单舱矩形立式预制综合管廊力学性能研究

基于管廊原型单调静载试验和ABAQUS混凝土塑性损伤本构模型,建立了损伤因子与材料真实应力-应变之间的关系,对新型单舱矩形立式预制综合管廊结构的受力变形性能进行了数值计算分析,探明了管廊结构在单调静载作用下的破坏机理和荷载、应力集中和腋角钢筋设置对结构受力性能的影响。结果表明:预制管廊单调受力屈服破坏经过四个阶段,即内侧跨中的拉伸开裂屈服破坏、外侧跨中的压缩屈服破坏、腋角处的拉伸开裂破坏、钢筋的拉伸屈服破坏。其中,跨中处的屈服荷载是425kN,开裂荷载是360kN;跨中处开裂弯矩的试验值大于理论值和数值分析计算值,说明应用类似钢筋笼式的绑扎技术制成的预制管廊,结构整体性强,且提高了顶板、底板和侧墙的抗弯变形能力,可减少产生裂缝的几率;管廊四周腋角处钢筋的设置使得结构跨中的承载力提高了20%～30%,对管廊跨中结构起到了很好的加固作用,但增加过多腋角钢筋对提高承载力及减少裂缝产生的作用不明显。     

拟合地震波作用下综合管廊抗震有限元分析

以包头市城区综合管廊为研究对象,利用工程场地土的剪切波速等参数,合成基岩地震加速度作为输入地震动时程,并利用Midas GTS NX软件对其进行模拟,得到了土体位移响应、土体加速度响应、管廊加速度响应、管廊相对位移变化以及管廊最大剪应力,并进行了分析。结果表明:土体深度越小,土体加速度放大系数越大;综合管廊各点处加速度时程曲线与输入地震波时程曲线基本吻合;管廊最大剪应力出现在右侧顶板,证明了在地震作用下管廊受土体变形的影响发生了一定的扭曲破坏。因此,在设计、施工过程中应该对管廊的顶板进行重点设计与防护。     

松软煤层综放面顶底板采动应力分布规律研究

以某矿综放采场为背景,通过现场实测、相似材料模拟等手段,研究了松软煤层综放开采中液压支架受力状态、两巷单体支柱受力特征和顶底板的采动应力分布规律,结果表明液压支架在工作面不同位置受力状态不同,处于中部位置的支架受力最大,同一支架前立柱受力大于后立柱;风巷围岩应力大于机巷围岩应力,两巷的超前采动应力峰值位置在工作面前3～11m;顶板岩层同一层位中采动应力分布随工作面的距离不同而不同;不同层位应力分布也不同,离煤层越近的岩层中应力集中系数越大;底板岩层在工作面前方6m左右处应力达到最大,在工作面处应力为零。该研究结果有效地指导了该矿井同一煤层综放面巷道布置、两巷支护及工作面顶板管理。     

土钉支护结构的施工监测与变形控制

结合某软岩高边坡工程 ,对土钉支护结构的受力和位移进行了监测。通过对实验数据分析了土钉支护的结构原理和受力状态 ,表明土钉支护工作原理既不同于锚杆结构 ,又不同于土钉墙。同时根据施工过程中对边坡水平位移的监测 ,及时调整了边坡的支护参数、开挖深度和支护时间 ,控制了施工过程中边坡的变形 ,保证了软岩高边坡的整体稳定     

