基于接触面非线性分析的榫槽拼装接头的数值分析

针对榫槽拼装接头的特殊接触行为,将接触面的非线性模型划分为法向和切向分别进行模拟,并针对性地采用hard方式和penalty函数分别作为法向和切向的计算条件。采用等效强度理论对有限元接头建模进行了简化,利用ABAQUS软件调用了C50混凝土塑性损伤模型,建立了三维数值计算模型,对相关足尺试验进行了模拟加载分析。结果表明,数值计算的结果可以较好地反映出榫槽接缝在压弯情况下的变化状态;在张开接缝为3mm的控制条件下,两者的误差可以控制在18%以内。     

改进的砂井地基等效建模法及工程优化

针对等效砂墙厚度过小导致有限元建模时网格划分困难这一技术难题,对砂井地基数值建模的简化计算方法展开研究,在陈立宏等效砂墙理论和赵维炳等效砂墙法的基础上,通过计算公式的二次推导,提出一种改进的调整砂墙厚度的等效建模法,较好地解决了上述技术问题,经多个计算点的验证,该方法具有可行性.同时,以河北省沿海高速公路某试验段为工程背景,采用等效建模法,借助大型岩土工程有限元软件Plaxis构建工程地质模型,综合地基土超孔压消散及工后沉降大小等方面的分析结果,对多种塑料排水板设计方案进行比选优化,结果表明,将数值模拟技术与工程优化相结合,利用数值计算结果评判工程设计方案的优劣,对于工程设计具有一定的理论指导意义和工程实用价值.     

钢板-混凝土组合桥面板弯曲刚度计算方法研究

为了研究钢板-混凝土组合桥面板的弯曲刚度和变形计算方法,对6块钢板-混凝土组合桥面板试件进行了两点对称集中加载静力试验研究,得到组合桥面板在静载试验下的荷载-跨中挠度试验曲线。考虑到组合桥面板受力性能及构造特点,提出了基于钢筋混凝土受弯构件弯曲刚度计算理论的组合桥面板弯曲刚度的2种简化方法,并分别按照2种简化方法对试验试件在不同荷载水平下的变形进行了计算。计算结果表明,采用这2种简化方法所得到的变形结果与试验结果比较吻合,比一般常用的等效刚度法要准确,建议在工程实践中采用简化计算方法进行组合桥面板刚度计算。     

模拟弹性基础效应的连拱模态试验研究

连拱基础多采用桩基础,而桩基础的弹性特征对结构动力性能影响很大。该文引用模拟弹性桩基础效应的简化基础模式,建立结构动力分析模型,同时构造室内等效试验模型,进行了模态试验对比分析研究。研究结果表明,采用弹性基础等效模拟方法,可以较准确地反映基础的弹性特性,从而导得连拱结构的简化模型。试验与分析对比表明,简化模型计算结果与试验结果误差较小。     

软土中无筋刚性桩复合地基支承路堤的整体稳定实用计算方法

为了合理评估无筋刚性桩复合地基支承路堤的稳定性,基于已进行的软土地基上刚性桩复合地基支承路堤的破坏机理研究,提出了刚性桩复合地基的整体稳定性简化分析方法,结合3个典型算例,与基于桩身抗剪强度的传统复合地基稳定方法进行了对比分析。结果表明：基于传统的复合地基稳定计算方法,采用桩身抗剪强度将显著高估路堤稳定性,桩身等效抗剪强度法可更好地反映刚性桩复合地基的破坏机理;采用等效荷载法、等效砂桩法和等效抗剪强度法计算得到的路堤稳定安全系数很接近;采用英国BS 8006规范方法、等效荷载法、摩擦接触法计算得到的路堤稳定安全系数显著依赖于桩土应力比。建议对无筋刚性桩复合地基支承路堤采用多种简化分析方法进行分析,保证设计的冗余度。     

边坡稳定性分析的简化计算方法

传统边坡稳定性分析多需借助数值软件,为得到可考虑多因素的边坡稳定性简化计算公式,首先,设计了多因素水平下的正交试验,采用理正岩土和FLAC^3D6.0分别求解了各组试验中基于瑞典条分法、简化Bishop法、Janbu法和强度折减法的边坡安全系数。然后,通过影响因素分析揭示了各因素对安全系数的影响程度,并选取影响程度较大的因素用于建立回归模型;之后,基于正交试验结果和选取的影响因素,采用SPSS回归分析得到了安全系数的计算公式。最后,通过本文公式与数值试验和文献中算例结果进行对比,结果显示所有误差均在10%以内,说明在实际工程中采用本文简化计算方法可对边坡稳定性进行初步判断,同时可为类似工程分析提供参考。     

基于碰撞数值模拟的桥梁等效静力船撞力-修正系数

针对基于碰撞数值模拟的桥梁设计船撞力的基本公式,提出根据桥墩几何因素修正设计船撞力的设想。采用碰撞数值模拟技术对船撞承台进行详细计算,深入研究等效静力船撞力与承台几何形状的关系,得出等效船撞力的桥墩几何修正系数计算公式,并对桥梁设计船撞力的基本公式进行修正。     

基于残余力向量法的结构损伤位置识别

为了降低计算误差和增加噪声鲁棒性,基于简化的残余力向量法RFV(Residual Force Vector),对损伤指标虚拟残余力向量PRFV(Pseudo Residual Force Vector)进行了适当的改进.在有限元软件Abaqus平台上,通过数值仿真实例验证了该方法对于损伤识别的有效性.数值分析结果表明:...     

