不锈钢钢筋混凝土梁动态损伤试验与数值模拟

为了研究不锈钢钢筋混凝土梁(SRC梁)在冲击荷载作用下的损伤行为,采用国内先进超高重型落锤冲击试验系统对2组钢筋混凝土梁进行竖向冲击试验,并建立考虑材料率效应的有限元模型,对实验结果进行验证与拓展.研究结果表明:在冲击荷载作用下,等截面代替后合理配筋的SRC梁具有较好的抗冲击性能;若梁的损伤逐渐接近完全破坏,则跨中峰值位移与残余位移的比值逐渐减小并趋于1.5;SRC梁的最大极限位移较RC梁大;梁整体的破坏类型主要取决于抗弯、抗剪、抗开裂能力是否能承受局部破坏后剩余的冲击荷载;分析得出局部响应阶段梁扰动区域内力计算的经验公式.     

双线混凝土U型梁的剪力滞效应研究

为了研究双线混凝土U型梁的剪力滞效应,对U型梁截面进过合理简化,选取轴力自平衡的余弦函数定义了翘曲位移函数。在考虑剪滞效应和剪切效应的基础上,构建了双线混凝土U型梁的总应变能函数。利用势能驻值原理,推导出了简支、悬臂和连续双线混凝土U型梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的剪力滞系数解析解。以某实际工程双线混凝土U型梁为例,对解析法和有限元模型计算得到的剪力滞系数进行对比分析。计算双线混凝土U型梁道床板的有效分布宽度,并基于有限元模型的计算结果,对理论解的有效分布宽度进行系数修正。研究结果表明：剪力滞系数的理论计算结果与有限元模型计算结果的最大偏差不超过±10%,表明所推导解析解的精度较高;双线混凝土U型梁在均布荷载和集中荷载作用下,跨中截面的剪力滞变化规律相同,均在主梁和道床板交界处剪力滞系数最大,随离交界处距离的增大而减小;相比均布荷载作用,集中荷载作用下的剪力滞效应更明显,需在实际工程中重点考虑;在双线混凝土U型梁道床板有效分布宽度的计算中,引入修正系数1.05对解析计算结果加以修正,以得到更精确的结果。基于理论推导所得的双线混凝土U型梁剪力滞效应变化规律,以及对道床板有效分布宽度提...     

基于高阶剪切变形理论梁的热屈曲和后屈曲分析

基于高阶剪切变形理论,推导了轴向荷载与均匀热荷载作用下梁的平衡方程,并将3个非线性方程化简为2个关于横向挠度和转角的非线性积分—微分方程。对于所考虑的两端简支和两端固支边界条件,求解了梁的临界屈曲荷载和梁的后屈曲幅值,讨论了长细比对临界屈曲荷载的影响以及温度和荷载对梁后屈曲幅值的影响。研究结果表明,对于长细比较小的梁,剪切变形对临界屈曲载荷的影响十分明显;而当长细比较大时,与欧拉梁理论得出的结论非常接近。在温度和轴向荷载共同作用下,随着温度升高,梁的临界屈曲荷载值下降但梁中点挠度值升高。     

波纹钢腹板组合工字形梁静力学特性研究

研究目的:本文综合考虑组合工字形梁腹板褶皱效应、剪滞翘曲应力自平衡条件,以及铁木辛柯剪切变形等因素,研究中设置2个不同的剪滞纵向翘曲位移差函数,且以能量变分原理为基础建立工字形梁弹性控制微分方程和自然边界条件,进而开展工字形梁力学特性分析,研究获得组合工字形梁竖向弯曲力学性能的精细化分析方法。研究结论:(1)褶皱效应对工字形梁上翼板影响相对较小,而对下翼板影响较大,并且组合工字形梁剪力滞后效应突出,但均布荷载相对较小,而集中荷载剪力滞效应更加显著;(2)本文方法与传统组合结构分析理论相比较,结果显示本文理论计算精度明显提高;(3)本文方法是对现行组合结构分析理论的丰富和发展,对该类结构设计具有一定的指导作用。     