船舶应急抛锚计算方法研究

应用常规经验公式和有限元CEL大变形计算方法，结合抛锚试验，研究了上海LNG管道项目北港5 wt级船舶8.3 t船锚、南港40 wt级船舶18.80 t船锚在BSZ111等多个钻孔点的应急抛锚贯入深度情况，其中CEL方法还考虑了正面贯入、窄面斜向贯入和宽面斜向贯入情况．公式法计算的应急抛锚最大贯入深度北港为2.60 m，南港为3.13 m，而有限元CEL大变形计算方法得出北港为2.86 m，南港为5.24 m．结果表明：CEL方法计算所得窄边(60°)贯入深度普遍大于经验公式计算所得值，说明横截面积的变化是影响贯入深度计算的重要因素．公式法的结果受到土壤系数恒定不变因素的限制，无法考虑贯入过程中土壤的竖向和横向刚度的变化，结果相对偏小，而CEL法可考虑多层土壤刚度以及土壤刚度随土层变形增加后的折减，计算过程更为客观，结果偏于安全考虑，适合作为设计依据．所以，对土层组成相对单一时可采用公式法，而对土层组成多变的复杂情况，建议采用更加客观和安全的CEL方法．     

浅埋偏压连拱隧道现场监测与结构受力分析研究

针对浅埋偏压连拱隧道结构受力的复杂性,结合石红高速大中山1#连拱隧道的实际情况,选择典型断面埋设监控量测设备对隧道施工过程中围岩变形和结构受力进行适时监测,并结合有限元分析软件MIDAS,对中隔墙空间受力特征进行研究.得出了支护结构在偏压作用下和施工扰动下的受力状态和变形特征.结果表明,在浅埋偏压条件下,减少支护结构受力的不均对于保证隧道结构稳定的重要性以及运用监控量测与数值模拟相互印证的方法可以更准确地分析隧道结构的稳定性,更好地指导施工.     

???????????????????????????о?

提出该结构体系在水平载荷作用下,可视为夹层复合构件,并提出了计算模型. 根据 变形协调原理对其进行受力分析,建立了多层多跨密肋复合墙体结构横向位移及各组成构件承 受剪力和弯矩表达式. 通过计算分析指出,各组件剪力分配只与各组件刚度及宽度比有关, 内墙板上部分配剪力大于下部,边框反之;各组件局部弯矩系数随$\lambda $的增加而减小,其整体工作性能增强,当$\lambda $增加到一定数值时,其工作性能与悬壁构件类似.     

钢-混凝土组合箱梁梁段有限元法研究

组合梁界面滑移将减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能;剪应力沿截面横向分布不均匀,造成其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状,即剪力滞效应;同时组合梁往往重载,具有较小的跨高比,剪切变形不可忽略.根据虚功原理,建立了同时考虑滑移效应、剪力滞及剪切变形效应的组合梁单元刚度矩阵及等效节点力向量,并在此基础上编制了组合梁梁段有限元程序.利用本文程序对现有组合梁试件的混凝土顶板应力、钢梁底板应力、跨中挠度和梁端滑移进行了计算,并将本文计算结果与解析法计算结果及试验结果进行了比较.结果表明,本文计算结果与解析法计算结果及试验结果吻合良好;同时,本文计算结果具有较好的稳定性,验证了本文计算方法的正确性.本文所建立的梁单元刚度矩阵同时考虑了剪切变形、剪力滞及滑移效应的影响,符合工程实际,为有限梁段法分析组合箱梁提供了理论基础.     

钢框架-预制再生混凝土结构抗震性能有限元分析

为分析钢框架-预制再生混凝土墙板结构体系在低周反复荷载作用下的抗震性能及其受力机理,在拟静力试验研究的基础上,采用ABAQUS程序展开非线性分析,重点分析并对比了各试件的滞回曲线、骨架曲线、变形特征,有限元分析结果与试验结果吻合较好。在此基础上,考虑墙板厚度、再生混凝土强度等级、高跨比、轴压比4个影响参数,进行参数扩展分析。研究结果表明:钢框架-预制再生混凝土结构的极限承载力随墙板厚度的增加和再生混凝土强度的提高而增大,墙厚从80mm增加到110mm时,结构极限承载力提高了12.8%;再生混凝土强度从C25增加至C40时,结构极限承载力增加了9.0%;随着高跨比的增加,结构的初始刚度和极限承载力都显著减小,高跨比从1.048增加到1.238时,极限承载力降低了17.37%;而钢柱轴压比变化对结构的初始刚度和极限承载力影响不显著。研究结果可为钢框架-预制再生混凝土墙板结构体系的进一步研究及其工程应用提供一定的参考依据。     

