混凝土管片接头接触特性的有限元模拟研究

为了模拟混凝土管片接头的接触受力特性,建立了含有连接螺栓和接触面的有限元模拟计算模型。管片混凝土材料和连接螺栓材料的本构模型为双线性弹塑性本构关系。研究了C80混凝土管片接头在偏心受压荷载作用下,管片接头接触面接触压力和开度分布特性。研究表明,当轴力为2 000 kN固定不变时,随着弯矩的增加,混凝土管片接头受压区高度逐渐减少,接头的开度逐渐增加。当弯矩达到1 000 kNm时,连接螺栓达到屈服状态。有限元模拟结果表明,该混凝土管片接头的极限弯矩为1 500 kNm。在极限状态下,管片接头的最大开度为53. 8 mm。     

考虑累积损伤退化的钢材等效本构模型研究

在结构抗震分析中,钢材在循环荷载作用下的一维本构关系是利用杆系模型进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更准确地模拟结构在强震作用下的反应,提出能够考虑累积损伤、刚度和强度退化的钢材等效本构模型,包括骨架曲线、滞回准则以及退化特征,利用损伤控制因子数学模型对钢构件、节点及结构的损伤退化全程进行描述。根据提出的等效本构模型并利用有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言开发能够进行钢框架强震作用分析的损伤退化过程计算程序。采用等效本构模型对典型试验进行模拟分析,其结果与试验结果吻合良好,充分证明钢材等效本构模型用于钢构件在强震作用下弹塑性分析的准确性及可行性。     

天津地铁1.2 m管片环间榫式接头抗剪性能分析

采用有限元模拟的方法,结合能够反映管片开裂全过程的塑性损伤本构,建立了混凝土管片结构的三维精细化数值计算模型,针对地铁盾构隧道通用楔形管片榫式接头抗剪性能展开详细的分析,明确得到了隧道衬砌结构环缝受剪的全过程,系统地研究了管片环间榫式结构受剪时的损伤范围及损伤高度、环缝极限剪切承载力以及环缝抗剪刚度。最后,通过建立30组模型详细分析了不同榫槽尺寸对接头抗剪性能的影响,提出了环缝极限剪切承载力和损伤高度的经验公式。研究结果表明:管片损伤主要分布在接头凹槽部位,以受拉损伤为主,内剪情况下凹槽内弧面损伤破坏是左环间接头失去抗剪能力的主要原因。环缝极限剪切承载力和损伤高度均随榫槽角度的增大而减小,随榫槽深度的增大而增大。研究结果为进一步探讨隧道管片凹凸榫槽接头的力学性能提供参考。     

大理岩三点弯曲梁弹塑性损伤破坏研究

在应变空间内,推导出弹塑性损伤增量本构方程,通过自编程序实现该本构方程,同时将此程序实现了并行算法;建立了三点弯曲梁二维及三维细观尺度数值试样,分别进行相应地弹塑性损伤破坏数值模拟,作了相应的对比分析,在数值模拟中,提出破坏单元网格消去法,模拟裂纹扩展。研究发现:数值试验同物理试验较吻合,且与理论分析是一致的;由于三维试样细观单元的非线性比二维在空间上更为离散,由三维细观单元弹塑性损伤非线性反映宏观试样的非线性,更能深入地研究细观破坏机理;提出的破坏单元网格消去法为有限元清晰模拟裂纹开辟了新的途径;并行算法程序的实现为应用于大型三维水利水电工程奠定了基础。     

基于三维弹塑性损伤模型的木材非线性分析

为预测木材复杂的受力行为,在弹塑性理论和连续介质损伤力学的框架内建立了木材三维弹塑性损伤本构模型。采用Hill屈服准则和Voce强化模型描述木材受压硬化行为;通过修正后的Hashin破坏准则和指数型损伤演化模型控制木材受拉、受剪的损伤演化过程。基于应变增量法求解本构模型的数值解,并采用Newton-Raphson迭代法求解塑性应变。通过编写用户自定义子程序（UMAT）将本构模型嵌入商业有限元软件ABAQUS,并根据试验结果对本构模型进行了验证。针对木材顺纹和横纹受压试验的数值模拟结果表明,该模型可以有效地描述木材的受压非线性硬化行为。针对木材斜纹受拉试验的数值模拟结果表明破坏准则可以较为准确地识别木材在横纹拉应力和顺纹剪应力作用下的破坏模式,损伤演化模型可以合理地控制木材的损伤演化过程。     