低速磁浮轨道梁的温度效应分析

建立低速磁浮轨道梁有限元模型,通过稳态热传导分析,获得上下表面温差和左右侧面温差荷载作用下轨道梁的温度场,运用热-结构耦合分析方法,计算了不同温差荷载作用下磁浮轨道梁的温度变形。计算结果表明,磁浮轨道梁的温度沿温差荷载作用方向近似线性分布,温度梯度随温差值增加而增大;在本文计算条件下,环境温度对轨道梁的温度变形影响较小,当温差荷载大于20℃时,温度引起的磁浮轨道梁竖向或横向挠度超过高速磁浮交通相关规定限值,故实际工程应用中有必要对低速磁浮轨道梁的温度效应进行校核分析。     

轨道交通 U 梁温度梯度效应研究

为研究轨道交通 U 梁的温度梯度效应,整理并总结目前国内既有项目对高架 U 梁进行的温度监测模式及 研究结果,结合实体有限元模型计算分析,得出 U 梁在各温度梯度模式下的温度应力及变形值,并提出可应用于 工程设计的 U 梁温度梯度模式。研究结果表明,温度梯度荷载工况下的 U 梁纵向正应力值在设计正应力值中占 比相对较大,而横向应力和局部变形差相对较小;轨道交通线路走向大体呈东西向时,高架 U 梁运营后的腹板竖 向温度梯度建议采用指数函数,底板竖向温度梯度建议采用折线函数,研究结果可为相关工程设计提供参考。     

变截面箱梁剪力滞及剪切变形效应近似计算方法

变截面箱梁因其抗弯刚度沿梁轴向变化,通常采用有限元法分析,本文基于等效刚度及等效刚度比法,提出了一种可同时考虑剪力滞效应及剪切变形效应的,适用于手算的变截面箱梁荷载作用下挠度及剪滞系数的近似计算方法.通过一变截面悬臂箱梁算例分析,与初等梁理论计算结果进行了比较.结果表明:不考虑剪力滞效应及剪切变形效应将使得挠度计算结果...     

基于初等梁理论的人字形桥梁结构空间梁格分析

根据初等梁理论,采用空间梁格分析法对一例典型人字形薄壁箱梁桥进行结构简化及模拟分析。分析结果表明:当受荷载桥跨的两端为扭转约束、并在集中荷载和竖向均布荷载作用下时,空间梁格分析法所得结果与板壳模型的计算结果比较接近;当受荷载桥跨的两端为单向铰支座、并在偏心竖向荷载作用下时,由于约束扭转和畸变效应对主线和匝道的影响十分显著,空间梁格分析法所得结果与板壳模型计算结果相异较大,主要原因是初等梁理论不能反应宽翼缘薄壁箱梁约束扭转、畸变及剪力滞效应等受力特点。指出:对于宽翼缘薄壁箱梁桥结构在采用空间梁格分析法时,应同时考虑宽翼缘薄壁箱梁受力的特点对初等梁理论分析方法进行完善。     

预应力混凝土先简支后连续梁静、动力试验研究

简要介绍预应力混凝土先简支后连续梁1：5模型设计、试验方法。根据弹性试验、开裂试验和破坏试验结果,研究分析该类结构的工艺特点、正常使用荷载作用下结构受力变形特征、结构特别是湿接缝截面的抗裂性、开裂区域裂缝发展分布规律以及结构极限承载力。根据开裂试验中应变测试结果,分析计算各典型截面抗裂安全系数,初步研究湿接缝段对结构的影响。在对模型梁体系转换前、后和先简支后连续梁破坏前、后动力测试与理论分析的基础上,校核模型梁的刚度、制作精度,验证模型梁、原型梁固有频率之间的关系,最后初步探讨了先简支后连续梁的动力性能。     