基于等效黏性弹簧的黏弹性Timoshenko裂纹梁弯曲解析解

考虑裂纹的缝隙和黏性效应,将梁中横向裂纹等效为黏弹性扭转弹簧,利用广义Delta函数,给出了Laplace变换域内裂纹梁的等效抗弯刚度,得到了具有任意开闭裂纹数目且满足标准线性固体黏弹性本构的Timoshenko梁在时间域内的弯曲变形显式解析通解．在此基础上,通过两个数值算例,分析了时间、梁跨高比和裂纹深度等参数对黏弹性Timoshenko开裂纹梁弯曲变形的影响．结果表明：裂纹黏性对Timoshenko裂纹梁的弯曲具有显著的影响．相比于裂纹的弹性扭转弹簧模型,考虑裂纹黏性效应的黏弹性Timoshenko裂纹梁在裂纹处挠度尖点和转角跳跃现象十分明显．另外,由于横向剪切引起的附加变形,Timoshenko裂纹梁的稳态挠度与Euler-Bernoulli梁挠度的差值为常数,其大小与裂纹模型、梁跨高比或裂纹深度无关,这些结果对梁裂纹无损检测具有指导意义．     

非对称薄壁箱形截面的扭转几何特性研究

为了揭示顶板单向横坡对薄壁箱形截面扭转几何特性的影响,推导了顶板为倾斜布置的非对称薄壁箱形截面扭转中心位置、主扇性坐标及主扇性惯性矩的实用计算公式。运用推导的实用公式并结合数值算例,比较顶板倾斜布置和水平布置对截面扭转几何特性的影响,并分析了顶板横坡、箱室高宽比及悬臂板宽度变化对扭转几何特性的影响规律。研究表明,本文计算值与有限元软件ANSYS中截面特性计算结果吻合很好;当不考虑顶板横坡时,对扭转中心横向位置及高腹板与底板交点处的主扇性坐标影响显著;当箱室高宽比小于0.65时,其变化对扭转中心的横向位置有显著影响;主扇性惯性矩随顶板横坡的增大而减小,随悬臂板宽度及箱室高宽比的增大而增大。     

煤(岩)体埋深及倾角对压应力型冲击地压的影响研究

为了研究不同埋深和煤岩倾角对煤岩体开采引起的压应力型冲击地压过程,利用颗粒流方法进行冲击地压模拟。煤岩体与顶板倾角工况设置为7种,分别为0°,5°,10°,15°,20°,30°和40°;煤岩层埋深深度设置为8种,分别为-120m～-820m,间隔100m。在上述56种工况下进行压应力型冲击地压过程模拟,计算至平衡时统计飞石颗粒数量和变形颗粒数量,研究这两个数量与埋深和倾角之间的关系。结果表明,飞石数量和变形颗粒数量与埋深均为幂函数关系,前者随倾角增加幂次数增加且均大于1,后者随倾角增加幂次数增加但均小于1;在深度不变时两者数量增长与倾角为线性关系,且随着深度增加,斜率和截距均增加。     

输电塔螺栓搭接滑移过程的数值模拟

螺孔直径一般都大于螺栓外径,因此当横向载荷超过一定数值时,螺栓连接件之间将发生相对滑动,这一过程就是螺栓滑移.在输电塔的结构分析中一般不考虑复杂的螺栓滑移,以致在煤矿采空区或冻胀区等可能导致输电塔塔基非均匀沉降的地区中,传统结构分析软件未能很好地判断出输电塔的运行状态,因此对螺栓滑移过程的准确分析是十分重要的.本研究通过有限元方法,建立输电塔角钢螺栓搭接结构的三维有限元模型,对已有的单螺栓滑移试验进行数值模拟,首次通过数值模拟成功还原已有试验的结果,并进行了搭接结构的滑移试验和模拟验证.通过数值模拟及与已有试验结果的对比,分析了影响滑移曲线的因素,并初步给出各模拟参数的取值范围.     

