采用不同模拟方法的预制拼装桥墩拟静力加载模拟对比

预制拼装桥墩因其施工速度快、环境影响小、施工成本低等诸多优势,成为桥梁下部结构的应用趋势。为探究预制拼装桥墩不同数值模拟方法的优劣,选取文献中试验桥墩试件作为建模对象,采用现阶段三种预制拼装桥墩最常用的数值模拟方法(纤维模型法、实体模型法、集中塑性铰模型法),建立三种预制拼装桥墩有限元分析模型,进行拟静力加载模拟。采用滞回性能、骨架曲线、累积耗能、刚度退化作为指标对三种分析模型的模拟效果做出评价。结果表明:三种分析模型均能够被用于模拟预制拼装桥墩的滞回性能、极限承载力和刚度;在模拟预制拼装桥墩非线性能力上实体模型模拟效果最好,其次是纤维模型和塑性铰模型。实体模型在模拟预制拼装桥墩损伤方面具有更好的效果,纤维模型对桥墩损伤后刚度退化的模拟敏感程度偏低。     

西曲阜大桥预制与现浇墩柱抗震性能对比试验研究

依托威海西曲阜大桥的预制拼装桥墩设计,开展比例1∶3. 5的预制拼装与现浇墩柱抗震性能对比试验,预制拼装墩柱采用灌浆套筒连接。试验表明:预制拼装墩的滞回曲线呈现一定的捏缩现象,现浇桥墩的滞回曲线相对较为饱满;两种桥墩试件的水平抗力和延性系数基本相同,可以满足设计要求;预制墩对应的等效屈服位移和极限位移较大;预制墩柱在同一位移幅加载下的单圈耗能比现浇墩柱小,但总耗能比现浇墩柱大;预制墩柱的损伤、残余位移等自恢复指标均优于现浇墩柱。采用灌浆套筒连接的预制拼装桥墩的抗震性能与现浇桥墩相当,自恢复性能较好,是一种可靠的桥墩构造形式。     

车辆撞击下UHPC连接预制拼装桥墩动力响应及耐撞性能优化

以UHPC连接预制拼装高架桥墩为研究对象,基于LS DYNA软件对车辆撞击桥墩进行非线性有限元分析.通过UHPC试块轴压试验与落锤试验得到CSCM本构模型;并分析了不同撞击速度下预制拼装桥墩与整体现浇桥墩撞击力、变形发展规律及内力响应的异同;最后通过改变接缝钢筋直径,接缝处摩擦系数及下接缝处UHPC高度等关键参数进一步对预制拼装桥墩耐撞性能进行优化.结果 表明:撞击后预制拼装桥墩的振动周期明显比整体现浇桥墩要短;拼装柱裂缝发展由墩底杯口上端向撞击背面延伸,整体柱则是从墩底延伸;两个桥墩的墩底易出现剪切破坏,被撞击处易发生弯曲破坏,其中拼装柱墩顶可能还会发生弯曲破坏,整浇柱墩顶易出现剪切破坏,拼装柱和整体柱抗撞性能差异不大;此外提高UHPC高度,相较于接缝钢筋直径和接缝处摩擦系数,对拼装柱耐撞性能提升最为明显,桥墩损伤破坏和动力响应也明显下降,可有效提升该桥墩的耐撞性能.     

锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能数值模拟

锈蚀钢筋混凝土桥墩处于抗震不利状态,因而其抗震滞回性能研究尤为重要。笔者从钢筋截面积减小、屈服强度降低以及钢筋和混凝土黏结性能退化等方面,进行了锈蚀钢筋混凝土结构性能退化机理分析,通过建立锈蚀钢筋混凝土桥墩有限元模型,分析了桥墩在反复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线和耗能性能随锈蚀率的变化,结果与试验吻合较好,证明了模拟锈蚀钢筋混凝土桥墩滞回性能的有效性。     

客运专线桥墩-基础滞回特性的模型试验研究

通过桥墩基础与地基模型相互作用的滞回特性试验,获得墩顶力与位移的滞回及骨架曲线.采用静力Pushover法,对模型桥墩进行建模分析.分析中考虑地基土性质的复杂性以及滞回特性分析中要考虑土的加载、卸载以及再加载的本构关系.研究模型桥墩在周期性反复荷载作用下,进入非线性阶段的能量耗散、滞回特性、延性性能、破坏机理和破坏特征.     