双曲拱桥有限元分析中建模方法研究

结合南京长江大桥引桥中双曲拱桥的承载能力检算,提出按刚度等效原则把拱肋与拱波简化为梁格体系的计算模型,采用空间梁单元模拟拱肋与拱波,缩减了双曲拱桥全桥建模和结果分析时的计算工作量。对此计算模型,采用ANSYS软件,选取了桥梁荷载中的几种典型工况做模拟计算,与ANSYS有限元软件建立的另一精细模型的计算结果及相同加载方式下的现场试验实测数值进行了对比,并对三组数据结果做了简要的分析。     

轮胎花纹对整车气动特性影响的等效方法研究

本文基于LBM方法,首先计算了旋转条件下具有详细花纹外形的车轮的气动特性,然后将轮胎花纹简化为纵向沟槽,利用不同表面粗糙度系数值等效详细花纹外形的气动效应,计算旋转条件下的外形简化车轮的瞬态外流场特性。对比分析了两种外形车轮的流场分布特性和气动力发展结果,以及表面粗糙度系数值对气动特性的影响,获得了能够准确反映详细车轮花纹气动效应的表面粗糙度系数值,据此对整车瞬态外流场进行了数值计算,将结果与风洞实验值进行对比,一致性较好并且计算精度较高。该方法确定了较为合理的等效表面粗糙度系数值,对车轮旋转条件下的整车瞬态空气动力特性进行了较为准确的模拟,简化了处理轮胎详细几何的复杂程度,计算效率得到提高。     

箱拱桥荷载横向分布计算的比拟板法研究

采用三维20节点等参体元分析板拱桥拱圈横向受力行为,采用实际箱拱圈与比拟板圈的纵向抗弯、抗压刚度、横向抗弯、抗扭性能相当的原则,提出箱拱桥荷载横向分布比拟计算方法。研究表明:拱圈截面内力、挠度与荷载分布无对应关系,不能通过挠度横向分布来确定荷载横向分布;按等效原则进行箱板拱荷载横向分布计算是可行的;拱圈弯矩、轴力荷载横向分布需分别计算,一般情况下比按均匀分布确定的系数大2~3倍。     

车辆对桥墩撞击力仿真分析及简化计算

为研究车辆撞击桥墩过程中的撞击力及其简化计算方法,采用有限元软件建立等效车辆-桥墩碰撞模型,在验证等效车辆模型合理性的基础上,改变撞击速度得到撞击力时程曲线;提出将车辆碰撞桥墩视为匀减速过程的撞击力简化计算方法,并将简化计算方法撞击力结果和其它3种方法结果以及国内外规范取值进行对比.结果表明:撞击过程中车辆撞击力先后出...     

高墩连续刚构桥双悬臂状态等效风荷载的简化计算

基于高墩连续刚构桥双悬臂状态的特点及横桥向一阶振型,考虑平均风荷载与结构脉动风荷载背景响应及共振响应,给出了方便工程应用的计算墩底横桥向弯矩和剪力等效风荷载及风载内力的简化计算方法。为验证简化计算方法的精度,分别采用抖振频域分析方法及简化计算方法对2个典型算例进行了分析,并与现行规范静阵风系数的结果进行比较。结果表明:简化计算方法具有较好的精度,适于工程应用;若忽略脉动风共振响应的影响,对高墩桥梁其结果将偏小较多;高墩桥梁的桥墩风荷载很大,其对墩底风载内力的影响甚至可能超过主梁,应引起足够重视。     

公路隧道衬砌背后空洞积水冻胀的力学简化模型研究及误差分析

为解决高寒地区公路隧道衬砌背后积水冻胀问题,针对特定的环向长条形空洞,建立了2种不同的简化计算模型,即将衬砌结构简化为拱脚为铰支座约束和弹性固定端约束的半圆拱模型。采用荷载-结构法,推导衬砌结构在冻胀力作用下的内力公式,利用MATLAB计算不同参数下的理论值,并绘制内力变化曲线,确定整个衬砌结构在空洞不同大小时的内力分布规律。计算结果表明： 冻胀力引起的衬砌弯矩和轴力极值位于不同的衬砌位置,仅仅考虑弯矩或轴力对衬砌的影响具有一定的误差。对衬砌背后冻胀力的内力影响规律以及2种简化模型的误差进行定量分析,为公路隧道施工和运营维护提供了一定的参考价值。     

