突变理论在单桩竖向承载力确定中的应用

灌注桩竖向承载力确定的方法较多,但因延性破坏和脆性破坏难以区分,没有一个理想的公式。针对此问题,拟定了灌注桩受竖向荷载时的荷载与位移的关系曲线,并将其运用于突变理论,导出了单桩竖向承载力的计算公式,给出了延性破坏与脆性破坏的界定标准。     

广义有限元的裂缝应力强度因子直接求解法

受常规有限元采用多项式位移逼近空间和网格依赖性的制约,传统有限元法用于结构裂缝分析难以获得较高的计算精度,且无法直接获得裂缝应力强度因子SFI.广义有限元逼近空间由单位分解和局部覆盖函数构成,局部覆盖函数不依赖于网格,可以根据待求问题的具体需要来定义.利用广义有限元逼近空间的这一特性,将结构裂缝尖端位移场函数的解析表达式和高阶多项式作为裂尖局部覆盖函数,推导和建立了一种广义平面裂缝单元,该单元的结点广义自由度中直接包含了裂缝应力强度因子.算例分析表明,与常规有限元相比,该单元用于SIF求解时不仅具有更高的精度,而且可以直接获得SFI,不需要再做J积分后处理工作.     

基于ANSYS有限元分析软件的混凝土结构位移分析

ANSYS原理是有限单元法思想,即把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元,在每个单元内选择基函数,用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解,整个计算域上总体的基函数可以看作由每个单元基函数组成的,则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成。文章通过对工程实例的有限单元法计算,阐述有限单元法思想,通过运用ANSYS软件,对大体积混凝土结构的位移进行分析计算,对实际工程具有重要的指导意义。     

岩石中锚杆拔出试验的数值模拟

采用二维格构模型分析了岩石中锚杆拔出试验。格构模型将材料在细观尺度上离散为由梁单元组成的格构系统。单元采用简单的本构关系和破坏准则，假定单元的抗拉强度服从正态分布，以引入岩石的非均质性。在外载作用下对整体网格进行线弹性分，计算出格构中各单元的局部应力，超过断裂阈值的单元将破坏，材料的开裂过程通过单元的依次破坏来模拟。研究中考察了材料非均质程度、约束条件对开裂机理的影响 。数值结果表明，非均匀性导致了开裂形态的非对称性，而增加水平约束后，试件的荷载-位移反应由脆性变为柔性。     

钢筋混凝土墙板加固石砌体结构抗震性能研究

由于不规范的建造方式和海洋气候的影响,平潭岛上现存大量存在较大抗震安全隐患的石头厝。为提升该地区受损石砌墙体的抗震性能,基于钢筋混凝土墙板的加固方式,通过建立 18个石砌墙体的有限元模型,分析了混凝土板厚度、配筋率、混凝土强度、竖向压力等因素对石砌墙体极限承载力、刚度退化和位移延性的影响。结果显示:钢筋混凝土板墙可有效改善石砌体墙的抗震性能。在一定范围内增加混凝土厚度可提高承载力,但过厚则会降低延性。适当增加配筋率能有效提高构件延性。随着混凝土强度提高,构件极限承载力略有下降且脆性越明显,设计时不建议采用高强度混凝土。对于竖向压力越大的石砌体墙,钢筋混凝土板加固后承载能力提高更明显,但相应的延性会有所降低。     

US-FE-LSPIM单元在边坡稳定分析中的应用

US-FE-LSPIM四边形单元由传统的4节点等参元形函数集和FE-LSPIM四边形单元形函数集分别作为检验函数和试函数而构成。传统的4节点等参元形函数集用于满足单元间和单元内位移连续性要求,FE-LSPIM四边形单元形函数集用于满足位移完备性要求。该单元综合了无网格和有限元法的优点,具有计算精度高、对网格畸变不敏感的优点,满足数值收敛的一致性要求。将其扩展到边坡稳定分析中,推导了该单元的弹塑性离散格式。采用强度折减法,以改进的位移突变作为判据,通过算例验证了该单元程序的正确性,并用其分析三峡工程左岸大坝稳定性,得到合理的结果。     

多层波纹管有限元接触分析方法研究

波纹管伸缩节具有良好的变形和防漏性能，近年来在水利水电工程中获得广泛使用。然而，在分析多层波纹管的结构时，采用过去常用的分析单元往往无法同时保证结构位移计算的精度、接触计算的精度和接触计算的收敛性，从而严重阻碍了波纹管伸缩节的进一步发展。为此，构造了四边形节点应变连续单元。此单元是具有完全三阶位移场的高阶单元，但只有一种节点，从而避免了一般高阶单元在计算滑动接触问题时的误差。试算表明，此单元可以较好地解决多层波纹管的上述分析难点，具有较强的实用性。     

