考虑梁柱节点黏结-滑移模型的 混凝土框架滞回性能研究

基于有限元软件OpenSEES中已有的梁柱宏观柔性节点单元和梁柱纵筋黏结滑移模型,对国内研究者已经完成的钢筋混凝土框架以及型钢混凝土框架水平低周往复荷载试验得到的滞回曲线、位移延性、滞回面积以及耗能能力等滞回性能进行有限元模拟分析,并与试验结果进行比对。根据有限元模拟结果建立基于OpenSEES软件的钢筋混凝土框架和型钢混凝土框架考虑梁柱宏观柔性节点的计算模型,为钢筋混凝土框架和型钢混凝土框架的设计计算提供一条有效途径。     

斜拉桥索塔钢混组合锚固结构力学性能分析和试验研究

采用自平衡式加载反力架对苏通大桥索塔钢混组合锚固结构进行足尺模型试验,观测模型的应力、裂缝分布和变形情况.采用ANSYS有限元软件对模型进行数值分析.试验和分析结果表明:索孔出口面上方的混凝土表面最易出现裂缝;钢混结合面表现为弯剪共同作用的特性,顶推荷载水平分力主要由钢锚箱结构承担,混凝土亦承担一小部分,竖向分力可全部由剪力钉传递给混凝土承受;单节段模型的有限元计算结果比多节段模型的计算结果偏大,用单节段模型试验结果代表实桥受力状况偏于安全.     

装配整体式地下车站侧墙开洞结构力学性能分析

当前侧墙开洞的研究主要集中在地上结构开洞墙体的整体受力性能,而对装配式地下车站侧墙开洞结构的研究还较少.综合考虑侧墙开洞结构受力及施工难易程度,接口框架分拆为梁和柱,节点设置在梁端.为确定侧墙开洞结构的力学性能,对设计方案进行了力学试验与数值模拟分析.研究结果表明:通道接口的破坏形态主要表现为洞口梁端的扭转斜裂缝,梁的扭转破坏是侧墙开洞结构失效的主要原因;侧墙开洞结构的刚度退化的主要原因是混凝土开裂,而构件中钢筋屈服的影响基本上可忽略不计;对侧墙开洞结构进行数值分析,可得到构件的内力分布;梁端的扭转承载力是侧墙开洞结构平面外承载力的主要部分.给出了洞口梁的扭转承载力建议公式,为装配整体式地下车站侧墙开洞结构的设计提供了参考依据.     

装配整体式地下车站侧墙开洞结构力学性能分析

当前侧墙开洞的研究主要集中在地上结构开洞墙体的整体受力性能,而对装配式地下车站侧墙开洞结构的研究还较少.综合考虑侧墙开洞结构受力及施工难易程度,接口框架分拆为梁和柱,节点设置在梁端.为确定侧墙开洞结构的力学性能,对设计方案进行了力学试验与数值模拟分析.研究结果表明:通道接口的破坏形态主要表现为洞口梁端的扭转斜裂缝,梁的扭转破坏是侧墙开洞结构失效的主要原因;侧墙开洞结构的刚度退化的主要原因是混凝土开裂,而构件中钢筋屈服的影响基本上可忽略不计;对侧墙开洞结构进行数值分析,可得到构件的内力分布;梁端的扭转承载力是侧墙开洞结构平面外承载力的主要部分.给出了洞口梁的扭转承载力建议公式,为装配整体式地下车站侧墙开洞结构的设计提供了参考依据.     

预应力混凝土曲线梁桥支座病害成因分析

近年来采用空间杆系模拟曲线梁结构受力时假定梁单元形心与剪切中心重合,无法计算约束扭转效应及翘曲和畸变,结构计算结果与实际受力存在偏差,因此,应采用实体有限元进一步模拟结构真实受力。本文在对预应力混凝土曲线连续箱梁常见支座病害分析的基础上,采用实体有限元建立结构计算模型对主梁施工阶段支座反力的变化进行分析,并与杆系计算结果比较。研究结果表明:曲线梁桥扭转效应和平面内变位是其支座病害出现的直接原因,宜在设计中通过合理设置主梁支座及限位来消除其对结构的不利影响;相对来说,采用实体有限元比采用杆系有限元计算曲线梁结构受力更趋合理。     

