爆炸冲击下的岩石裂纹数值模拟

本次计算的目的是为了模拟岩石质材料在爆炸情况下的损伤断裂,最终的结果是得到裂纹的发展情况。采用的工具是国际通用的大型有限元分析软件ABAQUS。ABAQUS在非线性、爆炸模拟方面具有强大的功能[1,2],并且在ABAQUS的计算实例中给出了一些相关的爆炸模拟例子[3,4],所以采用ABAQUS作为这次运算的工具是足够而充分的,最终的数值结果将与ABAQUS自带的爆炸计算实例进行对比分析来确定本次计算的合理性。     

水泥混凝土路面板下地基脱空状况的评定与分析

以重复荷载下的接缝工作特性为基础,通过对第一传荷状态临界荷载及其对应弯沉影响因素的分析,指出脱空对弯沉的影响是显著的,并提出以第一传荷状态临界荷载与对应弯沉为指标的脱空评定模型与评定方法,使评定工作在单板系统基础上进行,排除了接缝传荷状况不确定的影响。最后,给出脱空尺寸与弯沉典型回归关系式,从而能够利用FWD对水泥混凝土路面板下脱空进行快速评定。     

边界面模型及其在干旱地区路堑边坡稳定性分析中的应用

现行《公路工程抗震设计规范》(JTJ044-89)对地震动力荷载作用主要是以区域地震烈度作为唯一的参考依据,没有考虑地震振动频率、次数和地震持续时间等特性,因此无法真实反映路基在地震作用时的反应特性,迫切需要对路堤填土在地震动力荷载作用下的动力特性进行研究。文章针对干旱地区路堑边坡在地震荷载下的动力特性的研究,基于边界面的概念,以Mohr-Column屈服函数为基础,介绍了边界面弹塑性模型,建立了路堤土的动力本构模型。利用该模型研究地震作用下路堤的残余变形及整体稳定性分析。通过室内动三轴试验的模拟验证了该模型的可靠性和模型的表现。文章介绍了该模型在ABAQUS中的二次开发实现的技术。利用自编程序模拟了动三轴剪切试验结果,并与ABAQUS采用本模型的计算结果比较,证明了开发成果的正确性。最后以某一理想路基工程算例说明了所添加的本构模型进行路基动力分析的方法,并给出了相应的结果。计算结果符合土体在地震荷载作用下的动力特性规律,验证了该模型的可行性,拟补了现行规范的不足。     

梁格法模拟简支铰接空心板桥的研究

梁格法是桥梁空间分析的一种方法,梁格法的特点是用等效梁格来代替桥梁上部结构,分析梁格的受力状态就可得到实桥的受力状态。根据梁格法原理,通过使虚拟横梁在同一铰缝处释放梁端约束,使其只传递竖向剪力。最后通过计算荷载横向分布系数验证模型的正确性。     

盾构法T接隧道结构受力现场试验研究——以宁波轨道交通3号线联络通道为例

为了了解盾构法T接隧道在施工过程中主隧道外部的荷载以及响应,以国内第一条使用机械法施工的联络通道--宁波轨道交通3号线为背景进行研究。本文通过研究施工过程中的施工工况节点,现场监测主隧道结构的外荷载、收敛变形并计算结构内力,得到在整个施工过程中主隧道的结构响应及其变化规律。通过本文的研究,可以得出以下结论： 1）施工过程可依据外部荷载和结构体系进行划分工况,各工况具有明显的不同响应; 2）始发端和接收端的内力变化主要受到盾构顶力和外部注浆荷载的影响,且主要影响切削侧,切削过程中的内力增量在10%～20%,注浆压力影响的增量部分达到了50%; 3）各环及内支撑轴力增量在200 kN以下,破洞位置导致的轴力损失可以由其余位置共同承担,不需要特殊的破洞阶段超载设计。     

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。     

水下非接触爆炸下舰船球鼻艏结构抗爆抗冲击性能数值仿真

球鼻艏作为现代舰船的重要结构,具有降低流体阻力和装载声呐的作用,其结构强度直接关系到舰船的战斗力,而其抗爆抗冲击性能更是影响舰船生命力的重要因素。针对某舰球鼻艏结构,采用ANSYS软件建立有限元模型,并应用ABAQUS对其水下非接触爆炸载荷下的抗冲击性能进行数值仿真计算。计算结果表明,合理的结构设计及材料选择可使球鼻艏结构在不同水下非接触爆炸载荷下的塑性变形均处于安全范围内,并发现其主要薄弱环节位于导流罩与船体外板的连接区域,从而在设计中对薄弱环节进行适当加强。     

货运繁重公路的车辆荷载谱和疲劳车辆模型

为研究货运繁重公路的车辆荷载谱和疲劳车辆模型, 基于佛山平胜大桥的动态称重系统采集的多时段车流数据, 归类出了车辆荷载谱的10类代表车型, 分析了代表车型的轴距、质量、轴重和超载数据, 以及沿不同车道的车辆和轴重分布特性, 提出了可用于钢桥疲劳评估的车辆荷载谱; 以疲劳加载率最大的六轴车辆为原型, 基于疲劳损伤等效原则分别提出了桥梁单向重载车道的疲劳车辆模型和简化疲劳车辆模型。计算结果表明: 平胜大桥呈现货运繁重公路的典型特征, 车辆日均通行总量达到了45 065veh, 约为《AASHTO LRFD》定义的日均通行量20 000veh的2.3倍; 疲劳车辆在全部交通流中的比例为51.6%, 为《AASHTO LRFD》定义的20.0%的2.6倍; 货车占疲劳车辆总数的45.2%, 主要分布于重载车道, 而且通行货车超载比例占到相应车型的30%⁷0%, 最大超载货车达到了132.5t;两轴货车超载率为29.0%, 等效质量达到17.5t, 后轴等效轴重达到12.1t, 因而不能忽略两轴货车的疲劳加载贡献。对比《AASHTO LRFD》五轴标准疲劳车辆模型(前轴轴重为2.6t, 中间双联轴和后面双联轴的单轴轴重均为5.4t) 和简化标准疲劳车辆模型(前轴为2.6t, 中轴和后轴均为10.8t), 提出的六轴单向疲劳车辆模型总质量为33.1t, 前轴轴重为3.6t, 中间双联轴和后面三联轴的单轴轴重均为5.9t;简化单向疲劳车辆模型的前轴轴重为3.6t, 中轴和后轴分别为11.8、17.7t;针对重载车道提出的六轴疲劳车辆模型总质量达到了36.5t, 前轴轴重为4.0t, 联轴中的单轴轴重均为6.5t;对应的重载车道简化疲劳车模型的前轴轴重为4.0t, 中轴和后轴轴重分别为13.0、19.5t。     

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。