圆端形铁路桥墩变形能力分析方法研究

研究目的:目前,国内外桥梁抗震设计规范普遍采用基于墩底截面弯矩-曲率分析和塑性铰模型的变形能力分析方法来定量计算桥墩在水平地震下的延性能力,为了考察这种分析方法在我国铁路桥墩抗震设计中的适用性,对当前尚缺少研究的圆端形铁路桥墩的变形能力进行理论分析和试验验证。研究结论:(1)圆端形桥墩试件变形能力的理论计算结果与试验结果非常吻合,基于墩底截面弯矩-曲率分析和塑性铰模型的变形能力分析方法适用于圆端形铁路桥墩的抗震设计;(2)圆端形铁路桥墩的等效塑性铰长度经验公式和塑性铰区最大容许转角的延性安全系数的取值可以与我国JTG/T B02—01细则和CJJ166规范的规定相一致;(3)本文给出的圆端形桥墩变形能力分析方法为我国铁路桥梁圆端形桥墩的延性抗震设计提供了方法和依据。     

地铁吊环拉手的人机关系研究

文章对人体手部关节运动范围、手部肌肉结构、手部尺寸因素及手部触觉感受进行分析,并对吊环的受力情况、手部接触吊环拉手时的姿势做了分析,以此研究吊环的材料、连接方式和形态,归纳人、物因素对吊环形态的影响,为形态设计提供可参考的理论依据。     

广义摩尔库仑模型及其在FLAC3D中的实现

为了进一步研究材料的本构模型,并对岩土工程中本构模型的研究提供参考,基于摩尔库仑理论关于材料塑性屈服是因为在某截面上的剪应力超过一定值的假设,进行三维应力状态下塑性屈服准则以及流动法则的推导,得出三向应力状态下的本构模型。利用FLAC3D的二次开发接口,通过Visual Studio2008将推导出的本构模型写成一个动态链接库文件.dll,并导入FLAC3D。结合1个算例将开发出的模型同经典摩尔库仑模型进行比较。研究结果表明:推导出来的广义摩尔库仑模型在应力加载过程中,在三维斜截面上先于经典摩尔库仑模型产生塑性屈服,即剪应力在三维斜截面上超过了屈服极限强度。     

吊环断裂失效分析

对断裂吊环进行了化学成分分析和金相检验,找到了断裂原因。     

对经典塑性力学增量理论的再认识

本文从最小耗能率原理出发，导出了以（８）式表示的塑性增量理论的一般形式，可以证明，经典塑性力学中建立在不同假设基础之上的各种类型增理理论，实际上只是上述一般形式的一些特例。这表明塑性力学中的增量理论可以按一种无须借助于假设的理性方法得到；曙然，这对进一步认识增量理论的物理本质和发展新的增量理论是有益的。     

梁腹板局部削弱新型钢节点抗震性能研究

介绍了一种在梁腹板局部采用等肢角钢拼接形成的折形腹板梁端截面削弱型梁柱节点。利用有限元软件ANSYS14.0分析了削弱区距柱翼缘距离、角钢厚度和角钢肢长对新型节点抗震性能的影响。研究结果表明:新型截面局部削弱节点与传统梁柱节点连接承载力相差不大,并且塑性铰形成的位置均在折形腹板所对应的梁上下翼缘处,从而达到使塑性铰外移的目的。而削弱区距柱翼缘距离、角钢厚度和角钢肢长对新型节点抗震性能影响很小。     

PBA工法中边桩参数对结构稳定性的影响研究

以北京地铁6号线北海北站工程为背景,采用FLAC3D数值模拟的方法,研究不同的边桩嵌入深度和边桩直径下地层沉降、边桩水平位移和洞底塑性区的规律。研究分析表明:地表沉降和边桩水平位移随着边桩嵌入深度的增加而减少;当嵌入深度一定时,不同边桩直径下对边桩水平位移的影响大于对地表沉降的影响;嵌入深度与洞底塑性区特性具有明显关系,嵌入深度小会使洞底、洞顶土体产生较大塑性区。     

