弯-剪-扭复合作用下考虑扭转翘曲的U形薄壁混凝土梁设计方法

基于弯-剪-扭复合作用下U形薄壁混凝土梁的试验和数值模拟参数分析研究成果,提出U形梁约束扭转内力翘曲弯矩Mω和翘曲扭矩Tω的等效方法,进而提出弯-剪-扭复合作用下考虑扭转翘曲的U形薄壁混凝土梁设计方法.对考虑扭转翘曲、不考虑扭转翘曲2种情况下的设计内力和计算极限荷载的结果进行对比分析.结果 表明:2种情况下所得到的设计...     

桥基高边坡稳定的二维、三维有限元对比分析

研究目的:目前桥基高边坡分析主要基于二维平面问题处理,忽视其空间效应。无论是高边坡还是桥台基础等都是三维实体,二维分析的结果推广到实际应用中往往存在一定误差。相对三维领域,二维条件下各种边坡理论发展较为成熟,工程上简便实用,二维分析仍是值得考虑的一种方式。在二维和三维2种状态下,对荷载作用下的高边坡岩体力学行为特征和规律进行对比分析,研究结果可为桥基高边坡设计及稳定性评价提供参考。研究结论:二维和三维条件下,桥基高边坡岩体力学行为特征大致相同,二维计算的应力、位移普遍偏大,这种现象在桥梁基底附近尤为明显;同等条件下二维所计算的坡面稳定性较三维偏于保守;相对三维,二维计算的误差并不恒定,误差大小随荷载强度、桥基位置、坡度、桥基尺寸等各因素变化而变化。     

基于壳-弹簧模型大断面盾构隧道管片衬砌设计参数灵敏度及取值研究

随着盾构隧道直径及幅宽的加大,综合考虑衬砌接头的传力及分布特性,传统的二维计算(梁-弹簧)模型已不足以更为全面地反映衬砌结构的空间力学特征。以ANSYS为平台,基于内置APDL和UIDL语言编制的"盾构管片衬砌三维分析程序"(3D Segment Lining Analysis Program of Shield Tunnel-SLAP 3D),建立壳-弹簧模型,对比分析地层参数(包括侧压力系数、地基抗力系数)、接头刚度参数(包括接头抗弯刚度、轴向抗拉压刚度、切向剪切刚度)对衬砌内力的影响,给出相关参数的取值原则。研究表明:进行衬砌内力计算时,接头抗弯刚度的取值宜通过工程类比或试验确定,在无法准确确定时可偏安全的取较大值;接头抗压、抗剪刚度在结构计算中可偏于安全的取大值。     

京沪高铁深埋式桩板结构设计计算方法分析

深埋式桩板是高速铁路无砟轨道路基的一种新型结构形式,其设计方法及计算理论目前还不成熟。本文结合京沪高速铁路深厚软土地基低矮路堤深埋式桩板结构的设计参数,建立二维和三维的有限元模型,计算得出桩板结构内力分布和变形特性等。对比分析二维和三维的有限元计算表明,二维与三维框架法计算结果接近,且均满足无砟轨道的控制指标要求。为了便于设计计算,建议按照二维框架法计算结构内力。     

基于CFD的桁架桥气动参数研究

基于计算流体动力学方法,以某桁架桥为研究对象,建立三维仿真模型进行气动性能研究。通过对比三维气动仿真结果与风洞试验结果可知,三维气动仿真分析能够较为精确地计算出在不同风攻角下桁架桥的三分力系数。结合风洞试验结果以及二维气动仿真分析结果对国内现行规范中桁架桥气动参数选取方法的精确性做出检验并提出改进建议。将桁架结构截面的外轮廓和实面积比作为控制条件建立二维等效模型,在不同风攻角下其阻力系数计算结果与规范建议方法计算结果相比精度有较大提高。     

火灾高温作用下钢筋混凝土框架梁温度内力实用计算方法

混凝土框架结构火灾高温过程中的内力计算复杂,温度内力计算是整个框架内力计算的基础。根据力学原理和混凝土高温性能特性,提出了一种计算火灾高温下钢筋混凝土框架梁温度内力的实用计算方法。该方法将受火高温梁简化成温度均匀的刚度等效截面,通过考虑柱提供的变形约束刚度和混凝土高温瞬态热应变导致的刚度降低的双重影响,来计算其升温时的温度内力。通过与有限元软件ANSYS的分析结果对比,表明该方法简单可靠。     