RC矩形空心墩的新型滞回模型及参数识别方法

为了准确模拟RC （reinforced concrete）矩形空心桥墩的刚度退化特性,为桥梁震后可恢复性能研究提供理论基础,进行了不同设计参数的14个RC矩形空心墩模型拟静力试验. 通过引入峰值位移影响系数体现刚度退化与峰值位移的关联,建立修正的Bouc-Wen-Baber-Noori （BWBN）滞回模型;基于粒子群-引力搜索混合智能优化算法（combination of particle swarm optimization and gravitational search algorithm,PSOGSA）识别实测滞回曲线对应的滞回参数,并建立桥墩设计参数与滞回参数间的对应关系,进而总结滞回参数的经验预测方法. 研究结果表明:修正的BWBN滞回模型曲线与实测滞回曲线吻合程度高,相关性系数在0.98以上,且新型滞回模型能准确地反映出桥墩侧向刚度随墩顶位移退化的特性;PSOGSA算法能精确地识别实测滞回曲线的模型参数;采用经验预测方法得到的模型曲线与实测滞回曲线的相关性系数为0.83,该方法适用于缺乏实测滞回曲线的桥墩.      

胶接缝连接的节段拼装桥墩抗震分析模型

采用胶接缝连接的节段拼装预应力混凝土桥墩在地震荷载作用下会在接缝区域张开,出现不连续的现象.采用常规纤维模型分析方法对这一现象进行了有限元分析.计算结果与试验结果的对比表明,建议的用素混凝土短柱模拟胶接缝的方法,可以比较准确地预测低周反复荷载作用下采用胶接缝连接的节段拼装预应力混凝土桥墩的滞回特征.     

基于SEA的混凝土桥墩力学性能研究

超弹性合金(super-elastic alloys, SEA)因其独特的超弹性性质,在土木工程结构中有着广泛的应用前景。为研究内置SEA杆的混凝土桥墩在循环荷载作用下的力学性能,利用有限元分析软件ABAQUS建立桥墩的有限元模型。通过ABAQUS内置的超弹性模型和混凝土损伤塑性模型分别定义SEA杆和混凝土的材料本构,在建模过程中引入了普通钢筋的滞回模型,对桥墩的滞回曲线、结构刚度、屈服应力、耗能能力等力学参数进行数值分析。数值分析结果表明：有限元分析可以准确地模拟高性能材料在地震作用下的受力状态,该成果可应用于高性能材料的地震分析以及相应结构的设计和改进。     

柔性横系梁钢管混凝土双柱墩抗震性能分析

基于Pushover分析方法与滞回分析,探索柔性横系梁对钢管混凝土双柱式桥墩抗震性能的影响,采用非线性纤维梁柱单元,建立单柱墩、柔性横系梁双柱墩和刚性横系梁双柱墩模型,并进行计算对比分析,研究横系梁刚度的变化对墩顶位移能力、位移延性系数及滞回性能的影响。结果显示,随横系梁刚度增大,墩顶的位移延性能力减小,位移延性系数增大,桥墩水平承载能力提高,同时滞回耗能性能提高。     

外置可更换耗能装置的节段拼装CFST桥墩抗震性能分析

为顺应桥墩震后使用功能快速修复的新要求,提高预制拼装桥墩在中、高烈度地震区的适用性能,提出了一种外置可更换耗能装置的节段拼装钢管混凝土（CFST）桥墩. 基于ABAQUS有限元分析软件建立了三节段后张预应力预制拼装CFST桥墩分析模型,对外置3种不同控制参数（截面贡献率、耗能钢棒长细比及其布置方式）耗能装置的桥墩模型在往复加载作用下的抗震性能进行了分析. 研究结果表明:外置耗能装置的节段拼装CFST桥墩墩身损伤可控,能够通过更换耗能装置等措施实现震后的快速修复;与未设置耗能装置的桥墩相比,该类桥墩的侧向承载力、初始刚度和耗能能力分别提升了11%~88%、2.86%~6.87%和2.3倍~12.9倍;为保证震后修复的可行性,建议耗能装置的截面贡献率宜低于1.9%;中部接缝处设置的耗能钢棒直径过小将阻碍墩底处耗能钢棒充分发挥耗能作用,耗能装置沿墩高方向布置的折减系数大于0.5;耗能钢棒长细比的改变会影响墩柱的抗侧强度和延性,长细比减小,桥墩耗能能力逐渐提升,但残余位移也逐渐增大,建议耗能钢棒长细比的取值宜大于4.5.      

