福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。     

大跨度自锚式悬索桥主塔模型试验设计与力学分析

文章基于相似理论和抗弯刚度相似原则对桃花峪大桥主塔进行试验模型设计,并依托建立的ABAQUS有限元模型,采用Full-Newton法分析施工阶段塔柱P-Δ压弯耦合效应引起的非线性力学行为。试验结果表明:顶推施工能够使截面应力水平降低约12%~18%。     

钢筋混凝土矩形梁裂缝扩展机理研究

钢筋混凝土矩形梁在上部荷载的作用下,下部受拉区因挠度过大易出现裂缝。基于Midas FEA细部分析软件,分析了矩形梁的受力状态、裂缝扩展顺序及带裂缝工作时的应力—应变关系,为设计人员在设计和计算钢筋混凝土矩形梁时提供一定的参考。     

应力吸收层的有限元模拟分析

为研究荷载作用对应力吸收层厚度和模量的影响,文章采用二维有限元对应力吸收层进行了下基层裂缝尖端I型和II型应力强度因子的计算。结果显示:车辆荷载作用不易导致半刚性基层裂缝上的沥青层发生张开型的反射裂缝;未设置应力吸收层的裂缝尖端的应力强度因子比设置应力吸收层的裂缝尖端的应力强度因子大0.011 6 MPa·m~(1/2),应力吸收层结构削减了基层裂缝尖端剪应力的奇异性,可以延缓基层既有裂缝向沥青扩展;半刚性基层裂缝尖端应力集中因子KⅡ的大小对于应力吸收层的材料模量比结构厚度更为敏感。综合考虑应力吸收层的应力吸收功能,应力吸收层厚度推荐为2cm,而应力吸收层模量的选择则推荐为400~600 MPa。     

裂缝数量对隧道衬砌稳定性的影响研究

为研究裂缝数量对隧道衬砌结构承载性能及安全性的影响机理，基于断裂力学理论建立带裂缝衬砌内力计算模型，推导双裂缝情况下应力强度因子计算公式，并分析开裂衬砌结构内力和稳定系数的变化规律，不同数量裂缝对衬砌结构内力的影响规律以及开裂部位拉应力的变化情况。结果表明：与拱顶存在1条裂缝相比，存在2条裂缝时承载能力仅降低1.35%，稳定系数降低6.9%；存在3条裂缝时承载能力降低2.26%，稳定系数降低8.1%。拱顶存在多条相近裂缝时，其中一条裂缝对其他裂缝有一定闭合作用，不会加速裂缝的扩展。     

裂缝对于钢筋混凝土桥梁耐久性的影响及防范措施

当前我国现役的桥梁大部分都是钢筋混凝土结构,钢筋混凝土桥梁的耐久性一直是研究的热点。裂缝作为影响钢筋混凝土桥梁耐久性的一个重要因素,对其进行深入细致的研究是非常必要的。阐述了钢筋混凝土桥梁裂缝产生的原因,分析了裂缝对于钢筋混凝土桥梁耐久性的影响,并根据我国的具体国情探讨了改善钢筋混凝土桥梁裂缝的切实可行的方法,这对于减少钢筋混凝土桥梁裂缝、提高钢筋混凝土桥梁的耐久性具有非常重要的现实意义。     

特大断面分岔隧道结构设计分析

文章结合某分岔隧道项目,对分岔隧道结构三种平面过渡方式的优缺点进行论证,推荐采用分段逐步扩大过渡方式,并针对特大断面分岔隧道断面尺寸、围岩缺陷效应及应力重分布影响范围大的技术难点,提出了两种不同的支护结构方案,通过数值对比分析推荐采用两层初期支护+单层模筑钢筋混凝土的复合式衬砌结构方案。     

浅析钢筋混凝土非线性有限元分析

近年来,钢筋混凝土非线性有限元理论获得了重大发展,与线弹性分析方法以及常规计算模型相比,非线性有限元方法具有适应性强、力学概念明确、分析精确等优点。本文阐述了钢筋混凝土结构非线性有限元分析的重要意义,并介绍分析了钢筋与混凝土间的关系模型,及混凝土材料的本构关系模型与混凝土单元的裂缝模式与破坏准则。     