混凝土破坏全过程分析的扩展内嵌裂缝模型

为解决传统内嵌裂缝模型仅能考虑定常位移跳跃而导致的应力闭锁问题,并保证裂缝张开位移在相邻单元间的连续性,基于强不连续问题位移场的多尺度统一表述,选取具有明确物理意义的裂缝节点(裂缝与单元边的交点)位移跳跃作为增强自由度,提出了适用于混凝土等准脆性材料和结构破坏全过程分析的扩展内嵌裂缝模型,并给出了其有限元实现方法。对楔入劈拉试验Ⅰ型和单边缺口梁混合型破坏等混凝土标准试验进行了数值分析,得到的裂缝路径和荷载-位移曲线均与试验结果或文献结果吻合良好,验证了模型理论的有效性,同时分析结果也表明该模型具有较高的粗网格精度和良好的数值健壮性。     

混凝土的断裂能随断裂路径的变化规律

本文指出了混凝土的断裂能与抗压强度之间不存在直接的关系，采用分数维理论定理研究了混凝土的断裂面和断裂能与断裂面特征之间的关系。试验结果表明：(1)断裂面分数维随最大集料尺寸的增加而增加，较高水胶比的混凝土分数维增加速度较快；(2)在同样水胶比下，断裂能随分数维增加，较低水胶比混凝土的断裂能随分数维增加的速率较较高水胶比的混凝土快；(3)采用延性指数描述了混凝土的脆性，对所有试件延性指数与分数维之间都存在较好的线性增加关系。     

过渡单元和层合单元在混凝土三维温度场仿真计算中的应用

为模拟施工期混凝土分段成层浇筑的温度场，提出12结点与10点双线性过渡单元和层合单元模型，运用双线性过渡单元可以解决在网格浮动过程中混凝土段与段之间单元交界面的温度和位移的协调性，运用层合单元可以在不降低计算精度的前提下使计算规模显著降低，大大提高了计算效率，甚至使某些复杂超大规模的水工结构问题的仿真求解大为简单。     

矩形渡槽槽身结构时变可靠度分析

为分析服役期内渡槽安全度变化，将时间离散法引入渡槽结构时变可靠度计算中。基于工程实例，建立矩形渡槽槽身纵向和横向两个方向3个部位的承载力和抗裂极限状态方程以计算时变可靠度，用蒙特卡罗法的计算结果验证其精度，并与动态可靠度法计算结果进行比较。结果表明：渡槽结构纵向承载力可靠度随服役年限下降，尤其在服役后期降幅远大于横向承载力，纵向承载力极限状态为渡槽寿命的控制状态；纵向和横向抗裂可靠度较承载力可靠度下降均较慢；由于初始值不高，底板抗裂可靠度在服役后期略低于目标值；时间离散法计算结果整体误差相对较小，尤其对服役后期的结构安全性评价更精确，其计算精度比动态可靠度法更高，因此，应用时间离散法进行渡槽可靠度计算和安全性评价更为合理。     

钢纤维混凝土断裂过程测试与力学性能

为了研究钢纤维混凝土的断裂过程和承载力的估算方法，通过加载试验机分别对四种不同尺寸的钢纤维混凝土试件进行楔入式劈裂断裂实验，并对其中两个试件粘贴应变片进行跟踪电测。实验得到了一系列载荷–位移关系曲线，由数据计算获得各个试件的载荷与张开位移关系曲线，以及断裂损伤区变形随载荷变化曲线。结合黏聚裂纹应力强度因子与双 断裂准则，对各组试件的承载力进行估计，并将其计算值与实验结果的平均值作比较，两者较吻合；表明用断裂力学原理分析该类材料结构的初期失效，和估计中小尺寸构件的承载能力是可行的。     

加装稳定翼的海上风电大直径单桩基础数值仿真

针对海上风电机组大直径单桩基础水平位移不易控制等问题,提出了一种加装稳定翼的单桩结构型式.通过在近地表(泥面)一定范围内的桩身设置一组翼板,充分利用浅层桩前土的抗力,增强了基桩水平承载性能.借助数值仿真计算结果,采用指数拟合法、四阶多项式拟合法对水平荷载与基桩水平位移关系进行拟合,进而求解单桩水平极限承载力.结果表明,四阶多项式拟合法精度更高;加装稳定翼的单桩水平位移及桩身最大弯矩明显降低,单桩水平极限承载力显著增强,稳定翼安装位置会对基桩水平承载力的提高效果产生影响.该结构形式可推广到其他海上风电基础结构小直径钢管桩的桩型改良中,有利于减小相应的材料成本及施工成本.     

