普通混凝土落锤冲击动态力学性能试验研究

为研究普通混凝土材料的动态冲击力学性能,利用改进的落锤冲击试验装置,对C30混凝土圆柱体进行低速冲击试验。为降低落锤冲击惯性效应并获得稳定的加载速率,试验采用不同厚度的橡胶或海绵作为波形整形材料;采用20 mm厚橡胶时可消除惯性力影响,延长加载时间,使试件纵向应力趋于均匀分布,并实现恒定速率加载。试验结果表明:冲击荷载下混凝土破坏形态与静载下相同,动态增大系数(DIF)、极限应变与吸收能量随应变率增加而增加,在本文试验参数范围内应变率对混凝土应力-应变曲线形状影响较小。对已有混凝土动态力学性能试验结果进行统计和对比,验证了CEB2010规范公式偏于保守地描述了DIF与应变率的关系,且本文的研究结果填补了应变率10-1/s~100/s范围内试验数据。     

CFRP加固钢筋混凝土板爆炸冲击作用下动力响应分析的数值模拟

运用LS-DYNA非线性有限元软件,建立分离式钢筋混凝土板及CFRP防护材料的三维有限元模型,使用罚函数法实现钢筋-混凝土-CFRP材料的非线性耦合作用;采用ALE多物质流-固耦合算法对比分析普通钢筋混凝土板和外贴CFRP材料的钢筋混凝土板在爆炸冲击荷载作用下的动力响应特性,研究CFRP材料在爆炸荷载作用下对于钢筋混凝土板的防护机理,对比分析CFRP外贴材料厚度、CFPR外贴材料形式对钢筋混凝土板的动态响应的影响,并通过现有试验成果证明了数值模拟的可靠性。研究结果表明,CFRP材料起到的作用更多是增强钢筋混凝土结构的整体性,而不是降低高压冲击波对于混凝土结构的损伤效应,外贴CFRP条带可以明显延缓混凝土裂缝的发展趋势,延缓结构的破坏时间。CFRP材料真正发挥其作用是在混凝土裂缝扩展的后期,并且CFRP外贴材料越厚,在爆炸冲击荷载作用下,这种抵抗混凝土区域裂缝扩展的效果越明显。不同外贴形式的CFRP材料对钢筋混凝土板的影响具有差异性,中间加密型的防护效果最好、均匀分布型防护效果次之、边缘加密型的防护效果相对较差。研究结果可以为钢筋混凝土结构抗爆设计提供参考依据。     

循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土动力特性研究

新建隧道钻爆施工过程中,邻近既有隧道机制砂喷射混凝土支护结构往往会承受循环冲击荷载。为研究轴压对循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土动力特性的影响,采用改进的大直径分离式霍普金森压杆试验装置,开展4个轴压水平下的机制砂喷射混凝土循环冲击试验,分析循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土的动力特性。研究结果表明：轴压和冲击速度对机制砂喷射混凝土的破坏形态、峰值应力、峰值应变和应变率均有较大影响,轴压的增加能够有效抑制试样的变形;轴压相同时,冲击速度越大试样破坏所需的冲击次数越少,冲击速度相同时,试样破坏所需要的冲击次数随轴压增大而不断增加;冲击速度和轴压均相同时,随着冲击次数的增加,试样峰值应力和动弹性模量不断降低,峰值应变和应变率不断增加,轴压对试样动弹性模量的影响不显著;随着冲击次数增加,试样的累计比能量吸收值呈线性增加趋势,冲击速度相同时,轴压越大,试样破坏时所需累计比能量吸收值越大,亦即轴压的增加可以显著提高试样的耗能能力,从而减缓试样力学性能的劣化进程。     

全空间效应下瞬变电磁法三维数值模拟

研究目的:隧道采用瞬变电磁法进行地质超前探测时,激发电流断开瞬间将在掌子面前方和后方产生感应涡流场,接收线圈接收到的是整个围岩空间涡流场的叠加,不同于地面上只有地下半空间涡流场的叠加。本文利用ANSYS模拟隧道全空间无异常体和有异常体时感应涡流的传播特性,比较异常体在隧道中心和偏离中心时磁场沿水平测线的分布规律,对瞬变电磁法的研究和推广应用具有参考意义。研究结论:隧道中的瞬变电磁场表现为"水波效应"的传播特性,而非地面半空间的"烟圈效应";隧道中低阻异常体的出现,显著改变了涡流场的时域特性,使涡流场表现为异常体的感应特征;由于异常体偏离隧道中心而使相反一侧出现磁感应强度的极大值。     

汽车荷载作用下沥青路面公路动力响应数值模拟

运用ANSYS软件建立沥青路面与路基三维动力分析模型,采用双频率正弦波动荷载模拟车辆动荷载,分析了三轴六轮组的东风重型货车在车速为72 km/h时,满载和超载80%两种工况下路面和路基动力响应。计算结果表明:轮距中心左右各2 m的范围内,面层结构横向应力分布呈双峰状,轮迹处最大,然后向两边衰减;且随着深度增加,应力逐渐由压应力转化为拉应力,拉应力在面层下56 cm处达到最大;竖向动应力在路基内随着深度的增加逐渐减小,沿横向在路基表面呈马鞍状分布,且随着深度增加逐渐变为单峰分布;满载及超载80%时动荷载影响深度分别为2.2m和2.6 m,影响宽度分别为4m和6.5 m。     

