预应力钢与高强混凝土组合梁有限元分析

目的研究预应力钢与高强混凝土组合梁从加载到破坏的全过程，分析其力学性能，为工程应用提供可靠的理论依据．方法采用大型有限元软件ANSYS，对预应力钢与高强混凝土组合梁进行了空间非线性分析，在组合梁的有限元模型中，钢梁采用壳单元，混凝土采用体单元，混凝土中的普通钢筋通过单元实常数确定，预应力钢筋采用线单元，预加应力通过单元实常数确定。采用弹簧单元考虑了混凝土翼缘板同钢梁间的滑移；采用非线性材料本构模型关考虑了钢材和混凝土的材料非线性特性．结果计算得到了组合梁在不同加载状态的应力、应变，荷载一变形曲线，预应力钢筋增量曲线，滑移沿梁长分布曲线等，并与试验研究进行了比较．分析表明，高强混凝土和钢材的强度都得到了充分发挥．结论计算结果与已有试验结果较为吻合，因此，可以利用有限元方法研究组合梁的工作性能，代替部分试验研究．     

高填土涵洞相似材料模型试验与数值模拟

依据相似理论,采用正交试验和增加局部试验相结合的方法在最少的试验次数下确定相似材料的配比,得出材料配比用量与力学指标的关系。根据现场资料,满足几何相似条件,制作相似材料涵洞模型。在模型上逐层填土、分级加载来模拟实际施工过程。以盖板涵为例,测出模型关键部位的应变、应力结果。把模型试验的结果按照相似指标推算出原型结构的应力分布。用有限元软件ANSYS进行涵洞受力全过程的数值模拟,并将数值模拟结果与模型试验、模型试验推算出的原型结构应力数据加以对比。结果表明,模型试验和有限元数值模拟二者可以互相印证,对实际工程设计具有参考意义。     

高填土涵洞相似材料模型试验与数值模拟

依据相似理论,采用正交试验和增加局部试验相结合的方法在最少的试验次数下确定相似材料的配比,得出材料配比用量与力学指标的关系。根据现场资料,满足几何相似条件,制作相似材料涵洞模型。在模型上逐层填土、分级加载来模拟实际施工过程。以盖板涵为例,测出模型关键部位的应变、应力结果。把模型试验的结果按照相似指标推算出原型结构的应力分布。用有限元软件ANSYS进行涵洞受力全过程的数值模拟,并将数值模拟结果与模型试验、模型试验推算出的原型结构应力数据加以对比。结果表明,模型试验和有限元数值模拟二者可以互相印证,对实际工程设计具有参考意义。     

大位移往复加载下钢框架节点地震损伤试验研究

结构临近倒塌状态时,构件不可避免发生较大变形。节点区梁柱焊接处是钢框架结构薄弱环节,易发生脆性破坏,设计了3个不同的大位移加载制度对钢框架节点构件进行低周往复加载,考察其破坏过程与特征,研究了不同大位移加载方式对钢框架节点的荷载-位移滞回曲线、滞回耗能、损伤演化等力学性能的影响。结果表明:加载制度对构件的破坏形态起控制作用,变幅加载与等幅60mm循环加载下试件为脆性破坏,等幅90mm循环加载下试件为延性破坏。采用变形作为损伤模型的参数不适合评价钢框架节点,且构件变形在地震作用下不可能达到其极限变形,针对钢框架节点,提出简单通用的累积破坏损伤模型。     

筑坝料动力分析中的Bouc-Wen模型及其参数研究

Bouc-Wen光滑滞回模型因其能够描述动力荷载下的复杂非线性,广泛应用于材料的动力分析。为研究筑坝料在循环加载条件下动剪切模量和阻尼比以及累积变形等复杂动力特性,将Bouc-Wen模型应用于土体,绘制应力应变滞回圈并分析其模型参数;采用参数敏感性分析方法研究Bouc-Wen模型,并对动力试验数据进行数值模拟;讨论模型参数变化对土体应力应变滞回圈及动剪模量和阻尼比的影响。根据国内外筑坝料动力试验数据统计得到筑坝料模量衰减及阻尼比增长的均值曲线,应用MATLAB软件编制遗传算法程序确定模型参数;利用GDS动三轴仪探究糯扎渡土石坝的心墙掺砾土在循环荷载下的累积变形特性,并应用Bouc-Wen模型对循环三轴试验测得的应力应变滞回圈进行数值模拟。基于参数分析和数值拟合结果,本文提出适用于筑坝料的Bouc-Wen模型参数范围;筑坝料动剪模量衰减曲线和阻尼比增长曲线拟合结果均方误差小于0.4%;糯扎渡掺砾土循环三轴试验8个振动周期累积应变试验值与模型预测值分别为1.2%和1.18%。基于本文研究得到的模型参数范围,Bouc-Wen模型可以有效地模拟筑坝料动模量阻尼和累积变形特性,为筑坝料动力分析提供帮助。     