K形、KT形圆钢管桁架节点试验及力学性能分析

在对750k V格构式变电构架K形、KT形圆钢管桁架节点足尺试验研究的基础上,采用ABAQUS软件对优化的钢管节点进行有限元数值分析,考察减小连接板厚度以后K形、KT形钢管节点的受力性能和承载力、连接板应力分布及变形等指标。结果表明:在设计荷载作用下节点没有明显变化,处于弹性状态;超加载阶段,试件局部进入塑性,但分布面积较小,区域不连通,节点整体受力稳定。有限元分析的连接板应力分布及变形趋势与试验结果吻合较好。     

204电机解体组装用的电枢吊具

图1是我段解体、组装204电机用的电枢吊具示意图。图中,吊环A设在吊具自身重心的垂线上,以便将吊具水平吊装到电枢轴伸端锥面上。吊环B设在电枢、端盖、吊具和吊具螺母总装后的重心垂线上,以便将电枢和端盖水平吊起,进行组装或解体。图中C部是利用旧电机小齿轮改制的,因此与电机轴伸端锥面配合很好,再用吊具螺母压紧,安全可靠。我段在牵引发电机解体、组装中也采用了这样结     

帽型、点焊薄壁柱壳轴向挤压性能分析

在M D White和N Jones等人的研究基础上,充分考虑柱壳被挤压变形时塑性铰吸能,将其求解过程中的离散单元的数目由18个增至19个,进而使吸能和平均压塌力控制方程更接近试验实际情况。给出柱壳被挤压时平均压塌力的理论计算算例,并用LS DYNA软件对建立的帽型、点焊薄壁柱壳轴向挤压过程力学模型进行了数值模拟。计算结果显示,该结构撞击变形过程相对稳定,与修正的吸能和平均压塌力控制方程计算结果很接近;与M D White和N Jones等人的试验结果进行对比分析,证实帽型、点焊薄壁柱壳具有良好的能量吸收性能。     

厦门翔安海底隧道CRD法和双侧壁法穿越砂层对比分析

针对厦门翔安海底隧道采用交叉中隔壁法(CRD)和双侧壁法穿越砂层的适应性,运用摩尔-库仑准则和FLAC3D软件进行弹塑性数值计算,分析采用CRD法和双侧壁法2种工法时的塑性区发展及分布情况,并将计算结果与实测结果进行比对.结果表明,采用这2种工法时引起的隧道变形相差不是很大,都能较好地控制地层的变形;采用CRD法时产生的塑性区较双侧壁法大,且向隧道侧上方发展较为明显;采用双侧壁法时产生的塑性区在隧道侧向发展较为明显,超前影响的距离也大于CRD法;采用CRD法时的塑性区在超前3～6m的范围内发展速度较快;采用双侧壁法时的塑性区在超前0～3 m的范围内发展速度较快;对于隧道穿越砂层而言,2种工法各有优势.采用CRD法时,应注重隧道的快速封闭,以减小塑性区的发展;采用双侧壁法时,应注重增加隧道水平支撑刚度,减小隧道水平变形.     

锚固岩质边坡在地震作用下的动力响应

边坡锚固因其良好的力学性能和锚固效果而获得广泛应用.借助有限差分软件FLAC3D,对高8m、坡角60°的均质岩坡在不同峰值加速度、频率地震波作用下的动力响应进行了分析.研究表明,调整输入Kobe地震波的加速度和频率,锚固岩质边坡沿顺坡面上加速度峰值放大系数PGA非线性增大,在坡顶处达到最大值.塑性破坏区随着峰值加速度、输入地震波频率的增大而增加,锚杆轴力随相应的塑性破坏区增多而增大.     