2类PBL推出试验破坏机理及承载力影响因素研究

为探明2类PBL推出试验的破坏机理及极限承载力的主要影响因素,基于Abaqus平台运用非线性有限元方法建立2类PBL推出试验的精细有限元模型。计算结果表明:PBL在埋入式试验中的极限承载力与滑移性能均优于标准推出试验,非线性有限元计算结果与试验结果符合较好。2类推出试验的破坏机理及主要构件的破坏形态差异较大,标准推出试验中试件的破坏源于混凝土开裂,而埋入式试验则是由于贯通钢筋被剪断。参数分析表明:在标准推出试验中,PBL极限承载力主要与混凝土强度和开孔板孔径有关;在埋入式试验中,混凝土强度、开孔板孔径和贯通钢筋直径对PBL极限承载力均有较大影响。     

砌石挡土墙稳定性的模型试验及数值模拟

利用数值计算软件对挡土墙稳定性进行数值模拟分析是研究挡土墙在不同荷载作用下响应的重要手段之一。以模型试验中砌石挡土墙的尺寸为基准,采用分析软件ABAQUS建立砌石挡土墙的二维和三维有限元模型。在模型中,背后填土采用Mohr-Coulomb弹塑性本构,同时在挡土墙及背后土体的多个关键位置设置接触,以考虑各部分之间的相互作用。为验证模型的有效性,对某公路挡土墙结构进行拟静态的倾斜试验,以相同的加载条件对有限元模型进行模拟分析。研究结果表明,挡土墙墙面缺乏整体性,同时墙后砾石下沉,最终导致墙体发生坍塌破坏;数值模拟和模型试验结果的对比分析,证明提出的有限元模型模拟挡土墙倾斜过程的合理性;相比于三维模型,二维模型计算过程更加稳定,为后续挡土墙的抗震计算分析奠定了基础。     

加筋重力式挡土墙主动土压力的上限分析方法

基于极限分析理论的上限法,考虑平面滑动的破坏模式,将加筋重力式挡土墙拉筋破坏分为拉断和拔出2种模式,分别计算其能量耗散功率,取二者的小值作为拉筋在极限状态下的能耗功率,进而求得作用于墙背的主动土压力。以衢宁(衢州—宁德)铁路路基加筋重力式挡土墙为例,采用本文方法、数值模拟及规范方法分别计算墙背主动土压力。结果表明:本文方法与数值模拟结果吻合较好,比后者偏大15%以内;所建立的方法能充分反映墙后填土的黏聚力、内摩擦角、拉筋极限拉力、拉筋长度、间距、墙高、墙背倾角、地面倾角等重要参数对土压力的影响特征,并可用于拉筋间距及长度的优化设计。     

长江地铁隧道地下连续墙施工浇筑数值分析和试验研究

以武汉市长江地铁隧道地下连续墙施工为背景,利用有限元软件ANSYS建立H型钢接头地下连续墙施工浇筑过程的三维有限元模型,模型中考虑了混凝土的自生收缩和弹性模量变化,采用D-P屈服准则模拟泥浆中的填充石料,采用双线性混凝土压力模型对H型钢施加侧向压力,模拟计算动态浇筑过程中H型钢的水平变形和吊梁支座反力的变化规律。结合武汉市长江地铁隧道工程的现场试验,将计算结果与试验结果进行对比分析。研究结果表明:在地下连续墙浇筑过程中,受现浇混凝土凝结效应和侧向压力的综合影响,H型钢的水平变形为先增大后回缩;吊梁支座的总反力为先增加后下降,并且最大值约为钢筋笼有效重量的2倍,因此在实际施工中应予以足够的重视;计算结果与现场试验结果基本一致,验证了数值分析方法的合理性和精度,并可为同类工程施工提供理论参考。     