高速列车气动荷载作用下隧道内配电箱安全性分析

当高速列车通过隧道时,其周围所产生的气压波不可避免地对轨旁电力附属设施造成气动冲击影响。配电箱作为一种隧道内广泛分布的轨旁电力附属设施,在气动荷载作用下,其锚固安全性会受到一定影响。以配电箱为研究对象,利用Abaqus与Fluent进行联合仿真分析其结构安全性。利用流体力学计算软件Fluent,建立空气-高速列车-隧道三维CFD数值计算模型,得到了气动荷载时程曲线;基于Abaqus有限元计算软件,建立配电箱-锚栓-隧道结构的三维精细化有限元模型,研究气动-地层荷载联合作用下配电箱、锚栓与衬砌的动力响应特性以及高速铁路隧道轨旁配电箱的破坏模式与影响因素。研究结果表明：在气动-地层荷载联合作用下,相对于配电箱以及锚栓本身,锚栓安装基座的衬砌表层混凝土最容易发生破坏;混凝土的破坏形状呈现以锚栓中心为轴线的表层椎体分布特征,混凝土潜在破坏模式为渐进式剥离破坏与黏结破坏;混凝土内拉应力与锚栓直径呈现明显的负相关性,为避免因混凝土破坏而造成配电箱脱落等安全事故,可适当提高锚栓直径。     

波形钢腹板组合梁挠度计算方法对比

波形钢腹板的剪切变形对组合梁挠度影响显著,不同计算方法结果差异明显。以波形钢腹板组合梁典型结构体系(简支梁和悬臂梁)为研究对象,基于5种计算理论——经典梁法、Timoshenko梁法、弹性剪切变形法、有效刚度法、三角级数理论,通过对比其假设和计算公式,建立空间有限元模型分析在跨中集中荷载和均布荷载作用下不同挠度计算方法的精度,总结适用不同跨高比区间的计算方法。建议简支梁在集中荷载或均布荷载作用下需要考虑剪切变形的跨高比限值均取35;对于悬臂梁,跨高比限值则分别取10,14. 5。     

列车荷载对CRTSⅠ型板式轨道疲劳损伤的影响研究

为研究CRTSI型轨道板及CA砂浆层在列车疲劳荷载作用下的疲劳损伤,按照轮轨力的正态分布规律及疲劳荷载编谱方法中的单参数计数法将列车荷载简化为2种疲劳荷载谱,通过建立的弹性地基梁-体模型计算了列车疲劳荷载作用下轨道板及CA砂浆应力值,采用Miner线性准则及以应力为基础的疲劳寿命计算方法,分别计算了轨道板混凝土及CA砂浆在60年服役期内的疲劳损伤。理论分析结果表明:仅考虑列车疲劳荷载作用时,轨道板混凝土及CA砂浆材料在60年服役期不会发生疲劳破坏;不同的疲劳荷载谱对轨道板及CA砂浆的疲劳损伤几乎没有影响。     

冲击荷载下三种钢轨梁模型动力特性分析

建立了Euler梁、Timoshenko梁、修正Timoshenko梁钢轨模型,比较了三者固有频率的差异,分析了冲击荷载作用下三种模型的动力响应.结果表明:修正Timoshenko梁钢轨模型与Timoshenko梁钢轨模型的固有频率在中低频范围内相差不大,在高频时相差约6％,两种模型的振动位移、加速度响应大小基本接近,均大于Euler梁钢轨模型;修正Timoshenko梁模型形式简单,计算效率与Euler梁模型相当,而计算精度与Timoshenko梁模型接近.     

铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁力学性能分析

W形腹板箱梁具有典型桁式体系受力特征,更符合单索面斜拉桥的受力要求,目前已在公路桥中推广应用。为指导铁路桥相关设计,通过采用有限元软件建立计算模型,对某铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁设计开展系统分析,研究不同设计参数对箱梁各板件内力的影响、荷载作用下箱梁截面横向受力性能、以及箱梁截面剪力滞效应。研究结果表明,同梁高、不同斜腹板倾角的铁路W形截面顶板、内腹板均受拉,底板与外腹板均受压;随着边斜腹板倾角减小和内腹板倾角增大,顶板、外腹板轴力变大,内腹板轴力减小,底板轴力则基本不变;根据计算分析得到不同位置处的W形截面在铁路荷载作用下,预应力筋合理的布置方式;剪力滞效应方面,荷载作用下,支点及拉索附近的剪力滞效应较为明显,剪力滞系数约为1.1。通过研究,对铁路荷载作用下该种新型截面形式有了系统全面的认识,合理选择截面参数的同时应考虑剪力滞效应以提高结构经济性。     

高陡边坡下高桥墩受落石冲击动力响应分析

震区高陡边坡下的桥墩在施工中容易出现落石冲击现象,极易对桥墩结构安全造成严重损害。本文针对施工期间高桥墩的力学特性,提出了高桥墩施工期间的悬臂梁模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了边坡落石在桥墩施工期间对桥墩的冲击效应,对桥墩的冲击部位和桥墩底部的应力状态及塑性变形进行了分析。冲击部位的塑性变形为1.467 cm,且影响范围贯穿墩壁。采用悬臂梁模型相对于两端固定梁模型,计算出的桥墩底部第一主应力要高出66.7%,因而,有必要在高桥墩施工期间采取预防措施,防止桥墩出现局部的结构破坏和耐久性损失。     

轨道交通槽形梁局部振动及参数敏感性分析

针对轨道交通槽形梁局部振动的问题,基于有限元理论,建立轨道交通槽形梁有限元模型。对其进行模态分析,再基于车辆-轨道耦合动力学理论,计算槽形梁在列车荷载作用下的局部振动响应,通过对选取的5个输出点的加速度频谱曲线进行分析。研究结果表明:槽形梁翼缘板的横向振动响应最大,最大的加速度振级为107.2 d B。槽形梁底板的垂向振动加速度在50 Hz处有峰值,左右两边的翼缘板和腹板的横向振动响应频谱曲线相类似,都在12.5 Hz和40 Hz处有峰值。通过槽形梁结构参数对槽形梁局部振动响应的敏感性分析,表明加厚底板厚度能够很好地降低槽形梁的振动响应。但并非越厚越好,其最佳值还有待进一步分析。     

预应力张拉对现浇支架受力影响的计算分析

研究目的:预应力张拉时,混凝土梁与现浇支架相互作用。混凝土梁的变形引起支架上的荷载重分布,在工程实际中很少考虑对此工况的计算。由于计算不全面,设计的支架结构安全储备不足,有可能出现因现浇支架局部受力不够而发生安全事故。本文以某斜拉桥现浇支架施工计算为例,研究纵、横向预应力张拉对现浇支架受力影响的计算方法,分析预应力张拉引起现浇支架上荷载重分布的原因,为预应力混凝土梁的施工方法提供理论依据。研究结论:通过建立预应力混凝土梁与现浇支架的整体有限元模型,按施工阶段分析计算了混凝土浇筑、达到设计强度、张拉纵向预应力、张拉横向预应力各施工阶段下现浇支架受力的变化情况,计算结果表明对于纵、横向预应力张拉时,混凝土梁发生变形,导致作用在现浇支架上的荷载传递到支架两侧;张拉预应力钢束越多,荷载重分布的现象越明显,而重分布的荷载对支架局部结构产生较大不利影响。     

