明:侧向位移比的增大使非极限滑裂面倾角增大,非极限主动土压力系数减小,非极限主动土压力减小;墙背倾角的增大使非极限滑裂面倾角减小,非极限主动土压力系数减小,非极限主动土压力增大;非极限主动土压力随着填土内摩擦角、墙土摩擦角的增大而减小;与已有方法比较,提出的非极限主动土压力理论值与试验值吻合得更好。     

船舶尾轴承的变形对其润滑特性的影响研究

在工作载荷和船体变形的共同影响下，船舶尾轴承发生变形并改变了轴承与螺旋桨轴之间的相对位置关系。导致螺旋桨轴轴颈中线与轴承中线之间形成一个变形夹角，这个夹角影响轴承润滑油膜的压力分布和刚度系数．通过对润滑油膜刚度系数的数值计算，分析了轴线问夹角对油膜刚度的影响关系．从计算结果可以得到：随着夹角的增大，油膜刚度kxx，kyy。和kxy。会增大，而交叉刚度kyz，减小，同时夹角只能在一定的角度范围内对油胰刚度产生影响．     

基于有限元法对不同厚度混凝土墙的隔声量分析

以结构厚度为基本参量,分析其对隔声量的影响.利用有限元法对不同厚度的混凝土墙的隔声量进行计算分析,得到结构厚度对单层墙隔声量的影响规律.研究结果表明：不同厚度结构的透射声压随着距离的增加逐渐减弱.低频段,厚度与透射声压之间成反比关系;中高频段,透射声压增大,场点上的声压值随频率的变化呈现出复杂性.与高频段相比,低频段隔声量变化相对平缓.