基于损伤塑性本构的盾构隧道施工阶段管片受力变形特性

在盾构隧道施工阶段,管片受力特性十分复杂,伴随出现局部损伤甚至碎裂,影响其服役性能。基于混凝土损伤塑性本构,采用ABAQUS软件建立施工阶段盾构隧道三维有限元模型,加入地层压力、千斤顶推力、注浆压力等外部荷载,考虑内置钢筋网对管片结构力学性能的影响,来分析盾构隧道施工阶段管片的受力变形特性。分析结果表明:盾构隧道施工阶段管片的受力变形沿隧道纵向发生改变,与传统的均质连续模型存在较大差别;采用损伤塑性本构能较好地模拟施工阶段管片损伤后承载性能降低的特点;管片边角、接缝部位易出现混凝土损伤和压碎现象,造成隧道渗漏水。     

基于不同本构模型的混凝土结构地震倒塌对比分析

基于混凝土材料本构模型,结合精细化结构单元模型和高效稳定的数值算法,实现了混凝土结构的动力倒塌全过程分析。对建模方法、结构分析方法、材料与构件失效准则等进行了简要介绍。以某钢筋混凝土框架-剪力墙结构为例,分别采用混凝土弹-脆性本构模型、弹塑性本构模型和随机损伤本构模型进行了结构地震倒塌全过程分析。结果表明：混凝土本构模型对结构倒塌分析具有重要的基础地位,本构模型选取不当,将给出错误的倒塌模式或分析结果;混凝土随机损伤本构模型能够准确地预测结构的强非线性行为,可用于复杂混凝土结构倒塌全过程的模拟。     

盾构隧道装配式管片接头有限元分析方法

带接头的管片内力的分析一直是盾构隧道研究的重点。将管片接缝处整体看作为一种材料,采用一种薄层有限单元法,从现有的接头力学模型出发,建立接缝材料的本构关系模拟管片接头效应。该方法能反映实际的接头在受到外力作用时,接头转角刚度变化过程。并且避免了由于接缝构造的复杂性而造成建立有限元模型的困难。     

双层箍筋约束混凝土圆形柱竖向承载特性数值模拟

利用ABAQUS有限元软件模拟双层箍筋约束圆形柱,采用混凝土损伤塑性本构模型、钢筋双折线本构模型建立了圆形柱竖向承载特性有限元模型。分别对混凝土和箍筋采用四面体单元和六面体单元划分网格,通过应变控制加载,得到模拟的双层箍筋约束混凝土圆形柱核心混凝土的应力-应变曲线、应力云图,分析了内外层箍筋对核心混凝土的约束效应。结果表明:模拟结果和试验结果的吻合性较好。     

盾构隧道管片接头受力的精细化三维有限元分析

盾构隧道通常由预制混凝土管片构成，管片间存在大量接缝。国内盾构隧道管片环内力常用计算方法中的梁-弹簧法能充分考虑纵向接头的位置，采用旋转弹簧和剪切弹簧模拟接头作用，与实际情况最为接近。但该方法中接头割线抗弯刚度kθ的取值主要通过经验类比或现场接头试验确定，尚无现成公式或图表可用。与耗资巨大且费时较长的接头加载试验相比，有限元数值模拟方法方便快捷，可进行多工况的重复分析。针对管片接头建立精细化三维有限元模型，研究管片接头的受力特性，分析管片接头kθ的影响因素，为kθ取值提供参考。     

裂隙岩体弹塑性损伤本构模型及其加锚计算(英文)

根据裂隙岩体的弹塑性损伤变形机制，建立了断续多裂隙岩体在初始损伤、损伤演化和塑性损伤变形状态下的三维弹塑性损伤本构关系。在此基础上，建立了空间损伤岩锚柱单元模型，模拟锚杆对断续裂隙岩体的支护效果。最后，将建立的模型应用于三峡船闸高边坡，进行了边坡加锚裂隙岩体三维非线性有限元计算，获得了较为满意的结果。     

循环荷载下岩体结构面本构关系与积分算法研究

地下结构中广泛存在的各种不连续面是影响岩体工程力学特性的重要因素,研究结构面在循环荷载作用下的力学行为具有重要的工程意义。基于非关联塑性理论,同时定义加载剪胀段和反向剪缩段,建立了岩体结构面剪胀与塑性耦合本构关系;从结构面的基本损伤机制出发,基于拉、剪分离的思路,建立了一类基于能量原理的岩体结构面拉、剪损伤本构模型,该模型基于有效应力空间塑性力学基本原理,定义了岩体结构面拉、剪塑性Helmholtz自由能分量及损伤能释放率,建立了岩体结构面拉、剪损伤破坏准则。针对结构面在循环荷载作用下的强非线性问题,引入算子分解的思想,将弹塑性演化与损伤演化过程分开进行求解,提出了结构面弹塑性损伤本构关系的混合积分算法。分别进行了岩体结构面直剪和循环剪切试验的数值仿真,计算结果与模型试验基本一致,表明该模型在模拟非连续岩体复杂变形方面是合理有效的。     