张集线旧堡隧道工程地质条件和岩体结构特征研究

新建的张集铁路（张家口 集宁段）旧堡隧道是全线关键性控制工程,位于河北省万全县旧堡乡与尚义县土夭村之间,隧道穿越由晚太古代马市口组(Arm)麻粒岩和黑云母斜长片麻岩组成的一套高级变质岩建造,断裂构造极为发育,岩体破碎。原设计Ⅱ、Ⅲ级围岩洞段占隧道线路总长的71.8%,而已施工揭露的工程地质条件较差,全部变更为Ⅲ级加强及Ⅳ、Ⅴ级围岩,变更率高达80.3%。施工过程中多次发生挤压大变形、塌方、突涌水等施工地质灾害,共处理大塌方段8处小塌方21处计130m,处理大变形18段计550m。本文分析了DK30+520～910洞段地层岩性、地质构造、地应力、地下水等隧道围岩主要工程地质条件,从结构面和工程地质岩组的物理力学特性出发,研究了该洞段特殊的岩体结构,指出该隧道围岩岩体结构特征主要受与隧道轴线小角度相交的构造挤压破碎带及软硬交替产出的岩组控制,隧道围岩变形破坏受岩体结构控制作用明显,并总结了施工中可能遇到的几种岩体结构。该研究对类似工程地质条件地区隧道工程围岩分类、支护设计和施工有一定的借鉴意义。     

基于框-剪结构协同工作的抗振墙数量优化研究

针对当前抗震墙数量优化中多是定性分析的现状,根据框架-剪力墙结构整体受力特点,采用横向分类方法,将空间框-剪结构分解量化为榀结构形式。基于有限元思想及框剪结构空间协同分析的离散化原理建立了其力学分析模型及剪力墙优化模型,该力学分析模型能较好地反映结构整体工作性能的主要特征及考虑剪力墙剪切变形的影响,动力分析采用振型分解法计算地震作用,以遗传算法作为优化方法确定出了剪力墙的最优数量。计算结果表明该方法具有较高的精度,可为结构的设计提供参考。     

扁化效应对弯曲段套管抗挤强度的影响对比分析

针对弯曲段套管抗挤强度随井眼曲率变化规律问题，利用材料力学理论将弯曲段套管等价为均布载荷作用下的弯曲梁模型，根据拉梅厚壁筒理论和强度理论得到套管抗挤强度公式．借鉴扁化变形在圆管类结构中的研究思路，将其拓展到套管抗挤强度分析，对比分析是否考虑扁化效应下四种规格套管不同井眼曲率下的抗外挤强度．研究表明，套管轴向应力随井眼曲率基本呈线性变化；套管抗挤强度随井眼曲率的增加非线性下降．井眼曲率为2o/30 m时，是否考虑套管扁化变形得到的5 1/2"×10.54 mm P110套管抗挤强度误差为12.8 %；井眼曲率为12o/30 m时，误差46.9 %．井眼曲率为2o/30 m时，4 1/2"×9.65 mm TP140V套管抗挤强度误差11.9 %；井眼曲率为12o/30 m时，误差44.7 %．可见，考虑扁化变形后套管抗挤强度小于未考虑扁化变形情况；井眼曲率不大时，两种算法的差距较小，随着井眼曲率的增加，套管扁化变形对套管抗挤强度的影响不能忽略．     

波浪作用下网帘的水动力载荷和变形计算

 离岸水产养殖中的网箱养殖逐渐成为全球水产养殖业的主导．海洋环境中网箱的水动力荷载对网箱结构的整体设计提出了更高的要求．本文建立了一种计算波浪荷载下网帘结构水动力和变形的数值计算方法，利用质点杆单元模型模拟网帘结构，通过Morison 公式求解网帘结构在波浪荷载下的受力，得到网帘结构的空间分布，同时运用迭代法对网帘结构结点受力及运动变形时的位移进行数值迭代计算，通过双目测距系统对网帘结构变形测量的结果，获得等效弹性系数，并对数值结果进行了验证．     

