基于ABAQUS软件盾构法隧道施工中埋地管道力学规律研究

为研究盾构法隧道施工作用下埋地管道的力学性能,建立地层、埋地管道和隧道衬砌的整体模型,采用有限元分析软件ABAQUS进行非线性求解。分别模拟了不同管径、壁厚、埋深条件下的埋地管道应力应变状态,得出在不同影响因素下管道Mises应力和纵向位移的变化规律。分析结果表明:在盾构法隧道施工作用下,管径和壁厚对埋地管道应力应变状态有较大影响,管径越大,管道Mises应力越大,纵向位移越小;壁厚越大,管道的Mises应力越小,纵向位移越小;当管道处在隧道上方时,一定埋深范围内,埋深对埋地管道的应力应变状态影响较小,管道的Mises应力和纵向位移随着埋深的增加虽有增加但增加并不明显。     

地基沉降作用下埋地聚乙烯管强度失效的数值模拟

对聚乙烯(PE)管进行不同应变率下的拉伸试验,并采用率相关本构模型获得PE管的材料参数.利用Abaqus软件模拟了埋地PE管在地基沉降作用下的应力-应变行为,分析了PE管应力随沉降位移的变化情况,探讨了过渡段长度对PE管屈服应力的影响.结果表明:PE管的最大Mises应力随沉降位移的增加而增大,危险段发生在过渡段与沉降区或非沉降区的交界处;随着过渡段长度的增加,PE管屈服的沉降位移逐渐增大,在同等沉降位移条件下,长过渡段埋地PE管比短过渡段埋地PE管更安全.     

温度荷载作用下受约束凹陷管道受力研究

为研究凹陷缺陷对油气管道可能造成的本体损伤和安全隐患,采用ABAQUS软件建立温度荷载作用下受约束凹陷管道有限元模型,结合Ramberg-Osgood模型以及更符合实际的二段式应力-应变本构方程准确地模拟钢材非线性本构模型。文中探究了凹陷深度、管道内压以及温度荷载对管道运行内压作用下受约束凹陷管道的应力应变的影响规律。研究发现对受约束凹陷管道应力应变影响最显著的是凹陷深度,其次是管道内压,最后是温度荷载,为这类钢制管道设计提供参考。     

市政道路开挖对埋地管道力学行为变化影响

市政道路开挖引起的路面地层沉降是威胁和破坏埋地管道的主要原因之一。因此,研究路面地层沉降下埋地管道的力学行为。讨论了管道参数、土层厚度对埋地管道力学行为的影响。结果表明,在开采过程中,管道的最大Von Mises应力和最大垂直位移位于管道中部。随着开挖长度的增加,Von Mises应力、应变和垂直位移也随之增加。当管道开挖为100 m时,最大垂直位移为0.034 m,仅增加10倍,但此时管道水平位移已达到最大值。随着埋深的增加,埋地管道最大应力也随之增加。当埋深为10 m时,最大应力为117.2 MPa。因此,市政道路开挖时,应考虑土层厚度及管道埋深,进一步降低管道发生应力集中。     

地震作用下埋地管线的动力响应分析

基于非线性动力学理论和有限元理论,运用ADINA有限元软件建立了管土模型,对地震作用下的埋地管线进行了动力分析。探讨了压缩模量、内摩擦角和黏聚力等土性力学参数以及地震作用等对埋地管线最大横向位移和最大等效应力的影响。结果表明:在地震作用下,土体的黏聚力越大,内摩擦角越小,埋地管线的最大横向位移就越小,而随着土体压缩模量的增加,埋地管线的最大横向位移先增大后减小;管线的最大等效应力随着土体压缩模量、内摩擦角的增加而减小,随着黏聚力的增大而增大;当地震荷载增大时,管线的最大横向位移和最大等效应力增大。     

走滑断层作用下埋地天然气管道性能分析

依托中亚天然气管道D线穿越F8活动断裂带工程,采用有限元研究方法,研究冻土区埋地管线在走滑断层位移作用下的变形问题。结果表明,随着断层位移增加,管道的变形和弯曲程度增大,管道在断层两侧存在应力应变集中。管道径厚比和内压对管道变形应变存在一定影响。     

高填方路堤下横穿管道的有限元分析

高填方路堤的不均匀沉降对其下穿横向管道的变形有很大影响。文章结合工程实际,利用三维有限元软件ABAQUS分析了高填方路堤荷载作用下管道内压强对管道轴向应力和竖向位移的影响。     

交通荷载作用下埋地承插口排水管道动力响应分析

近年来,由于市政排水管道灾变导致的道路坍塌事故频发,水泥混凝土管是目前应用最为广泛的市政排水管道,其在交通荷载作用下的力学响应特征尚不明确。基于ABAQUS有限元软件,建立了带承插口结构排水管道三维数值模型。在考虑承插口、橡胶圈和无限元吸收边界等的基础上计算分析了不同脉冲幅值、不同荷载作用位置和不同管道埋深对管道动力响应的影响。结果表明：管节处受力高度不连续,交通荷载对其作用位置两侧一节管长范围内的管道影响显著;承口和插口环向以受拉和受压为主;交通荷载作用位置对管顶、管底和管侧纵向Mises应力最大值无明显影响,但对管顶和管底纵向Mises应力分布有影响;管道纵向Mises应力及环向竖向应力与管道埋深成正比,应力增量与埋深增量成反比。计算结果为进一步研究交通荷载作用下排水管道的力学机理提供参考。     