隧道型钢混凝土粘结滑移力学性能研究

隧道初期支护中型钢混凝土其粘结滑移性能对支护协同变形、整体承载能力具有重要影响。本文针对在型钢混凝土组合结构中是否添加钢纤维进行两组推出试验,分析试件破坏特征,并结合有限元软件进行数值模拟,得到粘结滑移曲线,分析试件的粘结滑移性能,并在此基础上分析钢纤维掺量对试件特征荷载的影响规律,通过计算得出特征粘结强度。结果表明：(1)试件破坏模式呈现纵向劈裂破坏;(2)试件混凝土裂缝形态主要有以45°方向向四角延伸和垂直于翼缘中部方向两种;(3)试件粘结滑移曲线大致可分为无滑移段、滑移段、下降段和残余段四个阶段;(4)钢纤维的掺入不能显著提高型钢混凝土推出结构极限荷载和极限强度值,但可以提高型钢混凝土推出结构的残余荷载和残余强度值;(5)数值模拟结果较为理想,误差较小。所得结论可对隧道初期支护结构破坏特征研究、隧道设计与施工工程措施制定提供参考依据。     

复杂环境下CFRP-高强混凝土界面性能有限元分析

利用ABAQUS有限元分析软件,对持续荷载与冻融循环耦合作用下以及持续荷载与干湿循环耦合作用下CFRP加固高强混凝土双面剪切试件的界面黏结性能试验进行有限元模拟,将模拟结果与已有试验结果进行对比。结果表明:有限元模拟的计算值与试验结果吻合较好,2种复杂环境均会造成黏结界面的损伤,随着冻融循环与干湿循环作用次数的增加,试件界面的极限荷载、极限端部黏结滑移均随之降低,持续荷载的施加使降低程度加剧。在验证模拟结果正确的基础上,进一步分析试件的破坏形态的变化规律,在冻融循环作用下,试件发生混凝土内部剪切破坏;随着干湿循环作用次数的增加,试件的破坏方式由混凝土内部剪切破坏逐渐转变为界面的黏结破坏。     

2种不同构造形式的钢-混组合桁架节点试验研究

钢-混凝土组合桁架是一种由钢腹杆和混凝土弦杆组成的新型结构形式。进行了2种不同构造的节点模型试验,介绍了试验方法和结果,描述了节点在加载过程的力学行为,对比了不同节点的受力性能、承载力和破坏模式。试验结果显示节点的失效模式可能有:混凝土开裂破坏、节点板屈曲和受拉钢腿螺栓滑移。应用有限元软件ABAQUS对试件进行全过程数值模拟分析,对比不同的有限元分析结果,明确了不同节点的薄弱部位。研究成果可以为该实际工程和同类工程节点设计提供试验参考和理论依据。     

周边简支双向密肋楼盖非线性分析

选用通用有限元分析软件ANSYS中的混凝土实体单元。SOLID65对周边简支双向密肋楼盖进行了试验模拟。编写了钢筋混凝土楼板的APDL语言分析程序,并对密肋楼盖进行了非线性全过程分析。将数值解与试验结果中的极限荷载、最大应力值和荷载一位移曲线进行了比较分析。在权衡了计算精度与计算机时之间矛盾的基础上,总结了该有限元模型的数值模拟结果与试验结果吻合较好,从而验证了钢筋混凝土楼盖结构应用实体单元进行非线性有限元分析的合理性。     

套管混凝土短柱轴压承载力研究

对HDPE管混凝土柱、PVC管混凝土柱和钢管混凝土柱进行了轴压试验,研究了它们的轴压极限承载力和荷载—应变曲线。同时,采用有限元方法对上述三种套管混凝土短柱的轴压试验进行了数值模拟,并与试验结果进行了比较,结果吻合良好。计算结果表明,通过合理选择有限元分析数值模型,可较好地预测套管混凝土短柱的轴压承载力,为今后的试验研究和数值分析奠定了基础。     

基于收敛-约束法地铁区间隧道初期支护安全性研究

本文以西安地铁区间隧道为工程背景,采用理论分析、数值模拟与现场试验等研究手段,基于收敛-约束法原理对现行支护参数安全性进行评价,得到结论如下:黄土地层特征曲线可分为直线与曲线段,洞周边墙地层首先发生屈服,并逐渐形成塑性滑移楔体向拱顶和拱底蔓延;复合式支护结构中各构件以并联方式共同承担地层压力;支护结构进入塑性状态后其力学性能急剧恶化,由于施工与运营不允许支护结构出现塑性屈服,本文从容许位移的角度提出定义支护结构安全系数的方法;现场试验中支护结构能提供的最大支护反力大于围岩与支护特征曲线平衡点应力,表明现行支护参数满足安全性要求;从容许位移角度提出支护结构安全性评价方法,通过有限元计算结果绘制相关部分的地层与支护特征曲线可得对应安全系数,计算表明隧道支护结构安全系数最小为边墙处1.14,设计与施工中应予关注。     