考虑空间整体效应的温度自应力计算

针对在计算混凝土桥梁结构的温度自应力时,按现行的计算方法得到的结果与实测的数据有较大差别的问题,根据温度作用下的应力-应变关系及结构内力特点,并运用三维平面假设,改变温度荷载的加载方式和多余约束力的状态,推导出考虑空间整体效应的温度自应力计算方法。对箱梁的实例分析表明：在计算桥梁结构的温度自约束应力时,应考虑纵横向温度应力-应变之间的互相影响,采用与实际情况相符合的温度荷载加载方式,这样使计算结果更接近实际值。     

关于复合式衬砌整体计算模型的思考

复合式衬砌传统计算方法常忽略初期支护内力计算及其安全性检验,二次衬砌所承担的围岩荷载根据围岩条件进行经验确定。针对其不足,提出适用于复合衬砌的整体计算模型,并通过实例计算分析传统计算模型与整体计算模型下内力产生差异的原因。围岩与初支间接触的模拟需考虑其法向及切向约束作用。软弱围岩对初衬的最大剪切约束力与围岩的黏聚力、内摩擦角及两者所传递的法向压力有关,当围岩与初衬间的剪切力大于最大剪切约束力后,软弱围岩所能发挥的剪切约束与剪切位移、摩擦系数及两者所传递的法向压力有关。因防水板的设置,初衬与二次衬砌仅需考虑其法向约束作用,以仅受压弹簧模拟围岩与初衬及初衬与二次衬砌间的法向约束,可较为真实地模拟接触受压后方能传递压力的特性。传统计算模型下,围岩荷载承担比例的增加对衬砌内力分布形式影响较小,衬砌内力值与围岩荷载基本成同比例变化;整体计算模型下,围岩荷载在初衬与二次衬砌间进行自适应分配,衬砌所受荷载大小及分布形式与传统计算模型下的荷载具有较大差异,因此内力大小及分布形式也随之发生变化。     

倒梯形桁架桥断面气动参数研究

采用计算流体力学(CFD)和风洞试验相结合的方法,对某倒梯形桁架主梁断面二维等效模型和气动导纳函数进行研究。首先依据外轮廓和实面积比不变的原则,建立斜腹杆位置不同的二维模型,识别其静力三分力系数并与风洞试验结果对比,得到二维等效模型。随后基于二维SST k-ω湍流模型和2D LES模拟,对二维等效模型分别进行气动导纳数值识别,识别结果与风洞试验对比研究。结果表明:无论是基于RANS的SST湍流模型还是2D LES模拟,二维等效模型气动导纳识别结果均与Sears函数较为接近,而SST k-ω模型气动仿真结果与风洞试验吻合良好;采用文章所用模型简化和数值识别方法,可对桁梁的气动参数进行有效识别。     

基于联动迭代及Heaviside函数的铁路桥墩刚度和位移计算方法

为提高铁路简支梁桥墩刚度及墩顶位移计算的准确度及通用性，克服桥墩及桩基设计中无法实时考虑桩-土耦合作用对刚度的影响，提出一种基于联动迭代及利用Heaviside函数的铁路桥墩刚度及位移计算的广义柔度矩阵法。该算法通过将桩基计算“m”法相关参数代入广义柔度矩阵，实现瞬态反馈桩长及地质变化对桥墩刚度的影响；基于力学等效原则推导集中荷载与分布荷载的等效节点力表达式，并通过将各荷载工况边界条件与Heaviside函数等效置换，得到桥墩单元作用任意形式集中荷载或分布荷载的等效节点力通用完备解；将该算法编入设计程序，实现铁路桥梁桩长、刚度、墩顶位移等参数的精准耦合计算。以变截面圆端形空心桥墩共同作用制动力、纵向风力及土压力为算例，计算结果表明，该算法与3种有限元软件计算的墩顶位移最大误差均在0.600%以内，计算精度高。     