考虑纵向施工的深埋软岩隧道黏弹-塑性时效解析

软岩通常具有较强的蠕变性,深部软岩隧道的围岩收敛和支护受力往往表现出明显的时效特性。因此,考虑隧道掌子面推进的同时,运用流变理论对深部软岩隧道的围岩应力变形时效规律进行分析具有重要意义。研究针对深埋软岩中圆形隧道的纵向开挖过程,同时考虑掌子面推进引起的应力释放效应和围岩自身的蠕变性,推导出隧道纵向施工中围岩应力变形的黏弹-塑性时效解。解答中假定围岩服从Burgers-MC黏弹-塑性模型(CVISC),隧道纵向为连续不间断开挖。基于所提出的理论解,对新疆特克斯软岩隧道开挖过程中的围岩变形应力进行了初步预测和分析;同时,通过对比FLAC数值模拟结果和现场监测数据,验证了解答的正确性和可靠性。进一步,基于解答深入研究深部黏弹-塑性软岩中隧道围岩的应力、变形及黏塑性区域随时间和开挖过程的演化规律。研究结果表明：黏弹性区和黏塑性区边界上应力是定值,与黏塑性区大小无关;在隧道开挖阶段,应力释放引起的围岩位移占主要成分,后期应力释放完成后,围岩蠕变变形占主要部分。本解答为深埋软岩隧道施工过程中的围岩收敛变形和应力预测提供了理论方法。     

钢梁承载潜力的自适应分析

自适应分析研究超出弹性极限的重复载荷作用下结构的弹塑性行为。与其他塑性理论相比,自适应理论的分析结果更逼近结构塑性破坏的实质。以日本某桥为例,以增量分析法为基础编制有限元程序,采用Timoshenko弹塑性分层梁单元模拟连续实腹钢梁桥结构,进行其在重复载荷作用下自适应行为分析。结果表明:随活载系数的增加,结构依次经历全弹性承载、自适应和塑性增量破坏3个阶段;按自适应理论分析,该梁能够承受的最大活载是设计活载的2.804倍;可见,对于按容许应力法设计的旧有钢桥,自适应分析能极大地挖掘其承载潜力。     

高速铁路桥墩等效塑性铰长度研究

研究目的:等效塑性铰长度在墩柱的简化抗震设计中普遍用于预测墩顶的极限水平位移。高速铁路桥墩具有截面尺寸大、纵筋率较低等特点,目前我国铁路抗震设计规范未对桥墩的塑性铰长度给出建议值,设计人员只能参考现有的经验公式进行抗震设计,其适用性还不明确。本文基于9个高速铁路圆端形桥墩拟静力试验数据,对多个桥墩进行塑性铰长度的参数分析,与多种设计规范进行对比,旨在研究并提出适用于高铁桥墩的塑性铰长度公式,以方便桥墩抗震设计。研究结论:(1)利用纤维截面梁柱单元,采用修正Chang-Mander混凝土模型进行分析,与试验曲线吻合良好;(2)桥墩高度和轴压比对塑性铰长度影响较大,钢筋屈服强度与直径对其影响较小;(3)相比于已有的规范公式,本文提出的公式可更为准确地预测高铁桥墩的塑性铰长度;(4)该研究成果可用于高速铁路桥梁的抗震设计与分析。     

高地应力软岩大变形隧道稳定性判据研究

围岩是隧道稳定性控制的主要对象,针对铁路隧道建设中高地应力软弱围岩的重大理论与实践难题,本文开展了理想连续介质条件下,围岩塑变形加速发展或塑性应变突变的稳定性极限状态研究。提出:(1)开挖过程中应充分发挥围岩的自承能力,允许围岩发生一定程度的塑性变形,但不能因过大变形让围岩进入松动状态,以保持围岩的稳定性;(2)当围岩塑性过程发展到塑性应变突变或变形加速发展时,围岩材料将进入塑性流动状态。此时,围岩因过大变形而松动,扰动后极易失稳、坍塌。(3)近区围岩塑性流动松动、深部为连续介质条件下,高地应力软岩大变形隧道稳定性的理论分析与判据方法有待深入研究。     

