某大跨拱桁架结构合理拱轴线的选型

本文分析了在分段荷载作用下拱结构的受力模式,通过理论分析,得出相应合理拱轴线的方程曲线,并给出考虑轴力情况下的拱轴线修正方法。结合实际工程项目,某大跨拱桁架采用钢管桁架结构,拱轴线为空间曲线,主拱跨度为147m,次桁架跨度27～30m,拱高21m,拱脚平面投影30°,南北支座高差5.25m。本文通过上述理论分析结果,进行参数化分析,得出在此复杂边界条件下的合理拱轴线曲线。采用SAP2000软件对优化后的拱结构与原拱结构进行计算分析对比,通过对内力分布、结构位移等结构特性关键指标的分析,验证上述理论分析的正确性,以及本工程采用拱轴线的合理性。以上分析过程、设计思路可为今后类似工程提供参考。     

浅埋大跨地下拱结构拱轴力学及数值优化研究

通过力学分析与有限元计算探讨浅埋大跨地下混凝土拱结构合理拱轴形式及拱轴优化问题。首先,基于曲梁平衡微分方程推导出浅埋大跨地下拱结构的合理拱轴微分方程。然后,分别采用SAP2000及ABAQUS有限元软件对相同参数下的不同拱轴混凝土拱结构进行内力比较分析,验证推导所得合理拱轴线的合理性。接着,以最大限度减小拱圈截面弯矩为优化目标,采用迭代法对拱轴进行优化,并以圆弧形拱轴为例进行计算分析。最后,将优化后的圆弧拱轴与本文所得合理拱轴的拟合曲线进行内力比较,得到合理拱轴线的近似最优解。本文的研究可为混凝土拱结构设计提供参考。     

钢管混凝土拱主拱结点坐标计算方法

使用计算软件如ANSYS等对其进行结构动力计算时，建模过程比较繁琐。随着钢管混凝土拱结构的广泛应用，对钢管混凝土拱的关键点坐标计算是必不可少的。本文通过对北盘江大桥钢管混凝土拱关键点的坐标计算，总结出平面拱关键点坐标的计算方法。     

张弦拱结构的结构分析与其静力性能研究

对张弦拱结构的受力件能与分析方法进行了系统的研究.根据张弦拱结构的自平衡特点,建它索与拱的变形协调方程,给出了张弦拱结构的平衡微分方程,并设定位移甬数,用伽辽金法进行求解,以求得张弦拱结构的内力与位移.这一连续化理论计算方法与非线性有限元分析方法、模型试验结果都进行了分析比较,证明本理论方法计算方便、直观精确,可用于张弦拱结构的分析与计算.根据理论公式,对张弦拱结构的静力性能进行了讨论,包括结构的线性性能、拱的弯曲刚度贡献、结构挠度与支座的水平位移、预应力过程等方面,对张弦拱结构的研究与设计有较好的指导意义.     

无波纹拱壳结构极限承载力研究

本通过对波纹拱壳结构和无波纹拱壳结构进行理论分析和几何非线性有限元计算,得出无波纹拱结构的稳定承载力远高于波纹拱壳结构这一有用结论。     

新型索-拱结构的平面内弹性稳定性能研究

所研究的索-拱结构,是在圆弧形拱轴线上,按照拱平面投影n等分处设置放射状索,以改善拱轴线上不均匀弯矩分布,达到提高纯拱结构稳定极限承载力的目的。利用牛顿-拉普森法和弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和全跨恒载+半跨活载作用下进行了完善和带缺陷结构的弹性大挠度跟踪分析,研究了索对两种荷载形式下结构的极限荷载和平衡路径的影响;提出的索-拱结构能显著地提高拱的极限承载能力并能有效地防止结构二次分岔失稳的发生,计算结果对索-拱的设计有参考价值。     

清华大学综合体育中心大跨度拱的结构设计

介绍清华大学综合体育中心大跨度拱的结构设计 ,内容包括拱结构方案的比较和确定、拱基础方案、拱及其支撑结构布置、拱结构计算和截面设计     

万州体育中心主体育场结构设计

万州体育中心主体育场下部看台为钢筋混凝土结构,西区覆盖拱形屋盖。屋盖结构为拱跨约250m的超限大跨度巨拱结构,由钢管桁架组成。对大跨度屋盖结构布置及结构设计进行了阐述,并采用SAP2000软件对其进行了整体计算、施工模拟分析和防连续倒塌分析;采用ANSYS软件对结构进行了整体稳定性分析,并对典型节点进行了有限元分析。计算结果均满足结构安全性要求。     

柔性石笼挡墙变形受力的PFC2D数值模拟

石笼挡墙作为一种新型的挡土结构,在国内的应用还不够多,同时在已建或待建的挡土工程中,也出现了传统的挡土结构很难解决的情况,文章针对这种状况,引入了石笼挡墙这种柔性构筑物,并建立了石笼挡墙的PFC2D模型,从对墙面侧向位移的量测中,提出了行车荷载对挡墙的影响深度,研究了石笼墙背土压力,对回填土的受力特性划分了5个阶段,阐明了经过初期的荷载作用,挡墙与回填土的共同体达到了平衡状态,分析了挡墙墙背的侧向位移,指出了这种柔性结构能很好地消散土压力的作用.     