滑动摩擦系数的离散元数值模拟与分析

针对滑动摩擦的研究现状及存在的问题进行了简单叙述,将离散元理论引入滑动摩擦研究,应用基于该理论的三维颗粒流数值模拟软件（PFC3D）建立了滑动摩擦模型,重点分析了接触压力、表面粗糙度和相对滑动速度等因素对滑动摩擦系数的影响,模拟结果与经典摩擦理论结论进行了对比和讨论,最后给出了进一步研究的一些建议。     

碳滑板/接触线摩擦磨损性能

在环-块式试验机上进行纯碳滑板/铜银合金接触线载流摩擦磨损试验, 通过改变转盘转速模拟高速列车弓网系统中碳滑板与接触线在电流为250 A, 相对滑动速度为160~350 km·h^-1时, 不同相对滑动速度对弓网间的摩擦因数、载流效率、接触压力稳定性系数、电弧放电能量、碳滑板磨损率、碳滑板温升等参数的影响, 分析了6个参数与相对滑动速度之间的相关性与不同工况下受电弓滑板的磨损形貌。分析结果表明: 弓网间的摩擦因数、载流效率、接触压力稳定性系数随相对滑动速度的增大而降低, 电弧放电能量、碳滑板磨损率和碳滑板温升随相对滑动速度的增大而增大; 6个参数与相对滑动速度都呈强相关性, 其中接触压力稳定性系数、电弧放电能量、磨损率和碳滑板温升与相对滑动速度正相关, Pearson系数分别为0.991、0.996、0.952、0.991, 载流效率、摩擦因数与相对滑动速度速度负相关, Pearson系数分别为-0.990、-0.986;随着相对滑动速度的增大, 碳滑板的磨损愈发严重, 相对滑动速度超过250 km·h^-1后, 碳滑板表面的裂纹显著增多且深度也明显增大; 磨损前后碳滑板的能谱分析表明, 碳滑板与接触线间材料的转移是双向的。     

高加速寿命试验下的干式离合器半联动热稳定性

针对干式离合器在半联动操作中的热失效问题, 研究了半联动过程中离合器的热稳定性。基于离合器半联动操作过程中的滑摩功, 得到了影响热稳定性的关键变量, 包括摩擦片轴向压力、相对滑磨转速和滑磨持续时间。结合干式离合器热模型和高加速寿命试验, 设计了强化加载剖面, 验证了摩擦片热模型的循环强化加载试验效果。为了分析高加速寿命试验下不同变量对热稳定性的影响程度, 通过正交试验和极差分析法, 研究了关键变量对摩擦片最高热点温度的影响。研究结果表明: 按影响程度由大到小排序, 3个关键变量依次为相对滑磨转速、滑磨持续时间和摩擦片轴向压力; 当发动机转速较低, 约为1 000 r·min^-1时, 热点温度始终保持在200℃以下的安全温度, 当发动机转速超过1 500 r·min^-1, 轴向压力超过2.0 kN, 滑磨持续时间超过8 s后, 热点温度将超过200℃的安全温度; 采取合适的半联动操作组合, 例如控制发动机的转速与频繁半联动操作的累计时间, 可以有效防止摩擦片热失效的发生。     

渐开线齿轮轮齿滑动率分析

渐开线是由发生线沿着基圆纯滚动而形成的,渐开线齿轮在啮合过程中,轮齿间存在相对滑动,滑动速度在节线附近最小,并沿着节线分别向齿根和齿顶方向逐渐变大.轮齿间的相对滑动速度有利于油膜的形成,可以防止出现点蚀等失效现象,进而影响到轮齿的接触疲劳强度,但相对滑动又带来了摩擦磨损,是齿轮失效的主要形式之一.针对轮齿之间的相对滑动,分析标准直齿圆柱齿轮轮齿间的滑动速度,并得到数值计算公式,同时根据滑动速度的方向解释了轮齿啮合中摩擦力的方向,并用Matlab进行了仿真,为齿轮设计提供一定的参考.     