上海轨道交通异形超深基坑施工过程数值模拟分析

利用FLAC3D有限差分法分析软件,针对上海轨道交通某开挖深度为27 m的异形超深基坑建模计算;计算中考虑土、围护结构、水平支撑体系共同作用,三维计算模拟分层开挖施工工况,并与平面二维计算进行比较;得出了该异形超深基坑的变形计算结果和变形控制要点。此类基坑使用二维计算软件来模拟的计算误差较大,而三维计算能充分考虑基坑的空间效应。该异形超深基坑不同于一般深基坑的变形特性,应充分考虑基坑异型带来的薄弱点,在结构平面的变化点应重点加强。     

青岛地铁某地下车站结构抗震数值模拟计算分析

为了研究地铁地下车站在地震荷载作用下的受力情况,以青岛地铁某明挖地下车站为例,通过静力法和时程分析法分别建立二维数值模型,对明挖地下车站标准断面的受力进行结构抗震性能模拟分析;对车站大里程端节点结构建立三维数值模型,进行结构抗震性能模拟分析。车站标准断面二维模拟计算结果表明,时程分析法与静力法2种计算方法得到的内力计算结果比较接近,顶板跨中、底板支座、底板跨中、侧墙支座、侧墙跨中均受静力法计算结果控制,顶板支座、中板支座、中板跨中受时程分析法控制,对比基本荷载组合、准永久荷载组合的内力及相应的配筋计算,地震荷载组合对车站结构各构件承载力并不起控制作用;大里程端节点结构三维模拟分析结果表明,车站结构各构件满足抗震设计要求。     

反应位移法和地震系数法在地铁隧道抗震中的对比分析

为更好地模拟计算地震对地铁隧道内力与变形的影响,本文结合具体算例,采用反应位移法和地震系数法分别计算了地铁隧道截面的组合内力与变形。通过对比分析2种方法的计算结果,发现反应位移法计算的内力与变形小于地震系数法计算的结果。二者在计算过程中考虑的因素不同,反应位移法主要考虑土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪切力作用,地震系数法则是将随时间变化的地震力用等效的静地震荷载代替,然后用静力计算模型分析地震荷载作用下的结构内力与变形。     

泊松比在薄壁箱梁约束扭转和横向内力分析中的影响

为准确分析薄壁箱梁的约束扭转效应和横向内力,结合弹性力学中平面问题的几何和物理条件,提出基于乌曼斯基第二理论分析约束扭转时应考虑泊松比对弹性模量的修正,基于框架分析法分析畸变横向内力时应考虑泊松比对各板件横向弯曲刚度的修正.结合箱梁数值算例,不考虑泊松比或按工程中常用的材料选取不同的泊松比,详细分析了泊松比对约束扭转效应和横向弯矩的影响.研究结果表明:考虑泊松比时,扭转翘曲正应力和横向弯矩与有限元结果吻合良好;与不考虑泊松比时的计算结果进行比较,当泊松比为0.37时,扭转翘曲正应力可提高28.41％,反对称荷载下的横向弯矩可减少24.97％.因此,约束扭转分析时应考虑泊松比对弹性模量的修正,横向内力分析时应考虑泊松比对横向弯曲刚度的修正.     

水平地震作用考虑土-结构共同作用的高层钢结构交错桁架内力分析

研究了三维高层钢结构交错桁架的动力内力反应,在计算水平地震作用下交错桁架的动力反应时考虑土-结构共同作用。在进行内力计算与分析时,同时研究交错桁架结构底柱固定与考虑共同作用两种情况,对水平地震作用下的最大动力反应进行了研究。计算结果表明:考虑土-结构共同作用时,水平地震作用下交错桁架柱子的最大内力将减少,并且其内力变化也更加缓和。     

基于定位装置参数等效的接触网二维力学模型

接触网既是供电的线路,又是受电弓的滑道,其结构为三维柔性索网,当受电弓通过时,支持点和张力补偿点不存在瞬时大位移,其动态行为可以忽略,定位点由于存在非线性铰接,定位点处的动态行为不能被忽略。为等效定位点的动态行为,通过静力学分析,简化三维力学模型,将定位装置的三维非线性铰接等效为二维线性弹簧,并推导弹簧的等效刚度值计算公式,得到接触网二维力学模型。最后通过仿真实例,验证接触网二维力学模型的静态和动态效果与接触网三维模型完全吻合,并确认定位装置等效刚度的计算方法。     