大位移往复加载下钢框架节点地震损伤试验研究

结构临近倒塌状态时,构件不可避免发生较大变形。节点区梁柱焊接处是钢框架结构薄弱环节,易发生脆性破坏,设计了3个不同的大位移加载制度对钢框架节点构件进行低周往复加载,考察其破坏过程与特征,研究了不同大位移加载方式对钢框架节点的荷载-位移滞回曲线、滞回耗能、损伤演化等力学性能的影响。结果表明:加载制度对构件的破坏形态起控制作用,变幅加载与等幅60mm循环加载下试件为脆性破坏,等幅90mm循环加载下试件为延性破坏。采用变形作为损伤模型的参数不适合评价钢框架节点,且构件变形在地震作用下不可能达到其极限变形,针对钢框架节点,提出简单通用的累积破坏损伤模型。     

反复加载时型钢钢筋混凝土框架柱的损伤过程

基于考虑变形幅值和循环加载效应影响的累积损伤模型,对型钢钢筋混凝土框架柱（空腹式和实腹式）在反复加载下的损伤发展进行了分析,对其抗震性能作了进一步讨论。     

数控气压式柔性加载模型试验系统的研制及应用

地质力学模型试验中针对地应力的模拟,往往采用液压千斤顶刚性加载的方式,该加载方式具有以下不足:1)使得模型边界的位移同步一致,而模型应力则呈现非线性分布状态,与实际工程的地应力状态不符。2)无法应用于不同形状的洞室内,无法对含内压地下洞室(如隧洞内水压力、石油储备库油压等)进行有效模拟,因此成为制约有压洞室模拟的一个关键性难题。因此,有必要研制准确模拟洞腔内外压力的柔性加载装置。作者根据气压加载灵活的特性,设计研制了一套数控气压式柔性加载模型试验系统,有效实现了模型试验洞腔内的气压式柔性加载以及加载过程的自动化、数字化和可视化。通过气压式柔性加载控制系统能更真实地揭示深部软岩地下洞室围岩的非线性变形特征和破坏机理。将该系统应用于注采气压变化条件下盐岩储气库地质力学模型试验中,有效模拟了注采气压变化对盐岩地下洞腔的稳定性影响,获得了在不同注采气速率及不同气压条件下洞室收敛变形规律。试验表明,该实验系统可应用于有压洞室模型试验内压的有效模拟,具有广阔应用前景。     

基于微观胞元的镍基单晶合金应力松弛数值模拟

对DD3镍基单晶高温合金薄壁圆筒试样在680 ℃进行了拉/扭低周疲劳试验,基于单晶合金的微观结构特性,建立了γ/γ′双相微观多胞元力学模型,采用双线性随动Hill硬化模型,对试样进行拉/扭循环位移加载有限元数值模拟。研究结果表明：高温非对称循环载荷下,试样轴向表现出应力松弛行为和非弹性形变累积,其中基体相最先出现塑性累积变形,导致低周疲劳破坏。数值模拟研究发现,使用单个胞元模型进行拉/扭多轴位移加载,会出现边界应力畸变现象,与试验结果不相吻合,而采用多个胞元力学模型则可以避免发生边界应力畸变现象,能够更好地模拟高温非对称循环载荷下的应力松弛行为和对单晶合金进行应力弱化损伤研究。     

350 km/h高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析

采用车辆轨道路基垂向耦合动力学模型,研究了轨道高低不平顺下有砟轨道路基动力影响系数φ_i的概率分布特性;根据循环荷载下路基粗粒土典型填料单元模型试验反映出的累积变形状态特征与荷载水平的关系,明确了基床以下填料处于无时间效应变形状态、基床填料处于微弱时间效应变形状态的设计工作状态;以基床结构的动强度、长期动力稳定性、循环变形为设计控制指标,开展了高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析。研究表明：表征路基承受列车动力效应程度的φ_i沿线路纵向服从对数正态分布;列车荷载作用下,路基各结构层的累积变形状态与填料性质密切相关;基床结构的长期动力稳定性为设计主控因素,据此,提出了适用于350 km/h有砟轨道高铁基床双层结构型式的技术标准建议。