混凝土水化效应的抗裂性能优化与数值模拟分析

以石首长江公路大桥超大体积承台为研究对象,为预防承台混凝土水化热及环境温度变化引起的开裂现象发生,对该桥承台超大体积混凝土的抗裂性能进行了优化,并根据有限元模拟结果对大体积承台施工采取了温控措施,优化后的混凝土抗裂性能可以有效控制由水化热引起的裂缝超标现象发生,其研究结果具有一定的理论意义及工程实践价值。     

施工期混凝土时间效应数值分析

推导并且建立了混凝土徐变的应力-应变-时间耦合本构关系的全量型数值迭代模型及其算法.采用该方法对偏心柱和简支梁进行数值计算,计算结果与试验值吻合较好,表明该算法可以满足混凝土构件收缩徐变的分析要求.     

微型桩地震动力特性数值模拟研究

微型桩是一种新型边坡支挡结构,地震中耗散能量较多,在边坡工程抗震抢险中被优先使用。目前微型桩的研究主要为静力特性的研究,对其动力特性的研究较少。运用数值软件FLAC3d对平行布置微型桩和"人"字形布置微型桩的动力学特性进行分析研究。研究表明:两类微型桩在地震作用下弯矩呈现"S"形分布特点,剪力呈现"〉"形的分布特点;当地震波峰值加速度0.4g时,地震作用对两类微型桩的弯矩和剪力影响较小,当地震波峰值加速度≥0.4g时,地震作用对两类微型桩的弯矩和剪力影响较大;"人"字形微型桩同平行微型桩相比桩身弯矩较大、剪力较小,"人"字形微型桩的抗震承载能力更强,抗震效果更佳。     

高速铁路声屏障脉动力数值模拟研究

基于有限体积法,采用流体动力学计算软件建立了列车通过设置声屏障桥梁时的空气动力学模型.应用滑移网格技术和大涡模拟法,计算了声屏障的三维非定常可压缩外流场,获得了不同速度、不同车头长度和不同车体长度列车通过桥梁时轨面以上2.15 m高处声屏障脉动压力极值、脉动压力时程曲线等.研究结果表明:声屏障所受脉动风压极值基本与车速的平方成正比;在车速相同情况下,6 m长车头列车产生的脉动风压比12 m长车头列车约大10%;200 m长车体列车通过时产生的脉动风压比100 m长车体列车约大7%.     

分离模型预应力混凝土梁数值模拟

运用ANSYS进行空间曲线布筋的变截面预应力混凝土梁在静力荷载作用下的有限元全过程分析,并将计算结果与试验结果相对比。结果表明,数值模拟的荷载挠度曲线与试验结果吻合较好,此外计算的混凝土梁顶应变以及中和轴位置变化也较好地符合了预应力混凝土梁静载过程中的变化,说明该模型能较真实地反映静载下预应力混凝土梁的力学性能,为模拟实际工程中的预应力混凝土梁受力变化提供了可靠有效的方法。     

变流器柜体冲击和随机振动试验的数值模拟

根据标准GB/T 21563-2008《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》,采用ANSYS有限元分析软件计算了随机振动环境下的响应,得到了结构的1σ、2σ、3σVonMises最大应力.利用材料的S-N曲线,并根据Steinberg提出结构在随机载荷作用下的响应是基于高斯分布和Miner提出的线性疲劳累计损伤理论,对设计的结构在给定随机振动环境下的疲劳寿命进行了预估.运用瞬态动力学分析方法模拟了冲击试验过程中的受力情况.     

急流冲击下大跨度连续刚构桥动力响应分析

急流对桥梁冲击作用不可忽视,且现有规范对急流状态下桥墩的冲击作用考虑不足,未考虑急流对墩的侧向作用力,可能严重低估急流作用对桥梁结构的影响。现以某大跨度连续刚构桥为研究对象,建立刚构桥三维有限元模型,系统地考虑急流对桥墩顺流向和横流向(侧向)的冲击作用,研究不同流速和水深对大跨度连续刚构桥动力响应影响,并与港口规范计算结果进行对比。分析结果表明：在急流状态下,单墩两侧的压强呈非对称分布,构成横流向的瞬时压强差,造成显著的瞬时横流向力,在结构设计中不可忽视;水深在H/2及以上时,桥梁受急流冲击效果急剧增长,水流速度对桥墩最大位移和最大应力影响较大,此时应考虑侧向力对桥墩的影响;随着水深和流速增大,港口规范与数值模拟响应差值逐渐增大,墩顶位移最大可达1.6 cm,墩底应力最大可达4.8 MPa,在急流状态下,数值模拟结果更为保守。     

混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应的细观数值研究

为从细观结构上研究混凝土的劈裂抗拉强度及其尺寸效应,采用随机骨料模型模拟混凝土的细观结构,在细观层次上将混凝土看成是由硬化水泥砂浆体、粗骨料颗粒及二者问的黏结带构成的三相非均质复合材料;利用有限元方法数值模拟混凝土试件的细观损伤断裂和劈裂抗拉,并对其劈裂抗拉强度尺寸效应进行了研究.结果表明:骨料与砂浆的界面是混凝土劈拉破坏的薄弱环节,混凝土试件的劈裂抗拉强度存在明显的尺寸效应,所采用的数值模拟计算方法基本可行.     