传统生土窑洞的土拱结构体系

传统生土窑洞没有栋梁支撑,完全由挖凿成型的纯原状土拱作为自支撑结构体系.它们的建造没有经过正规设计和计算,但却能够居住百年甚至数百年而不坍塌.首先通过有限元软件,模拟分析生土窑洞土拱结构体系的受力变形规律;其次,研究民间营造在役生土窑居土拱结构体系构成和主要结构参数之间的关系.通过有限元模拟计算分析结果和民间营造现状的对比,探讨了民间营造的土拱结构体系所蕴涵的结构和力学原理,从而揭示传统生土窑居土拱体系合理性、可靠性和科学性,有助于生土窑洞的保护和传承.     

泥石流冲击力的野外测量

冲击作用是泥石流最为剧烈的一种破坏方式。泥石流的冲击力因此也成为泥石流工程防治和危险性分区中的重要参数。然而,由于其破坏力巨大,可靠的野外泥石流的冲击力数据比较少。2004年通过在云南蒋家沟建立的泥石流冲击力野外测试装置和新研制的力传感器以及数据采集系统,首次测得不同流深位置、长历时、波形完整的泥石流冲击力信号。原始信号经过低通滤波处理后,得到真实的泥石流冲击力数据。对数据的初步分析发现,在同等流速的条件下,连续流的冲击力要比阵性流的大得多。单就阵性流而言,泥石流的冲击力最大值也不是随流速而单调增加的,而应该跟它所携带的固体物质的大小有很密切的关系。最后,对不同位置的冲击力过程线的分析说明泥石流中中等粒径的石块多集中在龙头和流体表面,而大粒径的石块应该是在泥石流体中半悬浮运动。     

Abschätzung einer Anprallkraft für murenexponierte Massivbauwerke

Estimation of a debris flow impact force against protection structures made of structural concrete. Alpine regions are exposed to several gravitational hazard processes. Such processes are debris flows, landslides or avalanches. Human settlements are amongst other things protected by structures adjusted to a certain process. The preparation of methods of calculation for the estimation of a debris flow impact force against such protection structures made of structural concrete is the major content of this paper. The paper is strongly related to the Austrian code series ONR2480X currently under development.     

无黏性土滑坡型泥石流形成机理的离心机模型试验研究

采用自主研发的可视化试验装置,参照某泥石流现场试验进行了离心机模型试验,研究典型滑坡型泥石流形成的宏细观机理。根据现场试验的颗粒级配和重力比,用粉砂和细砂按比例配制土样进行20g加速度下的离心机试验。利用高清数码成像设备和细观结构分析软件Geodip分别从宏观和细观角度分析了滑坡型泥石流的形成模式和水土作用机理。研究结果表明：离心机模型试验较好地重现了现场试验现象,滑坡型泥石流的形成模式为自坡脚逐渐向上分块坍塌的倒退式块体滑动。滑坡型泥石流形成的原因是坡体中细颗粒随孔隙水迁移,引起孔隙水压力升高并形成底部渗流,造成坡体发生抗剪强度破坏形成泥石流。     

Suspension force and mechanism of debris flows

The paper discusses the postulated suspension force, by which it is possible to explain some enigmatic phenomena observed in different types of mass movements. This force is generated in thick suspensions as a result of friction between sinking solid particles and static water. The suspension force is related to the seepage force but they have opposite directions. Both forces form flow networks. Having explained the suspension force, the paper describes how this influences the movement of material, particularly in debris flows. Enigmatic features and the mechanism of debris flows and lahars are explained by virtue of the suspension force. Electronic Publication     

考虑弹塑性变形的泥石流大块石冲击力计算

以Hertz接触理论为基础,考虑结构的弹塑性特性,给出泥石流大块石冲击力的计算方法。采用Thornton假设,即材料为理想弹塑性体,对Hertz接触理论进行弹塑性修正,推导考虑材料塑性的接触压力计算公式。为模拟泥石流大块石对构筑物的冲击,将构筑物假设成静止不动的平面,将大块石简化为以某速度运动的质点,建立基于修正Hertz接触理论的计算模型。计算结果表明,泥石流大块石在很小的冲击速度(小于1m/s)下就可能导致混凝土材料冲击接触面上产生塑性变形。考虑结构弹塑性特性后,冲击压力计算结果小于弹性冲击压力,更符合实际情况。     

