隧道锚的承载性能及其影响因素研究

悬索桥的隧道锚是承担主缆荷载的关键部件。现有研究表明隧道锚的承载性能主要受围岩、埋深、锚碇体外观等参数影响。为进一步验证其内在规律和参数敏感性,通过考虑埋深、锚碇体长度、围岩类别等影响因素,设计并进行了隧道锚的室内模型试验,研究各因素对隧道锚抗拔承载力的影响;然后基于室内模型试验的相关参数,采用数值方法对室内模型试验进行数值模拟,结果表明,数值方法研究结果与模型试验结果较为吻合;模型试验获得的影响因素规律和破坏特征与数值方法结论一致。研究结果显示,隧道锚承载力的主要影响因素依次为围岩类别、埋深、锚碇体底角等参数,锚碇体长度影响不明显。     

钢塑格栅在锚网支护工程中的作用机理及其工程应用

针对钢塑格栅锚网支护技术的可行性,通过理论分析、现场工程试验和数值模拟的综合研究方法,深入全面地对钢塑格栅锚网支护技术的作用机理以及在工程中的应用进行了研究,研究结果表明:(1)通过研究钢塑格栅锚网支护机理,阐述了钢塑格栅锚网支护的必要性,解释了钢塑格栅在调整岩土体应力和协调岩土体变形方面发挥的作用,同时提出了钢塑格栅锚网支护“让压”原理;(2)通过对锚网支护方式的研究,揭示不同支护条件下对数值模拟结果的影响,得出了无支护和钢塑格栅锚网支护时产生的深基坑变形量;(3)通过数值模拟与现场监测数据对比,验证了数值模拟结果,证明了在锚网支护工程中钢塑格栅作为支护材料的可行性。     

螺旋锚群锚极限荷载破坏试验及数值模拟分析

基于螺旋锚群锚极限抗拔荷载破坏试验和三维有限元数值模拟结果,研究了螺旋锚群锚在极限荷载作用下位移变化规律和螺旋锚结构的薄弱区域.螺旋锚群锚端部位移数值模拟结果和实测结果非常接近,在极限荷载作用下,螺旋锚周边土体塑性区域发展较快,土体接近破坏,不能承受更大的荷载.螺旋锚应力峰值位于锚叶与锚杆接触部位,且沿着锚叶半径方向由锚杆中心到锚叶边缘递减,因此将锚叶设计为渐变厚度较为合理,可避免锚叶在极限荷载作用下与锚杆产生裂缝甚至脱离.本研究结果对类似工程具有指导意义.     

柔性锚胫法向承力锚安装轨迹和承载性能分析

针对具有柔性锚胫的Stevmanta法向承力锚的安装轨迹和承载性能进行研究。首先,通过机构分析提出了由拖曳力与锚板之间夹角确定锚胫形态的方法,然后将该方法引入塑性方法建立了可以考虑锚胫形态变化的数值计算方法。基于该数值方法,计算了法向承力锚在拖曳安装与系泊调节过程中的运动轨迹和承载力,研究其性能特点,并讨论了锚胫几何参数对锚性能的影响。研究发现:在拖曳嵌入的初始阶段,锚胫的形态改变能够使锚板发生显著旋转从而获得良好的下潜姿态;在拖曳嵌入与系泊调节过程中,锚胫最终都会达到稳定状态,形态不再发生变化;锚胫几何参数的变化对锚的运动轨迹、承载性能均有明显影响,实际工程中应权衡各方面性能进行合理取值。     

基于CFD-DEM流固耦合方法的吸力锚基础负压沉贯数值模拟

吸力锚基础作为一种新型高效的海洋结构物基础形式在海洋工程中得到了广泛应用。对于砂土中的吸力锚沉贯研究，传统试验或有限元数值模拟存在一定局限性。采用基于离散单元法与计算流体动力学理论（CFD-DEM）流固耦合方法对吸力锚在砂土中的吸力贯入过程进行数值模拟分析；通过与室内物理模型试验、沉贯阻力理论解析计算结果进行对比分析，验证CFD-DEM流固耦合方法的有效性和准确性。进一步地，从土颗粒细观尺度上深入分析吸力锚在砂土中沉贯特性。数值模拟捕捉到贯入过程中锚内土塞和砂层变化现象，发现砂层呈现出中间向上凸起的弧状分布，说明贯入产生挤土效应，其造成的土体位移和膨胀也是土塞产生的原因。同时模拟得到贯入过程中的超孔隙水压力等势线分布变化情况和锚内砂层水力梯度的变化情况，证实了砂土中吸力贯入的“安全机制”。最后将数值所得的锚外负压比变化与Houlsby和Byrne理论模型计算结果进行对比，得到锚内土体渗透系数随沉贯的变化规律。通过本研究验证，采用离散元法结合计算流体动力学理论有效地模拟和捕捉吸力锚沉贯过程中的细观土水相互作用、宏观土体变形及渗流场分布等现象，该方法可作为吸力锚沉贯特性研究的一种有效手段。     