大跨径PC箱梁桥腹板开裂与处治综述

文章在归纳总结国内外关于大跨径PC箱梁桥腹板裂缝研究的基础上,从混凝土和竖向预应力筋的施工性能两个方面分析他们对腹板裂缝的影响。结论显示:高强混凝土较大的自收缩和较高的脆性是造成腹板出现早期裂缝的重要原因;根部腹板大体积混凝土施工时过大的水化热会造成腹板在施工阶段出现贯通裂缝;竖向预应力筋采用性能优良的CFRP筋能有效降低竖向预应力损失;竖向预应力筋采用滞后张拉并保证竖向预应力筋间距与腹板半高比s/c0.5,腹板截面不同高度处预应力效率均较高。     

公路隧道二次衬砌纵向裂缝非线性数值模拟研究

已建隧道普遍存在衬砌开裂现象,裂缝的存在会降低隧道衬砌的承载能力.文章为研究带裂缝隧道衬砌的力学性能,提出了塑性地压、松弛土压、偏压等三种受力裂缝数值模拟的荷载施加模式;分析了几种常见裂缝模型的原理及适用性,并且基于钢筋混凝土有限元非线性分析理论,利用分布裂缝模型进行不同荷载模式下隧道二次衬砌开裂至破坏的全过程分析;通过计算得出了不同加载方式下裂缝的发展及分布规律.研究结果可为隧道衬砌裂缝成因判断及二次衬砌加固改造提供理论支撑.     

某斜交实心板桥极限承载能力研究

以湖北省五峰土家族自治县某斜交实心板桥为工程背景,考虑混凝土的材料的非线性,分析斜交实心板桥在极限承载状态下的受力状况,同时研究汽车荷载加载过程中结构挠度、应力和裂缝的变化规律.分析结果表明:当汽车荷载达到公路-Ⅱ级的60％时,斜交实心板桥的结构受力进入非线性;当汽车荷载达到公路-Ⅱ级的2.364倍时斜交实心板桥达到极...     

钢管混凝土拱梁组合体系桥梁施工阶段拱座应力分析

钢管混凝土拱梁组合桥梁施工采用整体吊装方案时,整体吊装后的系梁内劲性骨架处于空钢管阶段,结构受力复杂。文章以某实际桥梁为例,采用ABAQUS建立局部有限元模型,对拱肋与系梁劲性骨架连接部位的应力分布特点进行了分析。结果表明:拱肋与系梁劲性骨架连接节点应力在允许范围内,没有出现局部屈曲现象;拱肋最大Mises等效应力出现在下端管的下边缘与系梁加劲骨架上钢板交界处;系梁劲性骨架节点出现较为明显的应力集中现象,最大Mises等效应力出现在第一根斜腹杆与下弦管连接节点部位,离索力张拉端越远,节点局部应力集中程度越小。建议在系梁钢管桁架的弦管内填充混凝土,以增加整个系梁劲性骨架的刚度,并减小连接节点的应力集中程度。     

连拱隧道先行洞室支护体系施工力学性态研究

结合连拱隧道工程实践,对隧道施工中先行洞室支护体系应力进行相关监测,分析不同开挖工序下应力变化规律。研究结果表明:先行洞室上台阶及仰拱开挖引起了支护应力较大变化及重分布,为支护稳定的控制点;隧道开挖对支护应力的纵向影响距离大致为隧道跨度的2倍,约为20～25 m;开挖效应消失后,左右拱圈45°处应力的时间效应较其它位置要明显;封闭支护结构是改善结构受力的有效途径,应及时施作仰拱和形成封闭环。该研究结论可为类似条件下连拱隧道设计施工和现场监测提供借鉴与参考。     

桩-土效应对连续梁桥地震响应的影响研究

为了研究桩-土效应对桥梁地震响应的影响,以某典型高速公路连续梁桥为工程背景,根据Winkler地基梁模型模拟桩-土效应,采用非线性时程分析方法对比研究了桩-土效应的影响。分析结果显示:考虑桩-土效应和桩基材料非线性以后,桥梁结构的自振周期将大幅增大,增幅达82%;由于桥梁结构刚度的下降,基阶周期的增大,使得各墩墩底截面的内力响应出现较明显的下降。研究结果表明,在桥梁的抗震分析中,若不考虑桩-土效应和桩基非线性,将导致桥梁结构动力特性分析以及墩柱地震内力响应的计算出现不可接受的误差。     