越江铁路隧道空气动力学效应的数值模拟

通过数值计算对高速列车通过狮子洋隧道产生的复杂压力场进行了模拟,对模拟结果中的压力及压力梯度曲线进行了具体分析,得到了狮子洋隧道空气动力学效应的相关特征参数,并将最大压力值和最大梯度值与国外理论计算结果进行了定量比较,比较结果表明该数值模拟方法和结果具有较高的可靠性。     

门型桥塔驰振气动干扰效应数值模拟

针对大跨径悬索桥施工期门型变截面桥塔的驰振问题,提出一种有限元与计算流体动力学CFD相结合分析变截面高耸结构驰振的实用数值方法。以东海某大跨径悬索桥北桥塔为例,运用该方法,考虑塔柱间的气动干扰效应,进行门型桥塔施工期典型工况的驰振性能分析。结果表明:纵桥向门型桥塔整体和其单根塔柱的驰振力系数均大于0,不存在驰振失稳的可能性;在横桥向,由于门型桥塔受塔柱间气动干扰效应的影响,其驰振性能与不考虑气动干扰时的不同,且倒角截面对门型桥塔驰振性能不利;矩形截面和倒角截面前柱的驰振力系数均大于0,后柱的驰振力系数均存在小于0的情况,且后柱驰振力系数的绝对值大于门型桥塔整体的驰振力系数绝对值;在进行门型桥塔施工期驰振分析时,当无横梁时,要重点研究后柱横桥向的驰振性能。     

桥梁承台大体积混凝土温度控制数值模拟研究

建设中的沪通长江大桥28~#主墩承台混凝土浇筑量多达4.2万m~3,需采取温度控制措施。本文结合现场条件开展数值模拟分析,确定在夏季直晒高温条件下承台混凝土的最大绝热温升、冷却水管对流换热系数等关键参数,以及承台混凝土各控制点的温度-时间曲线。计算结果表明,若使承台混凝土温度控制指标满足设计要求,则承台混凝土浇筑后2~3 d内,作为温度控制主要工程措施的冷却水(温度为25℃左右)流速应≥1.5 m/s;达到峰值温度以后流速降低为1 m/s;随时间和混凝土内部温度变化流速可继续降低;通水降温时长应≥7 d。数值模拟结果可用于指导承台大体积混凝土的施工。     

轨道动力冲击理论分析

本文将轨道冲击问题分为轨面低凹冲击，钢轨接缝冲击和车轮扁疤冲击，并从基本理论导出表达式，阐述了影响冲击的因素，说明了轨道和振动的关系及强化轨道的对策。     

市域列车与隧道耦合气动效应数值模拟分析

为研究市域列车通过隧道的气动载荷变化规律,利用三维、瞬态可压缩的标准k-ε湍流模型计算了4节编组市域列车通过3种不同断面隧道时的气动效应,并分析了车体表面、隧道壁面及紧急疏散平台的压力时程变化。结果表明：(1)隧道A情况下的列车表面压力峰值为2 600 Pa,隧道壁面压力峰峰值为4 100 Pa;隧道B情况下的列车表面压力峰峰值为2 000 Pa,隧道壁面压力峰峰值为3 300 Pa;隧道C情况下的列车表面压力峰峰值为3 700 Pa,隧道壁面压力峰峰值为5 500 Pa; 3种不同断面各隧道条件下,紧急疏散平台处压力变化规律与隧道壁面压力变化规律基本一致。由此可见,隧道阻塞比越大,隧道内压力波变化越剧烈。(2)隧道A测点x(线路纵向)方向气流速度变化峰值为17 m/s,隧道B测点x方向气流速度变化峰值为32 m/s,隧道C内疏散平台测点x方向上的气流速度变化幅值最大,约为40 m/s,隧道A、B、C内疏散平台测点在y(线路横向)和z(线路竖向)方向上的速度变化不大。     

采用CFRP加固受损混凝土圆柱体的试验研究

通过对CFRP(碳纤维布)加固受损混凝土圆柱体与CFRP加固未受损混凝土圆柱体的试验研究,测得CFRP加固后的极限强度和变形值,并与未加固混凝土圆柱体试件的强度和变形值进行了对比分析,并分析了CFRP加固混凝土圆柱体的破坏特征,为实际工程的加固提供了试验依据.