碳纤维加固混凝土内压管结构有限元分析

采用有限元方法对碳纤维增强材料 (CFRP)加固混凝土内压管道受力性能进行分析 ,并与试验结果进行比较。分析结果表明 ,合理选用有限元模型可以较好地模拟试验情况。同时根据有限元分析结果对CFRP加固混凝土内压管的受力机理进行初步探讨。     

内压作用周向腐蚀管道极限承载力研究

基于Tresca、Mises、ASSY、TS4种屈服准则对完美管道在内压作用下的极限承载力进行推导,得到了完美管道的内压极限承载力理论公式;随后针对内压作用下的周向腐蚀海底管道运用ABAQUS有限元软件进行数值模拟研究,模拟中考虑了材料非线性和几何非线性,并采用0.9倍管材极限抗拉强度作为失效准则,得到周向腐蚀海底管道有限元模拟结果;最后对比采用理论公式与数值模拟结果,可以得出以下结论：当周向腐蚀长度l/√Dt＜ 12时,数值模拟结果均大于基于ASSY屈服准则进行理论推导得到的公式计算值,当l/Dt≥12时,数值模拟结果与基于ASSY屈服准则进行理论推导得到的公式计算值相当吻合,因此工程中可以采用基于ASSY屈服准则的完美管道理论公式对周向腐蚀管道的极限内压承载力进行预测且结果偏于安全.     

超载作用下PCCP管沉降性状三维有限元参数分析

PCCP管作为近些年来发展起来的一种新型管道材料,得到广泛应用,但理论研究落后于工程实践。当PCCP管正常运行时,后期在管顶可能会有局部超载,并将引起管道的不均匀沉降。本文通过Plaxis 3D Tunnel有限元软件建立三维有限元模型这种情况进行了参数分析,主要考虑了超载大小、土性、管道刚度、接口连接刚度、碎石垫层厚度等参数的变化对管道差异沉降的影响。最后基于得出分析所得出的认识结论,对PCCP管工程实践提出了若干建议。     

框筒结构的简化分析方法

考虑剪力滞后的影响,将高层框筒结构先离散成正交各向同性板,根据最小势能原理得到各板的应力和应变表达式,再根据角柱处的位移与内力相等效的原则,将空间框筒结构等效成平面框架结构。对一个高层算例进行了计算,并与按空间框架分析的结果进行了对比。结果表明,这种简化方法具有足够的精度。     

挖掘荷载作用下埋地输气管道结构可靠性分析

阐述结构可靠性基本原理,利用ABAQUS软件建立埋地输气管道结构可靠性的有限元分析模型,计算极限挖掘荷载,同Driver方程法极限挖掘荷载进行对比,验证了有限元分析模型可以用来计算管道的极限挖掘荷载。应用有限元分析模型,根据结构可靠性理论,计算各类参数(挖掘荷载、覆土厚度、管道外径、管道壁厚、屈服强度、管道内压)变化时输气管道的可靠性,计算该类参数的敏感性指标。得出在保持其他参数不变的情况下,管道壁厚、屈服强度、覆土厚度增大,管道的可靠性会随之增大;管道外径、管道内压、挖掘荷载增大,管道的可靠性会随之减小。参数对管道可靠性的影响程度由大到小的顺序为管道壁厚、挖掘荷载、管道外径、覆土厚度、屈服强度、管道内压。     

分离式环梁提升烟囱钢内筒的有限元分析

采用分离式环梁提升烟囱钢内筒时,钢内筒受力状态不同于其使用时,因而对钢内筒需要加固,同时还要保证吊装各构件的安全,但相关验算在规范和手册中均没有参考。本文利用ABAQUS有限元软件对这一吊装过程进行有限元模拟,分析了钢内筒、倒牛腿、环梁和下锚固垫板等主要构件的受力和变形特征,并与附壁式环梁模型进行了对比。分析表明,各构件应力较小,吊装过程安全可靠,多数构件具有较大的优化潜力。重力荷载在环梁上分布不均匀。当分离式环梁整体刚度相对于钢内筒大的多时,采用节点耦合的简化计算模型对结果影响并不大。分析结论对设计起到了一定的指导作用,实际吊装过程也证实了本分析的正确性。     