基坑开挖沉降影响区内墙体受力研究

提出了基坑开挖沉降影响区内墙体分析的等代荷载法及其计算模型，分析了参数E／G及L／H对墙体剪切效应的影响，证明了开挖初期剪切效应对墙体的应力和变形起控制作用，剪切裂缝先于弯曲裂缝出现，并介绍了根据墙体应力应变分析结果判断墙体破坏情况的一般方法。     

新建高速公路上跨运营高铁隧道结构安全分析

在新建高速公路上跨运营高速铁路隧道的施工中,线路的交叉必然会引起既有隧道结构的受力改变,从而影响铁路隧道的运营安全。基于此,文章结合工程实例,针对上跨交叉段,采用MIDAS GTS/NX有限元分析软件进行数值模拟分析,研究高速公路荷载施加前后高速铁路隧道结构受力和安全系数的变化情况。结果表明,高速公路荷载施加后,既有隧道应力增加和结构安全系数降低的幅度较小,对隧道结构的安全性能影响很小,隧道处于安全状态。     

大跨径连续刚构桥跨中下挠影响因素分析

文章结合甘肃省西长凤高速公路泾河特大桥工程实例,利用有限元模型,定性分析了混凝土徐变、预应力损失、结构裂缝等因素对连续刚构桥跨中下挠的影响程度。结果表明,加载龄期对混凝土的收缩徐变效应影响显著;徐变模型的选择对桥跨结构下挠变形具有一定的影响;预应力损失对桥跨结构下挠变形有着重要的影响;结构裂缝对桥跨结构下挠变形影响显著,且二者呈现非线性增长趋势。     

高温环境下钢筋混凝土结构温度传播规律研究

高温环境下钢筋混凝土结构的力学性能会出现不同程度降低,严重影响结构的使用寿命,而钢筋混凝土结构内的温度分布规律是分析构件抗火性能和维修加固的依据。鉴于此,文章依托成都市某装配式隧道工程,基于该隧道工程钢筋混凝土衬砌实际情况,采用室内耐火试验,研究高温环境下钢筋混凝土结构内温度传播规律。根据室内试验成果,采用数值模拟方法对混凝土相关热工参数进行优化,获得更适合于工程实际的数值模拟参数,并对实际工程装配式隧道进行热力耦合分析。研究结果表明:(1)单面受火条件下,钢筋混凝土梁距离受火表面越近,升温速率越快温度越高;(2)基于有限元方法修正导热系数计算公式,可为仿真计算参数选取提供参考;(3)顶板与中墙、侧墙相连接的边角处易产生热应力集中,对结构损伤较大,在隧道防火设计时应考虑加强。     

半刚性路面Top-Down裂缝及其应力强度因子分析

为了研究荷载应力和温度应力对半刚性沥青路面Top-Down裂缝扩展的影响,文章基于断裂力学理论,运用有限元方法,建立弹性层状连续的二维路面结构模型,分析高温状况荷载的超载比例、既有裂缝长度和低温状况既有裂缝长度对裂缝尖端应力强度因子的影响,计算时考虑了路面非均匀温度场和温度与沥青混合料弹性模量关系。结果表明超载比例增加、既有裂缝长度增加都会导致裂缝尖端的应力强度因子线性增加,低温状况温度应力作用比高温状况荷载应力作用更易加速Top-Down裂缝的扩展。     

新隧道爆破开挖对邻近隧道的影响分析

通过建立静力模型模拟既有隧道衬砌的现有受力状态并分析新隧道开挖时引起既有隧道的衬砌应力重分布;然后建立动力模型分析新隧道爆破时应力波在既有隧道二次衬砌中引起的应力状态;将静力模型和动力模型中隧道衬砌的应力进行矢量叠加,评判新隧道爆破开挖对既有隧道的影响。结果表明新建隧道爆破开挖对既有隧道的应力分布有较大影响,使得既有隧道二次衬砌近新隧道侧边墙处拉应力达到1.57MPa,超出混凝土抗拉强度,建议对新隧道施工采取必要的控制措施,从而保证既有隧道的安全。