圆宝山隧道炭质板岩大变形段初期支护结构受力特性研究

为了准确掌握丽香铁路圆宝山隧道炭质板岩大变形段初期支护结构受力特性,结合深埋炭质板岩隧道大变形特点,通过调查分析发现炭质板岩具有显著的各向异性特征,在地下水、高地应力及施工扰动等复杂因素作用下表现出显著的蠕变特性,从而导致隧道发生大变形。同时,对圆宝山隧道展开围岩变形及初期支护受力监测,监测结果表明,薄层炭质板岩段围岩的变形速率、变形量整体上较中厚层炭质板岩段围岩大,且达到稳定所需的时间更长;围岩压力与钢拱架应力基本呈从拱顶到拱脚减小的趋势,且围岩压力最大值出现在拱肩,而钢拱架应力最大值分布位置不固定,常见分布位置为两侧拱墙上下,这与钢拱架因发生扭曲而设置横支撑基本吻合;变更支护参数后,围岩的时效特性有明显改善,尤以薄层炭质板岩段围岩最为明显,同时围岩压力分布更加均匀,钢拱架出现拉应力现象不再集中。基于上述研究成果,选择I18型工字钢焊制钢架、设置间距为0.6m、喷射厚为27cm的C25混凝土作为初期支护,同时采用"弱爆破、短进尺"的掘进方式,以达到控制深埋炭质板岩隧道围岩变形的目的。     

小湾水电站进水口高边坡变形机理分析及工程意义

小湾水电站进水口高边坡地质条件及开挖坡型复杂,断层、节理裂隙发育并相互切割,坝顶平台至进水口底板平台平均开挖坡度88°,最大高差106m,其中垂直开挖段81m,最大水平退坡深度170余米。伴随边坡开挖过程中,边坡上部岩体产生了一系列的变形破裂现象,主要表现为沿混凝土坡面分布的张开宽度和延伸长度不一的裂缝及起壳现象。本文结合边坡的实际工程地质条件和监测结果数据,对变形破裂现象的形成机制进行了系统的分析。结果表明,裂缝产生的原因主要是由于地处高地应力区岩体在边坡开挖过程中产生的卸荷回弹表现,是正常的卸荷松弛变形。在此基础上,对边坡的稳定性分析表明,该边坡稳定性良好。     

弹体对混凝土材料先侵彻后爆炸损伤破坏效应的数值模拟研究

基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA的流固耦合和重启动算法,开展了某新型钻地武器先侵彻后爆炸对混凝土靶体的毁伤破坏效应研究。通过模拟大口径缩比弹侵彻实验和预制孔爆炸实验,验证了材料模型及其参数的可靠性。在此基础上,进一步对预制孔装药爆炸建模、不考虑弹壳的重启动建模和考虑弹壳的重启动建模3种方法进行了比较。数值计算结果表明,由于爆轰产物的外泄,不考虑侵彻预损伤的预制孔装药爆炸方法得到的爆坑直径仅为3倍弹径,且损伤破坏模式与其他2种方法得到的损伤破坏模式区别较大。重启动建模方法继承了弹体侵彻过程中累积的损伤,爆坑直径在原有侵彻损伤破坏的基础上明显增大;且由于弹壳变形破碎消耗部分能量,考虑弹壳时模拟得到的爆坑直径（约14.5倍弹径）略小于不考虑弹壳时模拟得到的爆坑直径（约16倍弹径）;但由于破碎弹头的二次侵彻作用,考虑弹壳时模拟得到的爆坑深度比不考虑弹壳时模拟得到的爆坑深度增加约5%。上述研究结果可为进一步开展钻地武器先侵彻后爆炸毁伤破坏效应的实验研究提供参考。