装配式钢筋混凝土柱-钢梁节点抗弯性能有限元分析

为研究装配式钢筋混凝土柱-钢梁节点抗弯性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立4个不同试验参数的装配式钢筋混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析预埋钢筋直径、T形件翼缘厚度和腹板角钢对节点受力性能的影响。研究结果表明:装配式钢筋混凝土柱-钢梁T形件连接节点破坏模态主要包括:预埋钢筋受拉破坏、T形件翼缘腹板交界处形成塑性铰线和节点域混凝土局部挤压破坏等。增加T形件翼缘厚度,节点初始刚度和极限抗弯承载力均相应增加;设置腹板角钢可延缓节点刚度退化,提高节点抗弯承载力;合理设计节点域预埋钢筋和T形件,能改善节点域破坏机制,使破坏主要集中在T形件位置,提高受损部件的可修复性和可更换性。     

覆跨比对地铁隧道洞室围岩稳定性影响分析

由于受地形条件限制和使用功能需要,地下工程埋深和跨度往往存在较大变化,研究覆跨比对洞室围岩稳定性影响意义重大。本文结合太沙基围岩压力理论推导表征围岩压力随覆跨比变化规律的理论公式,并采用基于网格自适应划分技术的有限元模拟方法,从地表极限承载力、位移响应、应力响应及围岩塑性区等方面,对不同覆跨比矩形洞室围岩稳定性进行系统研究。结果表明：在Ⅳ级围岩条件下,矩形洞室围岩压力随覆跨比增大而增大,当覆跨比H/D=2之后,围岩压力开始逐渐趋于稳定;当覆跨比H/D<2时,矩形洞室在极限状态下易发生贯穿至地表的垮塌破坏;当覆跨比H/D>2时,洞室拱顶上方出现压力拱效应。故覆跨比H/D=2可作为Ⅳ级围岩条件下深浅埋洞室分界线参考值。     

铁路圆端空心墩等效塑性铰长度试验研究

等效塑性铰长度通常用于估算桥墩顶部的位移能力,是空心墩抗震性能分析的重要指标之一。鉴于目前塑性铰长度公式大多源于实心构件的试验和理论成果,铁路圆端空心墩的塑性铰特性、现有计算模型的适用性等亟待深入研究。因此,对4个1/6缩尺的圆端空心墩模型进行拟静力加载,观测试件损伤演化历程,分析桥墩塑性铰和曲率分布特性,并比较既有塑性铰长度公式计算值与实测值。结果表明:最终墩身裂缝分布范围约占桥墩高度的2/3,塑性损伤主要集中在墩底空心墩倒角附近区域;由于墩底实心段、倒角过渡段和墩身变截面的影响,墩底塑性铰区相对延长并整体上移;Eurocode8模型计算结果与试验值最为接近,可用于估算铁路圆端空心墩等效塑性铰长度。     

侧向撞击作用下U形梁抗倾覆稳定性与失效模式

在对国内外相关规范关于桥梁抗倾覆稳定性计算方法与脱轨荷载调查分析的基础上,计算了U形梁在保持抗倾覆稳定性下的最大侧向碰撞荷载,对比了欧洲规范EN 1991-1-7:2006和TB 10002-2017《铁路桥涵设计规范》中U形梁的抗倾覆稳定性计算式。基于有限元分析方法对腹板侧向承载力进行仿真分析,明确了U形梁在侧向撞击作用下的失效模式。研究结果表明:2种规范计算得到的最大侧向碰撞荷载有所差异,但均大于3.5 MN;列车脱轨情况下的脱轨荷载模式和作用位置对U形梁抗倾覆稳定性的影响显著;U形梁跨中区域加载侧的底板和腹板在侧向位移加载模式下发生了大面积塑性损伤,腹板还发生了明显的侧向变形;U形梁在侧向撞击作用下的失效模式表现为腹板侧向承载力达到极限而发生破坏,通过拟静力分析确定U形梁腹板侧向极限承载力为1.5 MN,结构整体不会倾覆失稳。在设计和使用阶段应对U形梁腹板的损伤和承载力评估予以重点关注。