基于能量原理的张弦拱结构求解与受力特性研究

根据张弦拱结构的变形特点,设定结构位移函数,并结合荷载条件,建立结构势能表达式。根据结构上弦拱、下弦索水平位移,按支座变形协调条件导出协调约束要求;在此基础上,引入拉格朗日乘子法,由势能驻值原理,运用瑞利-里兹法,求解出结构竖向位移及索力表达式。根据结构应变-位移微分方程得出上弦拱与下弦索的水平位移函数及撑杆相对位移表达式;对求解结果进行分析与简化,得出表达简洁、物理意义明确的简化公式。最后,通过多个算例,把理论分析公式、简化公式及有限元分析结果相互印证,证明分析结果的正确性。     

钢丝缠绕增强复合管的内压研究

钢丝缠绕增强复合管(简称PSP)是一种性能优良的热塑性复合管道。它由高密度聚乙烯(HDPE)基体层和螺旋缠绕钢丝加强层组成。理论分析中依据Halpin-Tsai模型将加强层简化为横观各项同性材料,建立管道平面应变模型,研究钢丝不同缠绕角度对管道承压及变形性能的影响。采用ABAQUS有限元软件建立两端封闭嵌入钢丝的管道内压模型,比较管道轴向、环向及钢丝缠绕方向的应变以验证理论方法是否正确,最后比较了理论、有限元及试验得内压爆破值,发现三者的吻合度很高,表明前两种方法可以用来对管道进行内压分析。     

民用建筑空调冷凝水管橡塑保冷厚度分析计算

采用表面温度法对民用建筑中非低温空调(送风温度逸15℃)冷凝水管橡塑材料的防结露最小保冷层厚度进行了分析计算.通过计算,得出了较干燥地区、 较潮湿地区的空调冷凝水管在不同管径下的保冷层最小厚度.根据计算结果,将空调冷凝水管的橡塑保冷层厚度按照较干燥地区、 较潮湿地区进行了简化,为工程师在图纸设计或制作招标技术标准时提供...     

有限元单元在塔机分析中的应用

针对塔式起重机在有限元分析软件ANSYS中建模单元的选择应用,从塔机建模结构简化、受载特征出发,结合ANSYS中有限元单元理论进行了探讨和分析,得出了塔机建模中的单元组合方案,并以某塔机为例进行有限元分析求解,将计算结果与试验数据作对比,论证了方案的可行性。     

Elastic buckling of cylindrical pipe linings with variable thickness encased in rigid host pipes

Cured-in-place plastic pipe linings are widely used in the rehabilitation of deteriorated rigid pipelines. Generally, the thickness of the pipe lining is assumed to be constant for simplification during the previous analysis. However, the thickness of the pipe lining may be a variable due to corrosive liquids or gases in service. This paper develops an analytical solution for the elastic buckling of cylindrical pipe linings with variable thickness subjected to external hydrostatic pressure. In addition to the analytical solution based on the minimum potential energy theory, a numerical analysis using the finite element method (FEM) is also performed for comparison. The FEM results agree well with the analytical solutions. Both the FEM results and the analytical solutions are discussed and compared with the models presented by other authors. When the thickness of pipe lining is constant, our analytical solutions can be simplified to Glock's typical solutions.     

复合支护的可靠度分析

探讨了复合支护的极限状态 ,并提出了后期支护在某一截面上的内力超过其承载能力时结构即失效的模式 ;采用了定值有限元与函数连分式渐进法相结合的方法计算可靠度 ,并在计算中同时考虑了随机变量的相关性和不同的概率分布。鉴于支护时机对复合支护的受力状态有较大的影响 ,提出了将支护时机作为随机变量引入可靠度计算的方法     

铁路隧道复合式衬砌地质雷达检测模拟试验研究

针对铁路隧道复合式衬砌存在的复杂病害,按足尺寸施做复合式衬砌试件模型,进行地质雷达检测模拟试验研究。模拟试验结果表明：地质雷达扫描图中能够反映各种预先设置的衬砌背后空洞、回填不密实等衬砌异常情况,并且具有强反射区、同相轴连续等特征;二次衬砌厚度检测精度与衬砌相对介电常数密切相关,在准确测定相对介电常数的条件下,衬砌厚度能够定量分析,精度可达± 4 cm ;相对介电常数宜取多个标定点的平均值,并宜对素混凝土衬砌和钢筋混凝土衬砌分别测定。模拟试验结果对实际工程地质雷达检测及其结果分析具有一定的参考价值。     

Ovaling deformations of circular tunnels under seismic loading, an update on seismic design and analysis of underground structures

Two analytical solutions for estimating the ovaling deformation and forces in circular tunnels due to soil–structure interaction under seismic loading are widely used in engineering practice. This paper addresses an unresolved issue related to discrepancy between the two solutions. A comparison of the two solutions shows that the calculated forces and displacements are identical for the condition of full-slip between the tunnel lining and ground. However, the calculated lining thrusts differ by an order of magnitude when assuming no-slip between the tunnel lining and the ground. The analytical solutions are compared to numerical analyses of the no-slip condition using the finite element method to validate which of the two solutions provide the correct solution. Numerical analysis results agree with one of the analytical solution that provides a higher estimate of the thrust on the tunnel lining, thus highlighting the limitation of the other analytical solution.     