船舶抛锚冲击海底生产系统防护装置的研究

海上船舶应急抛锚冲击到水下管线会影响到水下生产系统的正常作业，采用模型试验和数值计算相结合的手段开展了落锚冲击对水下生产系统防护装置的影响研究。首先依托实际工程设计了落锚冲击的动力模型试验，开展了不同高度处落锚冲击防护系统的模型试验研究，分析了海底防护系统顶盖受落锚冲击时的动力响应，发现在所研究工况范围内，落锚冲击后会产生二次冲击。基于ABAQUS有限元软件，建立了锚-防护系统-海床土体相互作用的冲击计算模型，通过物理和数值模拟结果的比较，验证模型试验和数值模型的可靠性。     

吸力贯入式平板锚旋转特性的离散元数值模拟

采用离散元方法对吸力贯入式平板锚的旋转过程进行了数值模拟。通过对比离心机的试验结果,验证了颗粒离散元模拟的有效性,阐明了锚体旋转特性,分析了锚体旋转过程中锚与土相互作用机理及土体应力场分布情况。研究结果表明:离散元数值模拟结果较大变形有限元更接近于离心机试验结果;吸力贯入式平板锚在旋转过程中的埋深丢失与偏心比e/B的值密切相关,当e/B=1时,旋转过程埋深丢失可以忽略,当e/B较小时,埋深丢失较大;旋转过程中锚的水平位移远小于其竖向位移;锚体在旋转过程中可能与其下方土体发生分离。     

深挖路堑下伏隧道锚围岩承载特性研究

针对油溪长江大桥北岸开挖路堑下伏隧道锚的特定工程地质背景,为研究该浅埋隧道锚围岩承载特性,通过围岩地质与力学特性评价、工程经验模型预测、有限差分数值模拟和现场模型试验验证的综合研究方法,对隧道锚围岩的变形承载特性开展了系统研究.研究结果表明:工程经验模型预测的承载力结果最低,为10.2倍设计荷载;模型试验加载获得的极限...     

锚碇板在高填方边坡有限空间支护的应用研究

总结了锚碇板容许抗拔力的计算方法,通过数值分析方法研究了锚碇板的尺寸和埋置深度对锚固力的影响,利用理论计算与数值分析相结合的方法完成了某高填方边坡支护设计,为类似边坡支护工程设计提供了借鉴意义。     

基于FLAC3D的深基坑桩锚支护参数优化分析

以沈阳恒隆广场桩锚支护深基坑工程为研究对象,借助FLAC3D数值分析软件对影响基坑开挖的桩锚支护参数进行了数值模拟分析研究。得出桩锚支护参数对基坑变形的影响规律和优化值,并对重要参数进行了讨论。分析结果表明,锚杆预应力和锚固长度参数对基坑变形影响显著。     

单层索网幕墙中玻璃与索协同工作的数值模拟

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究,通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响,得到了一些有实用意义的结论。     

单层索网点支式玻璃幕墙的静力性能研究

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究，通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响，得到了一些有实用意义的结论。     

单层正交索网结构承载性能研究

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究,通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响,得到了一些有实用意义的结论.     

预应力锚索加固基坑的三维数值分析

介绍了程序对锚索的模拟原理,然后针对模型试验,用数值模拟的方法,对比分析了锚固基坑斜墙和直墙在开挖后的水平位移特征和垂直位移特征。计算表明:预应力锚索能够显著减少基坑的水平位移和垂直位移;全长粘结式锚索对松软岩土体的加固效果尤为突出;初始预应力的大小在开挖过程中对基坑的加固效果的影响较为明显。     

锚杆锚索联合支护数值模拟及现场应用

分析锚杆锚索联合支护作用机理.根据现场实测围岩参数,采用FLAC3D有限差分计算软件建立相应数值分析模型,模拟不同锚杆间距、不同锚索数量下的锚杆锚索联合支护效果,得出合理、经济的锚杆间距和锚索数量.并与现场试验相比较,验证了模拟的正确性.研究结果对类似巷道的支护设计有一定指导作用.     