溪洛渡地下厂房施工开挖的弹塑性损伤及岩锚支护计算

根据建立的弹塑性损伤本构模型及岩锚支护模型对溪洛渡地下厂房洞室群施工开挖稳定性进行了三维非线性有限元计算,获得了一些有益的工程结论。     

盾构隧道钢板加固衬砌管片环缝抗剪性能数值模拟研究

盾构隧道环缝相邻管片之间的错台变形,加剧了运营隧道结构所面临的风险。采用外置钢板对已经发生错台变形的环缝处相邻管片进行加固是一种可取的错台变形控制措施。采用有限元数值模拟的方法,建立了盾构隧道管片环缝钢板加固的三维数值分析模型,在此基础上设计并开展了钢板加固管片环缝数值模拟试验。根据数值模拟试验结果,首先分析了外荷载作用下管片接缝错台变形的发展规律,通过螺栓与管片内的应力分布及发展模式解释现象发生的原因;然后,通过对比未加固与钢板加固接缝管片错台变形随荷载增大的发展情况,对该加固方法对错台变形的控制效果进行量化讨论;最后,分析了当接缝发生错台变形时钢板与管片间连接界面的应力分布规律,揭示了加固钢板与管片之间的传力机制,据此对实际盾构隧道加固工程提出指导性建议。     

快速冲填尾矿库静力液化分析与数值模拟

 针对尾矿砂的静力液化特性,在临界状态土力学框架内建立尾矿砂的弹塑性本构模型,并通过自定义本构嵌入到FLAC程序中模拟尾矿砂的静力液化问题。三轴不排水试验模拟结果显示,尾砂静力液化本构模型能够反映尾砂静力液化的一般力学特性,与砂–粉混合物的试验结果吻合较好。选取一个具有代表性的尾矿库(坝)静力液化实例对尾矿库(坝)的静力液化问题进行数值模拟,模拟结果表明,在快速堆载条件下,尾矿库内孔隙水压力不断升高,在尾矿库局部区域产生静力液化,严重的会发生流滑破坏。该模型和采用的数值方法可以用于尾矿库的静力液化稳定性分析。     

冻土弹塑性各向异性损伤模型及其损伤分析

基于不可逆热力学理论,通过引入能考虑冻土体积变形的塑性势函数,得到冻土弹塑性各向异性损伤本构方程,在与损伤张量对偶的广义力——应变能释放率空间中,构造了损伤累积势函数,并导出各向异性损伤演化方程。应用此模型分析冻土三轴试验资料,计算结果与试验吻合较好。计算结果表明:(1)冻土变形过程中的弹性损伤只占总损伤量的很小一部分,绝大部分损伤发生在塑性变形阶段;(2)围压的增大,有助于冻土结构的强化,从而减少冻土结构的总损伤量。     

压力隧洞充水运行过程的数值模拟分析研究

在压力隧洞充水运行时，对衬砌与围岩之间的接缝采用接缝空腔单元模拟。运用荷载分级、变刚度迭代的三维弹塑性有限元法合理地模拟衬砌与围岩的接触过程。根据接触过程中衬砌塑性区、应力场和位移场的变化规律，在其可能开裂部位通过设置预裂单元模拟衬砌开裂后其切向应力的释放、转移过程。最后通过一工程实例计算得出一些有实际工程参考价值的结论。     

低周反复荷载下梁柱中节点非线性分析

介绍了大型有限元软件ABAQUS中混凝土的本构关系,并对低周反复荷载下梁柱中节点进行非线性有限元分析。得到节点的破坏形态、各阶段钢筋应力的发展情况,以及节点的骨架曲线和滞回曲线。与试验数据的对比表明,ABAQUS的损伤塑性模型能较好地模拟混凝土材料的力学性能,有限元的计算结果能较好地反映节点的破坏模式,荷载特征点和骨架曲线形状与试验结果相吻合。在低周反复荷载条件下,采用ABAQUS模拟节点的力学行为是可行的。