温度和基坑开挖耦合作用下埋地管道变形规律研究

为研究温度和基坑开挖耦合作用下埋地管道的变形规律,建立管道-地层-基坑支护模型,采用有限元分析软件ABAQUS进行非线性求解。通过改变基坑不同开挖步骤地层的温度实现温度与基坑开挖耦合,分别模拟了不同管径、壁厚、埋深条件下埋地管道的变形情况,得出了不同影响因素下埋地管道垂直沉降位移和水平位移变化规律。分析结果表明:在温度和基坑开挖耦合作用下,埋地管道的水平位移大于垂直沉降位移,而且位移最大处发生在基坑的中部;管径越大,埋地管道的垂直沉降位移和水平位移越小;管壁越厚,埋地管道的垂直沉降位移和水平位移越小;埋深越大,埋地管道的垂直沉降位移越小,水平位移越大。     

基于ANSYS的钢板筒仓根部有限元分析

在环向拉应力和竖向摩擦应力的共同作用下,筒仓根部出现高应力区并发生屈服,最终径向位移的过大使得筒仓结构发生弹塑性整体失稳破坏,发生"象腿"破坏。文章运用有限元程序ANSYS建立筒仓根部有限元模型,通过不同荷载下的大变形弹塑性研究发现最大Von Mises应力和最大径向位移同时出现在一段区域,系统的分析了这种局部的屈曲对仓壁强度和稳定性的影响。最后结合国内和国外的筒仓设计规范公式,为筒仓根部的强度设计提供一些参考。     

基于有限元分析地基沉降对埋地管道的影响

为保证市政管网工程中埋地管道使用寿命,减少地基沉降对埋地管道的影响,本文通过分析地基沉降类型及原因,引入了三种地基沉降的管土作用模型。采用ABAQUS结合管土非线性接触模型进行有限元分析,研究两种工况下管道沉降及Von-Mises应力变化情况,分析最大Von-Mises应力变化规律,确定埋地管道敏感区域,实际作业过程中可以提前采取相应措施避免因地基沉降导致管道失效,以此作为现场施工的指导依据。     

燃气管道弯头应力分布及塑性极限荷载分析

应用有限元分析软件ANSYS,对燃气管道钢质弯头在内压作用下状态进行有限元分析,得到弯头不同内压下的应力分布。根据模型施加的内压和最大等效塑性应变关系,得出了弯头的塑性极限荷载。     

软土地区埋地输水管道在堆土荷载下的受力分析

文章采用两阶段法,即采用解析解与有限元相结合的方式对埋地管道进行受力特性分析。在第一阶段采用Boussinesq解得到堆土引起管道的附加荷载,采用斯肯普顿法得到土层因堆土而产生的沉降位移,再考虑管道本身的刚度的影响得到管道的附加位移;在第二阶段对管道采用有限元计算,运用ABAQUS软件建立管道的受力模型,将附加荷载和附加位移施加于管道,考虑管道内压等因素影响,得到管道的受力状态。最后通过上海市一处原水管道破坏案例进行分析,得到软土地区埋地管道的破坏主要是由于堆土引起下方软土固结沉降,导致管道严重变形而发生破坏的结论。     

大面积填土荷载作用下软土地区土体固结变形特性有限元分析

在沉降监测区地面填土调查和沉降监测点历年沉降监测成果对比分析的基础上,结合监测区工程地质条件,借助PLAXIS有限元软件,对宁波软土地区快速发展中填土引发的附加荷载作用下土体固结过程中的沉降变形和孔隙水压力分布及消散特征进行了一系列的模拟分析,对其沉降变形机理进行了探讨。实测及模拟结果表明:填土的广泛分布在宁波市地面沉降中发挥着重要作用;上部淤泥质土体的竖向变形在地面沉降中占绝对大的比重;若土体的均一性较好,则不会产生水平位移,即不易出现地面沉降区域向附加荷载作用范围外扩散的现象;表部附加荷载对上部淤泥质土体的影响显著,而对下部软—可塑的粘性土、砂土及碎石土的影响效果显著降低;填土荷载作用下,宁波市地面沉降变形特性主要由上部淤泥质土体的超静孔隙水压力的缓慢消散引起。     

