钢桁梁悬索桥承载能力的静载试验评估分析

早期修建的小跨径钢桁梁悬索桥目前多已接近设计年限,正确评估其承载能力是桥梁维修、加固和技术改造的基本依据,也是桥梁管理的重要内容。文中介绍了桥梁承载能力评估的静载试验方法,分析了中美两国桥梁评估规范的异同;同时结合泸定县城南大桥的实例,在计算分析现场检测资料和静载试验结果的基础上评估其承载能力状况,并提出了恢复承载能力的加固措施和建议。     

动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验

为了研究动力湿化作用下渗流水在粗粒土高路堤内的迁移特性,自主研发设计制作一种室内喷洒降雨装置及车辆动力荷载模拟装置,开展动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验,从时间和空间2个角度描述渗流水在路堤内的迁移特性,然后根据模型试验结果,建立粗粒土渗流场时空演化机制,揭示动力湿化作用下的粗粒土高路堤边坡渐变失稳发育机理。研究结果表明：基于相似理论,开展粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验可以较为真实地反映粗粒土高路堤在动力湿化作用下渗流水的迁移特性;动力湿化作用下,湿润锋首先在路堤边坡表面形成,并逐渐从边坡表面向内部拓展,在坡顶处的拓展速率较小,坡脚处的拓展速率较大;受湿润锋演变规律的影响,路堤边坡监测点负孔隙水压力逐渐减小,体积含水率逐渐增大,坡前应力逐渐增加,位于坡脚浅层区域的应力增加速度较快;依据渗流水的迁移规律,将渗流影响范围内的土体自上而下分为浅层暂态饱和区、渗流水填充区及渗流水湿润区;在动力湿化作用下,粗粒土高路堤边坡将逐渐产生沿坡脚深层滑移的渐变趋势。     

基于UMAT的冰—结构相互作用数值仿真

基于ABAQUS 用户自定义子程序UMAT,采用已有的冰的弹性失效准则,针对冰与结构的相互作用进行数值模拟。首先, 通过简单算例验证本文开发的UMAT的正确性;然后, 采用开发的UMAT建立单个冰单元受刚性板挤压下的力学模型,得到力—位移曲线;最后, 通过建立圆柱与冰相互作用的仿真分析模型,探讨冰板厚度对结构反力的影响。研究结果表明,采用用户自定义程序UMAT使得模拟更为复杂的冰力学特性成为可能,可为以后开展大规模的冰—结构相互作用研究奠定基础。     

水下近场爆炸双层防护结构抗爆能力的数值模拟分析

同步考虑水下近场爆炸冲击波载荷与气泡射流载荷的作用,综合分析双层防护结构型式及尺度对其抗爆能力的影响,可为双层防护结构的抗爆设计提供直接技术支持。采用基于欧拉法的气泡动力学程序模拟气泡的近壁脉动过程,基于能量等效原则,将射流水柱对结构的冲击简化为等效的射流载荷,通过编制MSC.Dytran软件子程序,在冲击波数值模拟阶段后自动添加等效射流载荷,实现更接近实际情况的双层防护结构遭受水下近场爆炸过程的数值模拟。以内壳单位板厚变形能表征双层防护结构的抗爆能力强弱,通过改变结构型式与尺寸参数,对不同支撑结构板厚、内壳板厚和内外壳间距下结构的抗爆能力进行批量计算,以结构总重和抗爆能力为双重目标,借鉴多目标优化思想,得到双层结构抗爆能力的最优解集。计算结果表明: 当内外壳厚度及其间距一定时,存在最佳支撑结构板厚;在同等结构重量情况下,Y型双层结构能提供更强的抗爆能力。

     

柔性接头地铁隧道穿越地裂缝的地震响应

采用振动台模型试验, 模拟地震荷载和地裂缝场地沉降, 分析了穿越地裂缝区域且设置柔性接头的分段地铁隧道的动力响应, 研究了地裂缝场地沉降、裂缝发育特征、地铁隧道加速度响应特征、土压力与隧道各区段不同部位的应变规律。分析结果表明: 由地裂缝场地沉降与地震荷载耦合作用所产生的差异沉降和裂缝多集中于柔性接头部位; 各区段地铁隧道间的运动具有一定独立性, 上盘靠近地裂缝的地铁隧道的加速度峰值是下盘隧道的3.2倍; 距离地裂缝越近土压力越大, 且在耦合荷载作用下, 上盘土压力是下盘土压力的6.7倍; 地铁隧道各区段左右拱腰应变较大, 底板处应变次之, 拱顶部位应变较小; 柔性接头设置后各区段应变增率减小, 在距离地裂缝较近部位未出现明显的应变增加现象。可见, 在地震荷载与地裂缝场地沉降耦合作用下, 柔性接头能够减小地铁隧道地裂缝位置处的集中应力与地裂缝场地的变形。     

北京市城市轨道交通通勤大客流特征分析

分析了城市轨道交通通勤大客流的产生原因、特征及其主要表现.结合大客流对线网的影响作用,构建大客流指标体系,提出针对通勤大客流时空分布特征的评价分析方法;定义相对满载率,对大客流时空传播进行量化表征.基于北京市城市轨道交通运营统计数据,对北京市城市轨道交通早高峰通勤大客流的总体特征及时空变化进行分析,定位了发生大客流的线路、车站和断面,获取早高峰通勤大客流在规模、方向、时空分布等方面的基本规律.结果表明,换乘方向客流不均衡对换乘站大客流具有重要影响;最拥堵断面常分布于郊区线与主干线换乘点附近;换乘站较多的线路,拥挤持续时间较短且疏散较快.     