考虑潮汐荷载作用的沉管隧道竖向位移计算

近年来,在越江跨海领域,沉管隧道得到广泛应用,传统理论分析往往关注其纵向受弯特征,忽略了沉管隧道的抗剪特征。为研究潮汐荷载影响下的管节位移,通过三角函数模拟潮汐荷载形式,计算土层非线性固结沉降,并由此反算随时间变化的等效压缩基床参数。建立管节-地基计算模型,将沉管隧道等效为置于Winkler地基上的Timoshenko梁,进行挠度计算理论推导。与以往置于Winkler地基上的Euler梁计算模型进行比对分析,以验证改善的管节-地基计算模型的合理性。依托甬江沉管隧道,计算潮汐荷载影响下的管节-接头竖向位移,将2种理论模型的计算结果与实测数据进行对比。研究结果表明：Euler梁模型和Timoshenko梁模型最大年浮动量分别为4.3 mm和6.6 mm,基于Winkler地基上的Timoshenko梁模型的理论计算数值整体上大于置于Winkler地基上的Euler梁模型的理论计算数值,在管节沉降的前期和中期模拟效果最好,与实测数据更为吻合,从变化趋势上看,管节-接头位移波动程度小而历时长,与实测数据变化趋势相近。表明本文改善的管节-地基计算模型方法合理,同时考虑了管节接头的弯曲变形和剪切变...     

不同梁单元对车-桥耦合动力响应的影响

研究目的:为研究不同类型梁单元对列车-轨道-简支梁耦合系统动力响应的影响,以12车编组高速列车通过6跨简支梁为例,基于多刚体动力学建立车辆垂向动力学模型,分别采用Euler-Bernoulli梁、Timoshenko梁及Mindlin板单元建立简支梁桥有限元模型,并开展基于三种不同类型梁单元简支梁模型的列车-轨道-桥梁耦合系统动力响应分析。研究结论:(1)在相同参数条件下,三种简支梁模型的自振频率各不相同,其中Euler-Bernoulli梁模型计算得到的简支梁自振频率最高,对应的理论共振车速也最大;(2)运营车速条件下,桥梁加速度响应受梁单元类型的影响显著,基于Euler-Bernoulli梁的简支梁振动加速度最小,基于Timoshenko梁的简支梁振动加速度与基于板单元的箱梁底板中点处的计算结果较为接近,而基于板单元的简支梁由于顶板局部受高频列车荷载激励的影响,因此顶板中点处的加速度最大;三种简支梁模型计算的首、末节车体加速度吻合良好;(3)共振车速条件下,Euler-Bernoulli梁模型和Timoshenko梁模型计算的桥梁加速度和位移吻合较好,但整体上大于板单元模型箱梁腹板及底板的计算结果,且Euler-Bernoulli梁模型和Timoshenko梁模型计算的末节车体加速度在振动形态上与板单元模型计算结果存在较大差异;同时,末节车辆由于受桥梁共振效应的影响显著,其车体加速度明显大于首节车辆;(4)本研究成果可为列车-轨道-桥梁耦合振动研究中桥梁数值模型的选择提供参考。     

悬臂施工阶段大跨径刚构桥稳定性的参数分析

针对悬臂施工阶段中大跨径预应力混凝土刚构桥的稳定性问题,依据弹性屈曲理论、挠度理论、弹塑性理论和压溃理论,计算和分析几何非线性、材料非线性、初始几何缺陷以及混凝土材料的压碎、开裂、骨料咬合效应等因素的影响;研究墩身偏斜度、施工荷载形式以及桥墩系梁刚度等参数对悬臂施工阶段大跨径预应力混凝土刚构桥稳定性的影响效应。分析和研究结果表明:混凝土材料的力学特性对大跨径预应力混凝土刚构桥在悬臂施工阶段中的稳定性有明显的影响;结构稳定系数随墩顶初始横向偏位的增加而呈分段二次曲线规律减小;桥墩系梁刚度与结构稳定系数的关系遵循指数曲线规律;非对称形式的施工荷载对悬臂施工阶段大跨径预应力混凝土刚构桥的稳定性更为不利。