软弱围岩中的新型双层复合衬砌的受力特性研究及渗水风险分析

 某输水隧洞位于河床的软弱砂岩中,其双层复合预应力衬砌结构形式新颖,受力条件复杂。为了解这种新型双层复合预应力衬砌的工作性态和受力特性,分别采用现场1∶1仿真模型试验方法、三维非线性有限元数值分析方法,并将数值分析结果与仿真试验进行对比分析。有限元分析按照仿真模型试验中管片拼装、分层填土、内衬浇筑、内衬预应力张拉以及内衬充水加压的实际过程模拟,计算中考虑衬砌与土体的耦合效应,通过外衬变形反分析调整土体计算参数,采用基于直接约束的接触迭代算法模拟管片与管片之间、内衬与外衬之间的多重接触与传力。研究结果显示,无论是结构变形、缝隙开度还是结构应力,有限元分析与仿真试验规律一致,数值接近,两种方法相互验证了这种具有多重复杂接触边界的非连续变形柔性结构的受力特性,明确了内、外衬的传力机制;在此基础上,进一步分析高压内水外渗对结构安全性的影响以及预防措施,其研究成果可供类似工程参考。     

ANSYS前处理与AutoCAD的系统集成

介绍了一种基于ObjectARX的ANSYS前处理与AutoCAD的系统集成方法，开发的系统以面向对象的ObjectARX作为开发工具，实现与AutoCAD的无缝结合，能够方便地将AutoCAD几何模型转换为ANSYS有限元模型。     

自重施加方式对高拱坝廊道结构应力及配筋的影响

自重工况一般是高拱坝内廊道配筋设计的控制工况,由于高拱坝施工过程的特殊性及复杂性,有限元计算中自重有多种施加方式。结合工程实例,对高拱坝基础廊道结构进行三维有限元分析,比较不同自重施加方式对廊道结构应力及配筋的影响。研究结果表明:按整体自重考虑时,廊道结构应力及配筋面积明显偏小;全部按分缝自重考虑时,廊道结构应力及配筋面积明显大于按施工过程考虑自重的结果;为符合实际施工过程及结构承载规律,保证结构安全及经济合理,在拱坝结构的有限元计算中应按照施工过程考虑自重荷载。该研究成果对泄洪孔结构的应力分析也具有参考价值。     

多材料开口薄板弯曲问题无网格分析

无网格方法计算含裂纹多材料薄板弯曲小变形问题具有节点自由度少,计算模型容易建立的优点.针对含有长直裂纹、材料界面开裂的双材料方形薄板问题,利用无网格伽辽金(EFG)方法进行计算分析,结果表明,无网格EFG方法使用更少的节点能够达到与有限元方法相近的计算精度.     

基于双滑面模型的混凝土重力坝深层抗滑动力稳定分析方法

地震作用下混凝土重力坝的深层抗滑稳定是设计关心的问题。应用刚体极限平衡方法,并与有限元相结合进行重力坝深层抗滑稳定动力分析,制定了相关的计算流程:①通过黏弹性地基模型考虑地基岩体的辐射阻尼效应;②通过不同岩体中地震波速的分段处理确定入射波在不同岩体中的传播时间,从而考虑岩层的不均匀性;③应用直接计算截面内力的方法提取有限元结果中的滑动力和阻滑力,并采用规范给出的抗滑模型进行深层抗滑稳定分析;④通过敏感性分析确定了双滑面模型的2个关键参数,并比较了地基均匀性对结构变形和稳定的影响。基于上述计算流程,结合小南海重力坝工程实例,计算了地震作用下重力坝深层抗滑稳定安全系数,计算结果验证了方法的有效性,并与常规方法作了对比,其一致性较好。     

坝体与库水的流固耦合分析

基于流固耦合分析方法,分别应用势流模式和位移模式2种流体单元模拟库水,并与传统的附加质量方法模拟库水的方法做了比较,结果显示该方法可行;相比附加质量方法,流固耦合方法与理论解更为接近,其中位移模式流体单元对单元形态要求较高。对库水截取区域的敏感性分析表明,流体区域选取3～5倍坝高可以得到较为满意的结果。以重力坝的不同坝顶宽度为例,讨论了需要考虑库水可压缩性的条件,这些成果为后续工作奠定了基础。     

裂纹尖端解析解与周边数值解联合求解应力强度因子

由于裂纹尖端位移和应力分布的复杂性,采用常规数值方法（如有限元法）的插值方式不易获得快速收敛的应力强度因子计算值。基于数值流形方法,提出将裂纹尖端Williams解析解与其周边高阶多项式级数的数值解联合应用以求解应力强度因子的新方法：在裂纹尖端所在网格的结点上采用Williams位移解析级数,并用结点自由度强制约束方式得到裂纹尖端区域的解析级数;在与之相邻的周边网格内将解析级数与多项式级数用形函数连接;给出应变矩阵和刚度矩阵的具体表达式及积分方式;利用数值流形方法的网格与材料边界分离的特性以及不连续覆盖技术,使裂纹可以在网格内穿过,给材料边界（包括裂纹边界）附近的网格划分带来很大的方便;通过典型算例验证了方法的有效性。考虑到Williams级数是对裂纹尖端位移场的最佳逼近,这种新方法相比扩展有限元等其他新方法而言将有更快的收敛性。     

基于独立覆盖的流形法的收敛性及覆盖网格特性

针对前期提出的基于部分重叠覆盖的数值流形方法,将其内涵范围缩小,仅研究其中的一种情况——基于独立覆盖的数值流形方法。从完备性和协调性2个方面讨论该方法的收敛性,特别强调其收敛性是基于各个独立覆盖的逼近而建立起来的,独立覆盖之间条形连接区域的尺寸要取小,并由此推断及用实例说明,覆盖网格可以具备“3个任意”的优良特性——任意形状、任意连接以及由此而来的可任意加密的能力,从而有望使数值计算的前处理工作大为简化。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋粘结破坏试验研究

为研究混杂纤维混凝土的力学特性,以纤维体积率和长径比为关键变量,采用单端中心拉拔试验方法,进行了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(SPHFRC)与带肋变形钢筋粘结破坏的试验研究,建立了粘结强度计算公式。试验结果表明:SPHFRC与变形钢筋之间的粘结强度与SPHFRC的强度正相关。相比于单掺钢纤维混凝土、单掺聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土,SPHFRC的极限粘结强度相应提高9.2%、20.8%和26.2%;混杂纤维不仅提高了钢筋周围混凝土的抗拉强度,同时提供了侧向约束,在钢筋混凝土粘结破坏的全过程路径中均发挥着有利作用。本文提出的SPHFRC与变形钢筋粘结强度计算公式明确清晰,适用性良好,为促进混杂纤维钢筋混凝土的应用提供有益的探索。具有互补性的混杂纤维,在正混杂效应下,可有效提高混凝土的综合力学性能。本研究可为相应技术规程提供理论支持与试验依据。