斜拉-悬索体系转换中缆索共存状态结构力学研究

针对超大跨度自锚式悬索桥跨越通航流域时不能采用常规支架法施工主跨钢箱梁的问题,提出“先斜拉,后悬索”的总体施工方案,即利用钢塔和斜拉索辅助安装钢箱加劲梁,形成斜拉桥,然后再安装主缆、张拉吊索,进行斜拉桥-悬索桥的体系转换。完整的体系转换数值分析模型需要考虑斜拉桥和自锚式悬索桥两种独立缆索支撑体系共存,采用无应力状态控制法将两种模型全部缆索单元以无应力长度为基础重新建模迭代计算,获得耦合状态分析模型。推荐方案计算结果表明斜拉桥成桥后可充分利用斜拉索的材料强度进行补张拉工作后再进行体系转换工作,可使主梁线形大幅度提高,降低吊索张拉的接长杆长度和张拉次数,优化体系转换过程。通过数值模拟计算,分析得出两种缆索支撑体系共存状态下,体系转换过程中吊索和斜拉索的变化规律,研究了张拉吊索对相邻吊索、非相邻吊索索力的影响,以及成桥后吊索索力的来源比例。     

圆形平面轴对称索穹顶结构施工过程跟踪计算

本文针对圆形平面、脊索呈辐射状分布的轴对称索穹顶结构提出了施工过程跟踪计算方法,建立了基本计算理论和计算步骤,编制了计算程序,并进行了实例计算,结果表明,其精度能满足实际工程要求.     

地下洞库围岩外加固抗炸弹爆炸性能研究

 为进一步提高已建地下洞库的抗爆炸性能,本文提出了对洞库围岩采用交叉锚固进行加固的方法,并通过相似模型试验对加固前后的洞库模型进行了爆炸对比试验;在采用数值模型计算验证后,利用数值模拟的方法分析了锚索参数以及围岩强度对洞库抗炸弹爆炸性能的影响。研究结果表明：在相同的爆炸荷载作用下,加固围岩洞室衬砌结构的压力峰值、加速度峰值、拱顶位移峰值及整体破坏程度均小于未加固围岩洞室,加固围岩的爆腔体积、塑性区半径均较小,岩体内裂缝较少,爆点附近岩体耗散的爆炸能量较多;加固锚索面积越大、倾角越大、间距越小、长度越大、加固围岩材料强度越高时,洞室衬砌拱顶的位移响应峰值越小,且锚索角度的影响最大,围岩强度和锚索间距的影响其次,锚索面积和锚索长度的影响较小。论文研究可为地下防护工程设计和坑道围岩加固提供参考。     

拉索间距及覆冰对双索尾流驰振的影响

利用FLUENT中的SST模型对不同索距的扇形覆冰双索和无覆冰双索绕流场进行三维数值模拟,得到下游索在0°~90°风攻角下的阻力系数、升力系数以及驰振力系数,进而研究两索之间的距离、风攻角及有无覆冰等条件对双索尾流驰振稳定性的影响。结果表明:覆冰双索三维数值模拟结果与无覆冰双索三维数值模拟结果差异较大;覆冰双索比无覆冰双索更易发生尾流驰振失稳;拉索间距越近,发生尾流驰振的可能性更大,当覆冰拉索间距超过一定范围时,不会发生尾流驰振失稳;双索发生尾流驰振的风攻角范围与拉索之间的距离有关,拉索间距越近,发生尾流驰振失稳的风攻角越小;不同间距双索的绕流场存在很大差异,当拉索间距较近时,类似于单钝体绕流。     

A Novel Numerical Method for Considering Friction During Pre-stressing Construction of Cable-Supported Structures

Suspen-dome structures are extensively used due to their superiority over traditional structures. The friction between cable and joints may severely influence the distribution of cable force, especially during the pre-stressing construction period. An accurate and efficient numerical method has not yet been developed that can be used for estimating the influence of friction on cable force distribution. Thus, this study proposes an efficient friction element to simulate friction between cable and joint. A flowchart for estimating the value of friction force is introduced. These novel numerical methods were adopted to estimate the influence of friction on cable force distribution. The accuracy and efficiency of these numerical methods were validated through numerical tests.