水泥土无侧限抗压强度的数值研究

在室内试验的基础上,针对不同土质的水泥土,建立三维有限元模型,利用数值分析软件,对试样在单轴压缩条件下受力变形特征进行数值模拟。研究表明:不同土质的水泥土模型应力分布具有相同的规律,应力最大处在模型角部,其值分别为:2.917 MPa(SC-model)、2.965 MPa(SSC-model);选取模型中心部位的单元,分析得到模型内部应力最大位置在距加载区21.21 mm处;试样受压变形呈"两头小、中间大"的规律;位移最大位置在加载区,其值分别为:1.685mm(SC-model)、2.481 mm(SSC-model);在支座端位移为0;模型应力、位移值随荷载加大而增大,其中SSC-model对荷载变化更为敏感。研究结果揭示了单轴压缩条件下,试样内部应力位移分布规律,及荷载变化对试样应力、位移的影响。     

锤击荷载作用下大直径钢管群桩的动力特性分析

上海某机械厂有一大直径钢管桩,用于所生产柴油打桩锤出厂前的试用。目前试桩已不满足新生产大吨位柴油打桩锤的试打要求,因此拟增加8根短桩与试桩组成群桩。由于锤击荷载作用下长短组合群桩中荷载的分配及沉降的研究较少,为得到合理的群桩加固型式,采用有限元方法研究锤击荷载作用下群桩的动力承载特性。首先建立单桩有限元模型,分析竖向静荷载作用下钢管桩的沉降,并将模拟结果与现场静荷载试验结果进行对比,验证有限元模型的准确性,再分析锤击荷载作用下单桩的动力响应;其次建立锤击荷载作用下的长短组合群桩有限元模型,分析承台质量、承台埋深、辅桩桩长对群桩桩顶荷载分布及沉降的影响。结果表明锤击荷载作用过程中,角桩、边桩桩顶最大压应力较大,主桩桩顶最大压应力较小;承台埋深越浅,群桩桩顶应力越大,沉降反而越小;承台质量、辅桩桩长对群桩动力特性影响不大。     

交变载荷作用下埋地天然气管道受力特性

以三维有限元模型模拟埋地天然气管道在内压波动和交通外载等交变载荷作用下的管道应变及应力变化情况,内压波动采用三角波进行模拟,交通载荷以移动形式作用于管道上方,并以矩形面源载荷进行处理。结果表明:当移动载荷作用在管顶上方时,管顶竖向位移变化较为显著,对管侧应变的影响最大,而对管顶和管底应变的影响较小;随着管道内压的波动,管道各点应变也相应变化,在内压最大时管道的总应变达到最大值,管顶和管侧竖向位移则最小,管侧竖向位移变化幅度明显小于管顶。     

高含钢率型钢混凝土压弯构件受力性能影响因素分析

以8个含钢率分别为13.12%和15.04%、截面尺寸为500mm×500mm的型钢混凝土柱水平拟静力加载试验为基础,分析轴压比、含钢率和配箍率对高含钢率型钢混凝土压弯构件荷载-位移骨架曲线的影响。利用有限元分析软件ABAQUS建立试验试件的非线性有限元分析模型,模拟试验骨架曲线,验证有限元分析模型的有效性。以含钢率、轴压比和配箍率为参数,对37个型钢混凝土压弯构件进行参数分析,建模时考虑了型钢和箍筋对混凝土的约束作用,分析各参数对含钢率在20%以内的型钢混凝土柱骨架曲线的影响。结果表明：随着轴压比的增大,不同含钢率试件的屈服点割线刚度、峰值荷载、极限位移和延性水平逐渐接近,高含钢率型钢混凝土柱的优势逐渐减弱;当设计轴压比小于1.2时,型钢混凝土柱试件均具有良好的延性;随着配箍率的增大,峰值荷载和峰值位移均增大,试件延性增大。     

海上风机导管架支撑结构灌浆连接段数值分析北大核心

采用有限元数值模拟对海上风机导管架支撑结构灌浆连接段进行几何参数分析,研究压弯设计荷载作用下几何参数对连接段力学性能的影响。参数分析表明,在位移方面,灌浆连接段的长度,套管厚度和桩管厚度通过改变连接段线刚度影响最大横向位移以及最大竖向位移。在应力方面,钢管厚度显著影响钢管的最大Mises应力,灌浆长度不直接影响钢管最大Mises应力;灌浆长度、钢管厚度不显著影响浆体的Tresca应力,浆体厚度影响浆体最大Tresca应力,且浆体厚度有最优值。该研究成果为海上风机导管架支撑结构灌浆连接段的设计提供一定的技术参考。     

软黏土地基单桩基础累积侧向位移研究

针对软黏土地基中单桩基础在水平循环荷载作用下的累积侧向变形问题,建立考虑围压和动偏应力的刚度衰减模型。通过开发ABAQUS子程序实现刚度衰减模型在有限元中的运用,建立数值模型分析水平循环荷载作用下单桩基础的累积侧向位移。结果表明,当水平循环荷载较小时,桩顶侧向位移随着循环次数增大而增大,在一定循环次数后趋于稳定;当循环荷载超过一定幅值时,桩顶侧向位移持续发展,且不再稳定。在临界长度内增大桩长能够有效地减小侧向位移,超过临界长度后增大桩长对位移影响很小。随着桩径的增加,桩顶侧向位移明显减小,因而增大桩径能够显著地降低桩基侧向变形。