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑桥面系传力特性

在列车制动力等纵向力及竖向荷载作用下的空间变形均会导致钢桁梁桥面系存在复杂的纵向受力和传力,针对大跨度铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑内密肋桥面系,基于解析公式推导、有限元仿真分析研究其受力特性和桥面构件的纵向传力比。在此基础上,基于应力等效准则制作1∶4的试验模型,进行最不利工况下加载试验,研究该桥面系的实际受力和传力特性。结果表明:纵向传力解析式显示,K撑与横梁的纵向传力比仅与结构参数相关,为0.69~2.76的定值,能传递40.83%~73.40%的总纵向力,K撑面积、横梁外伸长度是影响纵向传力比的主要参数;由全桥杆系有限元模型分析的内力结果计算的纵向传力占比介于61.09%~72.53%之间,由局部有限元模型分析的应力结果计算的纵向传力占比介于57.45%~86.60%之间,试验模型实测应力计算的纵向传力占比介于58.16%~87.95%之间,不同方法计算的纵向传力占比存在一定误差,其原因主要源于理论简化、计算模拟及测试误差,但均能反映纵向传力比的基本范围。可见,K撑构件能够有效传递纵向力,降低横梁面外弯矩,改善桥面系结构受力。     

带悬臂板薄壁箱梁极惯性矩的合理计算方法

分析带悬臂板箱梁横截面上各项剪应力及其合成的扭矩,导出极惯性矩和翘曲系数的表达式并论证计算极惯性矩时考虑悬臂板的必要性。在约束扭转控制微分方程基础上,给出简支箱梁跨中作用集中扭矩荷载时各广义位移和内力的初参数解。结合数值算例,分别按考虑和不考虑悬臂板情况计算极惯性矩,将求得的全截面翘曲正应力与通用有限元软件ANSYS壳单元计算结果进行比较,分析不同极惯性矩计算结果对广义位移和内力的影响。结果表明:计算极惯性矩考虑悬臂板时求得的翘曲正应力比不考虑时更接近ANSYS壳单元的计算结果,证实考虑悬臂板更合理;计算极惯性矩时是否考虑悬臂板,对箱梁扭转角和广义翘曲位移的影响较小,但对双力矩和二次扭矩有明显影响,不考虑悬臂板时跨中截面的双力矩和二次扭矩分别减小22%和39%。     

有限元极限平衡法在三维边坡中的应用研究

研究目的:在二维有限元极限平衡法基础上建立基于强度储备概念和主滑方向的三维有限元极限平衡法,明确其空间任意形状滑动体安全系数定义及其物理意义、安全系数与主滑方向的关系和可行性等关键问题.利用积分中值定理给出其空间任意形状滑动面的安全系数定义,表征空间滑面内局部安全系数和整体抗滑稳定安全系数的内在联系.研究结论:(1)有限元极限平衡法得到的稳定分析结果与刚体极限平衡法和有限元强度折减法保持一致,将该法应用于空间边坡稳定安全评价是可行的;(2)当计算坡体轴向长度较短时,滑坡体三维效应明显,三维稳定安全系数明显高于二维稳定安全系数;当坡体轴向长度较长时,三维稳定分析结果与二维稳定分析结果趋于一致.     

基于线路测试结果的转向架构架牵引电机振动试验载荷谱研究

忽略对结构疲劳损伤贡献较小的高频信号和小幅循环的影响，对牵引电机振动载荷进行雨流计数处理，获得三维载荷谱。基于应力均值大于0的Haigh疲劳曲线，构建平均载荷修正方法，将三维载荷谱转换为二维载荷谱。将测试载荷谱扩展至全寿命运行里程，以载荷谱特征参数一致为准则，推断全寿命运行里程下的最大载荷幅值，确定全寿命载荷谱。参考FKM提供的方法，计算变幅循环系数，确定了对应变幅循环的等效恒幅载荷计算方法，构建构架牵引电机振动载荷疲劳试验的恒幅载荷谱。建立有限元分析模型，分别以全寿命里程下的变幅循环和构建的等效恒幅循环载荷谱作为输入，计算了构架电机安装座与横梁上盖板间焊接接头的疲劳强度。计算结果表明，变幅循环和等效恒幅循环载荷谱作用下的结构疲劳强度薄弱区域一致，节点材料利用率最大值分别为0.277 0和0.326 5。构建的等效恒幅循环载荷谱偏于保守，能够有效指导构架疲劳强度试验。