外水压下大断面公路隧道衬砌结构受力特性模型试验

矿山法修建的山岭隧道有的情况下对地下水采取排导式处理方案。当衬砌背后来水量超出排水系统能力时,将引起衬砌背后外水压增高,甚至导致隧道衬砌结构破坏。自行研制了隧道衬砌外水压力模拟加载试验装置,该装置通过形成负压环境,利用隧道结构模型内外气压差来实现外水压的模拟。基于隧道-地层复合模拟试验平台,开展了外水压下大断面公路隧道衬砌结构受力特性的室内加载模型试验。结果表明：衬砌结构在水土压力共同作用下,轴力呈锥形分布,拱脚轴力大于仰拱和拱部;弯矩呈蝴蝶型分布,拱脚处承受外弯矩,仰拱及拱顶承受内弯矩;轴力、弯矩随水压增加大致呈线性增大,偏心距逐渐减小,拱脚位置具有最大的偏心距,为外水压下隧道衬砌结构受力的最不利位置;依托隧道工程三车道及加宽带衬砌结构产生渗透性裂缝的外水压力分别为330kPa和420kPa,开裂裂缝主要出现在左右拱脚区域的外侧及仰拱内侧,为受拉开裂破坏,且随着外水压的增加,裂缝的渗透性急剧增大。此研究可为大断面公路隧道排水型衬砌在外水压力作用下结构安全评估提供参考。     

考虑层间效应的钢纤维混凝土隧道单层衬砌#br# 受力特征模型试验研究

为探究考虑层间接触效应的钢纤维混凝土隧道单层衬砌内力分布规律,自行设计考虑层间效应的单层衬砌模型并研制竖向油压5MPa和侧向压力1.5MPa作为逐级施加的卧式加载试验台架,开展不同荷载作用下的钢纤维混凝土隧道单层衬砌受力特征模型试验。研究结果表明：不考虑层间接触特征的单层衬砌与考虑接触特征的单层衬砌在拱腰和墙角处的安全系数均为最低,最容易出现弯矩和轴力突变;考虑层间接触特征的单层衬砌最大弯矩与最大轴力均出现在拱脚处,层间接触面存在明显黏结力,结构的轴力增加和弯矩减小,内力变得均衡,结构的整体安全性高于不考虑层间接触面,相对不考虑层间效应,受力最不利的左右拱脚处的安全系数分别增加143.7%、149.4%;当竖向油压达到3MPa、侧向油压值达到0.9MPa时,仰拱周围层间接触面压力增长速度显著加快,仰拱处混凝土由线弹性转变为塑性,竖向油压达到4MPa,侧向油压值达到1.2MPa时,仰拱、拱角与拱顶层间接触面应力值有减小或反向增长的趋势,仰拱、墙角等界面发生破坏;钢纤维在单层衬砌裂缝扩展在30%~70%之间阻裂效果最好。     

地下拱形结构内力分析

根据局部变形地基梁法,利用改进了的压力拱理论计算地层压力,对212国道某一隧道衬砌（变截面直墙拱）进行了内力计算,同时利用大型有限元进行模拟,分析了拱形结构的受力特点,对隧道工程的设计与施工都具有一定的指导作用.     

公路隧道喷射混凝土套拱加固结构力学特性

为研究喷射混凝土套拱加固前后二次衬砌与混凝土套拱的受力状况,依托陕西汉中至留坝段八里关隧道,运用有限元软件建立隧道混凝土结构套拱加固分析模型,并通过现场监测获取二次衬砌与套拱间的接触压力、套拱格栅拱架钢筋应力、套拱混凝土应力,将数值模拟结果与现场测试结果相结合,得出套拱结构的一般受力变化规律。结果表明:套拱加固前衬砌结构的最不利荷载位置位于施工缝附近的拱顶、拱肩与拱脚处; 由于衬砌局部变形与温度应力的影响,套拱混凝土应力变化呈现反复“上升-下降-上升”最后趋于稳定的特点; 套拱的作用是控制二次衬砌的进一步变形,套拱施作后所承受荷载较小,套拱反作用力远小于围岩作用于衬砌的应力,在应力计算中不应将衬砌与套拱作为整体计算; 套拱结构数值模拟所得的结果与现场测试套拱结构内力(轴力、弯矩)的大小及分布相似度高,但在衬砌裂损严重部位,数值模拟所得结果误差较大,应以现场测试结果为准。     

路堤填土对无桥台斜腿刚架桥的拱式效应分析

无桥台斜腿刚架桥类似于折线拱桥,桥梁两端边斜杆上土的作用实际上形成了一对拱推力。针对路堤填土对结构的拱效应问题,采用Winker地基模型,分析土对该桥型结构的影响,其内力、位移的影响变化范围约为10%,路堤填土越好,对结构越有利。