无限长板带对位荷载下的有效分布宽度计算和应力分析方法

无限长板带对位荷载下的应力分布的研究有助于进一步理解和解决长条形板式结构（如带外伸横梁的桥梁结构等）的横向计算简化问题。其等效加载模式（平面应力问题）也对应于条形基础下的下卧刚性层的软土地基受力问题（平面应变问题）。通过理论分析采用复变函数法得到无限长板带对位荷载下的应力计算公式，然后导出该理论解的有效宽度简化计算方法，与理论解的误差控制在5%以内，为进一步工程应用做理论准备。     

钢-混凝土组合脊骨梁中大悬臂挑梁荷载分布的空间有限元分析及简化计算研究

首先采用空间有限元方法,对长沙市洪山大桥的钢-混凝土组合脊骨主梁中大悬臂钢挑梁间的荷载分布规律进行了计算分析,并探讨了荷载作用位置对挑梁荷载分布的影响,得出钢挑梁荷载分布可以采用3片梁分析模型进行计算的结论;然后提出了考虑挑梁刚度沿其纵向变化和混凝土行车道板受钢箱梁约束程度影响的弹性支承连续梁平面简化算法来分析挑梁间的荷载分布,并将沿横桥向布置的多排车轮荷载用一个等效集中荷载代替。对比分析表明平面简化算法具有较高的精度,简单可行。     

承台-群桩结构波浪力理论分析

目前桥梁基础的波浪力计算大多采用数值模拟的方式进行研究,但数值模拟存在计算成本高、耗时长等缺点。因此基于线性势流理论首次推导了承台-群桩结构的波浪绕射作用计算公式,求解得到了承台波浪力的半解析解。首先将承台-群桩结构简化为上层穿出水面、下层嵌入水底的双层多柱体结构,其中上层单柱体代表承台,下层多柱体代表群桩。然后将计算域划分为承台外侧和下侧2个子域,子域间的交界面函数通过傅里叶级数处理,通过匹配特征函数展开法对每一个子域的速度势函数进行求解,最终得到承台表面波浪力。在进行解的收敛性分析和与边界元软件进行大量的对比验证后,分析了桩半径和承台高度对承台表面波浪力的影响。研究发现：在小波数范围内,承台表面的量纲一的波浪力会随着群桩的存在而增大,并随着桩半径的增加而进一步增大;同时承台高度的增加会首先对波浪力的增加有促进作用,但在承台高度达到某一临界值后,承台量纲一的波浪力将会减小。首次基于势流理论推导的双层多柱体波浪作用的理论公式,为承台-群桩结构表面波浪力的求解提出了一种新的半解析方法,相较于数值模拟,其能在保证结果准确性的同时,也能使得计算更加方便快捷、成本低廉,为之后波浪作用理论的进一步完善提供有力支撑。     

盾构施工阶段管片衬砌结构受力分析研究

为了解盾构管片衬砌结构的受力特性,解决盾构衬砌结构受力的数值分析难点,首先采用ANSYS分析系统对衬砌管片接头力学建立计算模型,通过模拟载荷试验确定管片接头刚度系数,进而利用销钉单元对衬砌管片按梁-弹簧计算模型进行分析,根据管片接头力学处理方式不同,与惯用计算方法和修正惯用计算方法的结果进行对比,最后对盾构在辅助油缸推力作用下管片的纵向受力进行三维模拟,对均匀施加油缸推力和偏心施加油缸推力进行分析对比,研究成果可对盾构衬砌管片设计提供依据。     

长挑臂单箱多室宽体箱梁横向受力性能分析

随着城市发展对通行能力要求的提高,高架桥梁中越来越多地采用宽体箱梁结构形式。由于城市景观要求,以及桥下地面道路限制,下部结构常采用单柱或小间距双柱,使得长挑臂单箱多室箱梁部分箱室处于悬臂状态,箱梁横向受力空间效应明显。该文以德胜快速路标准段连续箱梁为研究对象,利用有限元结构程序ANSYS进行空间分析,计算箱梁结构在自重、二期恒载,以及汽车活载作用下横向变形和内力的分布规律,并将空间分析结果与目前简化分析方法进行对比分析,验证简化计算方法的适用性。     

驳船-圆柱碰撞的修正半波正弦荷载模型

为建立考虑冲击效应的船撞实用荷载模型,建立6艘不同吨位驳船的有限元精细化模型,采用驳船撞击刚性圆柱模型,通过数值仿真得到252条不同速度和不同径宽比下的撞击力时程原始样本。通过对样本的观察与分析,提出采用修正半波正弦函数作为撞击力过程的近似荷载模型,并通过数理统计的方法确定具体模型参数,由此根据驳船吨位、撞击速度、撞击径宽比等因素直接确定撞击荷载曲线。基于简化模型推导过程,指出修正半波正弦荷载模型的3个误差来源,并以2座不同结构形式的桥梁为例进行动力反应计算分析。以驳船接触碰撞的动力响应为基准,分析简化荷载模型计算结果的准确性,并进一步讨论3个误差来源对荷载模型误差的贡献大小与误差机理。研究结果表明：模型参数取值的精度良好;2个算例的动力响应对比分析得出,提出的修正半波正弦荷载模型对于柔性及刚性的桥梁结构均有良好的整体计算精度,具有广泛的实际工程应用价值。