小比例尺组合桁架内含式节点试验研究

为考察西安—平凉铁路桥梁上钢-混凝土组合桁架节点的受力性能,进行2个耳板式节点的小比例尺模型试验.介绍了节点的试验方法和结果,描述了整个加载过程的节点行为,讨论了节点的受力性能、承载力和破坏模式.试验结果显示节点的失效模式可能有混凝土开裂破坏、内置钢筋屈服和腹杆屈曲.应用有限元软件对试件进行全过程数值模拟分析,计算结果...     

“5.12”汶川地震中高大加筋土挡墙破坏机理研究

为了进一步研究高烈度区加筋土挡墙的破坏机理,以5.12汶川地震中发生破坏的一处高大加筋土挡墙为实例,建立数值模型,利用现场实测数据,通过有限元软件的计算,得出了加筋土挡墙在不同烈度地震作用下墙体面板的水平位移、墙后土体的水平加速度及墙背土压力沿墙高的分布情况。其次,通过有限元结果与挡墙实际破坏情况的比较,分析了该加筋土挡墙的抗震破坏机理。最后,对以上分析结果进行了总结,并对高烈度区两级加筋土挡墙的抗震设计及现场施工提出了合理性建议。     

落石冲击下单压式拱形明洞的回填方式

为了解不同回填方式对拱形明洞结构受力的影响,利用动力有限元法,以客专双线单压式拱形明洞为研究对象,分别取混凝土、夯填土石、黏土、堆积土4种填充材料,对拱圈与耳墙间、耳墙外侧、拱顶上部进行4种不同方式的回填,并与不回填组成5种工况,模拟落石冲击下明洞结构的力学响应,对比分析拱顶、拱肩、拱脚、耳墙及仰拱等部位的应力、位移和地基反力;对各工况下的不同部位的应力、位移及基底反力进行打分,将每一工况对应的各项得分相加得到总分,根据总分对各工况进行综合评价。结果表明:在拱圈与耳墙之间采用混凝土填充,对落石冲击的缓冲和自重下结构的受力,都要优于采用夯填土石或黏土,但应注意保证耳墙基底地基承载力;当耳墙外侧有堆积土回填时,结构受力明显改善,但耳墙基底反力有所增大;相对于采用较坚硬的夯填土石或混凝土,拱顶上部采用较松软的黏土作为缓冲材料,更有利于结构拱顶部位的受力,但不利于耳墙侧拱脚和仰拱受力。     

跨座式单轨固定铸钢支座接触应力研究

为了研究跨座式单轨固定铸钢支座铰轴与摆孔之间的接触应力,应用Hertz接触理论,分析影响铸钢支座接触应力的主要因素。采用有限元数值模拟的方法,借助ABAQUS有限元分析软件,建立固定支座的三维有限元模型,通过计算得到固定支座的接触应力。对支座进行静力荷载试验,对比试验结果与有限元计算结果,验证有限元分析结果的可靠性。最后借助有限元分析手段,计算铰轴直径变化对接触应力的影响。结果表明,固定支座在设计静力荷载作用下的接触应力满足要求,并且铰轴材料具有较大的强度富余;铰轴直径的尺寸会影响支座接触应力的大小,且存在最优铰轴直径使支座接触应力最小,可以为铸钢支座结构的设计与优化提供指导。     

铁路斜拉桥承台大体积混凝土水化热温度-应力场研究

基于现场试验得到的混凝土物理及热特性参数,建立有限元仿真模型,获得理论水化热温度-应力场。结合有限元数值模拟及现场实测,得到了混凝土水化热发展的时程曲线及一般规律,并研究了混凝土内部温度梯度沿承台厚度方向和平面长度方向随龄期增长的变化情况,以及承台边缘部位混凝土的热应力分布规律。数值分析和现场实测结果验证了预先制定的温控措施的适用性,对于相近结构的设计、施工以及提高工程的可靠性和耐久性具有参考价值。