摆动活齿传动弹流润滑下的摩擦功耗

为了准确获得弹流润滑下摆动活齿传动的摩擦功率损失,根据摆动活齿传动的啮合原理,探讨了弹流润滑状态下,活齿与内齿圈之间滑动摩擦因数的计算方法,分析了传动过程中滑动摩擦因数的时变规律.在对活齿与内齿圈间的接触正压力和相对速度进行计算的基础上,建立了弹流润滑下,摆动活齿传动在一个啮合周期内不同啮合点处的瞬时滑动摩擦功率损失的计算模型.应用最小二乘法拟合了啮合周期内的瞬时滑动摩擦功率损失函数,通过对其进行积分运算导出了平均滑动摩擦功率损失的计算公式.实例计算表明:本文提出的摆动活齿传动啮合过程摩擦功耗的计算模型是可行的,当活齿与内齿圈在齿廓曲线拐点处啮合时,瞬时滑动摩擦功率损失最大,其值为118.4 W.      

简支梁桥的地震反应性能

分析研究了简支梁桥在地震作用下的空间地震反应性能。着重讨论了桥梁支座在地震过程中的反应特点和滑动铰支座的摩擦系数和桥梁空间地震反应性能的影响。因为摩擦的滞回特性，所以在地震过程耗散大量的能量。滑动铰支座的摩擦存在对桥梁的抗震是有利的。     

Friction characteristics in green drilling titanium alloy Ti6Al4V

Titanium alloy Ti6Al4V, as difficult-to-cut material, has poor machinability. Conventional cutting fluid serves as a coolant and lubricant. In green drilling, water vapor is recognized as an effective coolant; however, its lubrication properties are not well known in drilling. This paper investigates the friction characteristics between chip and tool in green drilling Ti6Al4V, compared with that in sliding and turning process. A friction evaluation model is developed based on the equivalent model of drilling, then is used to calculate the effective friction coefficient. Results indicate that the friction coefficient on the tool-chip interface is considerably reduced in drilling by water vapor, so the drilling forces decrease, too. The friction coefficient decreases as velocity increases in drilling, which is different from the law of sliding tests; the friction coefficient increases when the distance to chisel edge increases.     

三维弹塑性轮轨滑动接触热机耦合分析

为提高轮轨滑动接触热响应分析的准确性,基于Johnson-Cook材料模型,充分考虑含摩擦因数在内多种材料属性的温度相关性、3种热传递方式和轮轨实际廓形,建立了全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型,采用完全耦合法对滑动接触状态下的轮轨进行热机耦合分析;研究了车轮以1 m·s^-1速度沿钢轨滑行0.1 s时的轮轨温度场和应力场分布特性,分析了轴重、相对滑动速度对轮轨接触区温度场的影响,得到了热影响层深度、热影响层宽度、轮轨表层温度随轴重、相对滑动速度的变化关系。分析结果表明：轮轨最大等效应力发生在次表层接触斑中心处,车轮表层最高温度发生在接触斑后半部分中心处,车轮表层最高温度为848 ℃,钢轨表层最高温度为768 ℃,钢轨表层最高温度低于车轮表层最高温度;轮轨热影响层很薄,车轮热影响层深度约为4.22 mm,钢轨热影响层深度约为3 mm;轮轨热影响层深度随轴重增大无明显变化,而宽度随轴重的增大而增大,轮轨热影响层深度随相对滑动速度的增大而减小,而宽度随相对滑动速度增大无明显变化,轮轨表层温度随轴重和相对滑动速度的增大而增大,且相对滑动速度对轮轨热响应影响更大。全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型及热机完全耦合法能够更加准确地预测轮轨滑动接触热响应,对合理开展轮轨热损伤和热疲劳研究具有重要意义。     

基于ADAMS的楔式制动器摩擦特性研究

通过分析重载汽车楔式制动器的基本工作原理,研究了摩擦副摩擦因数在温度、相对滑动速度、载荷等因素影响下的变化情况.在三维仿真模型的基础上,应用ADAMS多体动力学分析软件对制动力矩进行了仿真分析,并与试验结果进行对比,验证了仿真分析的正确性.从而为理论研究楔式制动器的摩擦特性提供了依据.     

基于ADAMS的楔式制动器摩擦特性研究

通过分析重载汽车楔式制动器的基本工作原理,研究了摩擦副摩擦因数在温度、相对滑动速度、载荷等因素影响下的变化情况。在三维仿真模型的基础上,应用ADAMS多体动力学分析软件对制动力矩进行了仿真分析,并与试验结果进行对比,验证了仿真分析的正确性。从而为理论研究楔式制动器的摩擦特性提供了依据。