弧门型钢混凝土闸墩内型钢布置形式研究

为研究闸墩内型钢布置形式对闸墩工作性能的影响,依据弧门支座附近闸墩局部受拉区配钢量不变原则,基于ANSYS软件建立不同布置形式的型钢混凝土闸墩模型,分别从闸墩位移、应力、裂缝分布和承载能力4个方面对闸墩内型钢布置角度和数量对闸墩工作性能的影响进行对比分析,得出型钢布置形式对型钢混凝土闸墩工作性能的影响规律。结果表明:对称荷载作用下,随着型钢数量增加,型钢混凝土闸墩位移、应力逐渐减小,承载能力逐渐增强;非对称荷载作用下,随型钢数量的增加,闸墩位移先减小后增大,闸墩应力变化不明显,闸墩承载能力先增强后减弱;保持型钢数量不变,随着布置角度的增加,型钢混凝土闸墩位移、应力先减小后增大,型钢布置扩展角为20°~30°时,闸墩裂缝扩散速度较慢。综合考虑,提出型钢混凝土闸墩内采用三根型钢以25°扩展角进行布置时为较好布置形式,这一结论在型钢混凝土闸墩设计中具有推广和应用价值。     

高压水工隧洞BFRP网格增强钢筋混凝土衬砌试验研究

为探究玄武岩纤维增强树脂复合材料网格(简称BFRP网格)对高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构裂缝控制能力及承载能力的增强作用,进行了高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构模型对比试验,试验采用真实高压水加载。通过对隧洞模型内壁环向变形监测,以及通过声发射系统对模型在加载全过程中的声发射信息监测,对比分析了BFRP网格对裂缝产生及扩展的影响。研究结果显示,与常规混凝土衬砌结构模型相比较,BFRP网格增强钢筋混凝土衬砌结构模型的极限承载力提高21%、宏观裂缝最大开度减少了68%、宏观裂缝空间分布更为分散;开裂前内壁环向拉应变增大了81%,开裂时的声发射绝对能量占加载过程中声发射总累积绝对能量的33.78%(前者为99.38%),主要破坏模式表现为韧性破坏。可见,BFRP网格可显著提高高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构的裂缝控制能力和承载能力。     

静水压力下混凝土双K断裂参数试验测定

本文主要研究混凝土在机械荷载和水压力的双重作用下，裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况。试验采用楔入劈拉试件，试验时每间隔一定的机械荷载，施加一个循环的一定数值的水压力，直至试件断裂。试验采用“恒定裂缝张开位移”和“恒定荷载”两种加载方式，恒定裂缝张开位移是对水压力作用下的试件进行的定性对比分析，恒定荷载是对固定水压力作用下的试件，通过表面粘贴应变片的方法监测裂缝的起裂和扩展长度。采用混凝土裂缝扩展的双K断裂准则计算了粘聚韧度、失稳韧度和起裂韧度，并与试验测定结果进行了比较。结果表明，随着水压力的逐渐增大，试件的可承受最大荷载逐渐减小，裂缝的起裂提前。     

考虑累积损伤的坞式船闸裂缝扩展及钢筋锚固改进研究

坞式船闸受力复杂,河侧闸墙倒角附近易开裂,钢筋锚固长度设计为现行水工行业规范最小值时,裂缝扩展路径可能绕过锚固延长段,甚至引发倒塌事故。采用扩展有限元方法(XFEM)建立仿真模型,研究考虑累积损伤下的坞式船闸裂缝扩展规律,并对钢筋锚固提出改进措施。结果表明:考虑累积损伤的钢筋混凝土闸室裂缝扩展路径,均在相同荷载作用下素混凝土状态闸室的拉应力区内部或附近;倒角附近钢筋锚固长度取规范最小长度时,部分损伤情形中荷载作用下裂缝扩展路径会绕过闸室倒角附近钢筋锚固延长段,导致结构极限承载能力无法满足要求;将钢筋锚固段延长,使穿出素混凝土状态闸室拉应力区的钢筋长度等于规范最小锚固长度,可使锚固延长段穿过裂缝扩展路径,并减小裂缝扩展长度和钢筋最大拉应力,使结构满足极限承载能力要求。研究结果可为船闸工程事故防治和相关设计规范进一步修订提供依据。     

再生砖骨料混凝土梁斜截面抗剪承载力分析

实验研究了再生砖骨料混凝土梁斜截面的抗剪极限承载力、破坏形态和裂缝开展等情况,并与普通混凝土梁进行对比.分析再生砖骨料混凝土梁的抗剪机理,提出了适用于再生砖骨料混凝上梁的抗剪承载力公式.实验与分析结果表明:再生砖骨料混凝土梁和普通混凝土梁的破坏形态和裂缝开展情况相似,但再生砖骨料混凝土梁的抗剪极限承载力低于普通混凝土梁.采用提出的抗剪承载力公式计算再生砖骨料混凝土梁的抗剪极限承载力是可行的,有一定的安全储备.