PBL加劲型矩形钢管混凝土受拉节点热点应力集中系数计算方法

考虑了PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点支主管宽度比与厚度比和主管宽厚比, 建立了热点应力集中系数有限元模型, 计算了支主管节点热点应力集中系数; 基于最小二乘法对计算结果进行拟合, 给出不同几何参数下节点热点应力集中系数计算公式, 对比了矩形钢管节点和PBL加劲型矩形钢管混凝土节点应力集中系数和荷载幅。计算结果表明: 采用有限元模型计算的热点应力集中系数曲线与静力试验曲线基本一致, 支主管交汇处各位置热点应力集中系数有限元计算结果与CIDECT规范公式计算结果平均比值分别为1.006、1.007、1.013、1.015和0.987, 两者差值小于15%, 因此, 有限元模型可靠; PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点热点应力集中系数变化规律基本一致, 随支主管宽度比呈抛物线变化, 在0.6⁰.8之间达到最大值, 随主管宽厚比和支主管厚度比增大而增大, 与CIDECT规范中矩形钢管节点计算结果一致; 拟合得到的PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点应力集中系数公式计算结果与有限元计算结果的平均比值为1.011, 均方差为0.222, 变异系数为0.219, 说明了拟合公式准确; 采用应力集中系数计算公式, 将PBL加劲型矩形钢管混凝土节点与矩形钢管节点进行对比, PBL加劲型矩形钢管混凝土节点支管热点应力集中系数下降了68%以上, 主管热点应力集中系数下降了61%以上, 在2.0×106循环次数作用下, 容许荷载幅提高到3倍以上。     

压缩载荷下金属波纹夹层梁稳定性试验与数值分析

针对一个激光焊接金属波纹夹层梁模型,设计轴向压缩载荷下稳定性试验方案,通过试验获得夹层梁结构失稳临界载荷（极限载荷）及破坏模式。采用有限元软件ANSYS计算、探讨轴向压缩载荷下夹层梁结构的稳定性,数值计算结果与试验结果吻合较好。最后,对夹层梁结构在轴向压缩载荷下的临界失稳承载能力进行参数化分析。计算结果表明：在增加相同重量的前提下,增加下面板的厚度或芯层的厚度更有利于提高夹层梁结构的轴向临界失稳承载能力。     

移动线载荷板局部非线性响应的网格重划分数值方法

在船舶建造中,常涉及板的焊接、线加热、局部滚压成型等加工方式。该加工方式中的载荷作用区域相对于板的尺度较窄且具有高度的非线性特征,同时载荷稳定移动。把握加工参数与响应的关系在加工过程中很重要。由于载荷移动导致板局部非线性响应的特性不断随之变化,故其相应的计算非常复杂。常规的数值方法是主要采用的手段,但由于该方法在载荷全局作用区域上需预先将网格细密划分,导致计算效率低下。如果考虑到在该加工方式中载荷作用区域之外的大部分区域处于弱非线性或线弹性状态,在数值模拟中将载荷当前作用区域的单元划分细密,远离载荷作用区域划分得相对较粗疏,同时载荷移动时细密网格随着载荷一起移动,即采用网格重划分数值方法来分析上述问题就能节省大量计算时间。针对该方法,重点探究细密网格尺寸以及网格重划分频度对数值计算的影响及其与计算效率和精度的关系,并以板局部滚压成型加工为例进行数值计算。结果表明,该方法可作为移动载荷作用下板局部非线性响应的一种高效的计算手段。     

江海直达船艏部结构入水砰击试验

新一代江海直达船主要呈宽扁型且吃水较浅,由江入海航行时会发生船艏底部和外飘砰击,严重的砰击会造成船舶主动失速甚至结构损伤,影响船舶与人员安全。传统的理论和相关经验公式很难预报宽扁肥大的艏部结构的砰击载荷。相较于传统的简化模型试验方法,本文基于相似理论设计了与某新型江海直达船艏部结构相似的三维木质模型。采用落水试验的方法进行了一系列的不同落水高度及不同入水角度的入水砰击试验。研究江海直达船艏部结构所受砰击载荷特点,得到砰击压力峰值及其分布规律,同时发现了小角度入水情况下（入水攻角α<5°）的空气垫效应,空气垫延缓并减小了砰击压力峰值。此外还回归了0°~15°入水攻角下的底部砰击压力预报公式,可供结构设计时参考砰击载荷的选取。