考虑衬砌和隔热层的寒区隧道温度场解析解

将隧道非齐次的瞬态传热分解为周期函数边界下的瞬态传热和恒温边界下的稳态传热,利用分离变量与Laplace变换相结合的方法,求解有保温隔热层的寒区隧道瞬态温度场的显式解析解。根据能量守恒,建立隧道洞内气体的气–固耦合传热模型,并获得洞内气体年平均温度和温度振幅的显式解析解。衬砌温度影响因素分析表明,随着隧道埋深和年平均气温的增加,二衬内、外两侧的温度呈线性增加,当年平均气温低于0℃,季冻区隧道埋深小于80m时,5cm厚隔热层很难单独满足防寒需求,应与主动供暖措施联合;随着隔热层厚度的增加,二衬的温度呈增长趋势,但增长速率却逐渐减小;当隔热层厚度超过5cm时,通过增加隔热层厚度来提高衬砌温度要考虑其经济性。依据隧址区的气候及地形条件,采用工程类比和解析解相结合的方法分段计算隔热层厚度。与实测值对比结果表明,理论解满足工程精度要求。     

类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度分析

类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度是分析其纵向受力变形的重要参数。基于等效连续化模型的基本原理,建立类矩形盾构隧道纵向等效连续化模型,推导得到类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度解析解。通过参数分析,研究螺栓、管片宽度、厚度和截面形状等参数对类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度有效率的影响。研究表明,由于类矩形盾构隧道截面的特殊性,在建立等效抗弯刚度模型时,需分别对中性轴在隧道腰部和拱底两种不同的情况进行讨论;增加螺栓数量和加大管片宽度可提高类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度有效率,中性轴位置随着上移,环缝受拉张开区域减小;增加管片厚度可增加隧道绝对等效抗弯刚度,但是等效抗弯刚度有效率下降,中性轴位置下移;中性轴位置随着宽高比增大而快速下移,当中性轴位置角度与小圆弧圆心角相等时,中心轴下移曲线发生转折;当宽高比为1时,所得解析解退化为圆形盾构隧道等效抗弯刚度解。     

基于时效理论解的双层衬砌圆形隧道围岩压力分担的简便计算法

隧道的顺序施工叠加岩石流变特性,使围岩和衬砌的力学状态与时间相关。针对水平和竖向地应力不相等的一般地应力条件下双层衬砌圆形隧道施工问题,采用复变函数方法和Laplace变换,推导了开挖和支护全施工过程任意时刻围岩、衬砌的位移和应力理论解答。理论推导中用任意黏弹性模型模拟岩石流变特性,并在隧道开挖完成后的任意时刻分别施加一次衬砌、二次衬砌。并与相同条件下有限元解进行了比对。为便于工程设计,基于本文时效理论解,通过衬砌压力的机理分析,运用数据拟合的方法,给出了围岩压力分担的简便计算法,公式形式简单、适用范围广,同时也可以实现解析解的类似精度,为科学合理确定二次衬砌施工方案提供了理论依据。结合一算例,针对不同围岩压力分担情况,分别给出二衬施加时刻和二衬厚度建议值。工程中可据此方便、快捷地进行相似工程条件下的初步设计。     

任意埋深水下隧道渗流场解析解

总结现有关于水下隧道渗流场解析研究的优点和不足,基于稳态渗流控制方程,结合保角变换方法,严格推导了水下隧道渗流场的解析解。该解能求解任意埋深考虑注浆圈作用的水下衬砌隧道渗流量以及水压力分布,并能退化到无衬砌水下隧道以及水下不透水管道两种极端情况,应用Comsol软件建立数值模型验证了新解答的正确性。利用本文解研究了隧道埋深、衬砌渗透系数、衬砌厚度等因素对隧道渗流量、衬砌外水压以及总水头分布的影响。研究发现当隧道埋深较小时,最大水压力出现在隧道顶部,而埋深较大时,则出现在隧道底部;衬砌外圈平均水压力及分布不均匀程度随着埋深的逐渐增大先减小后增加;其他参数不变时,存在某个埋深或者衬砌厚度使衬砌外水压力接近均布。     

一种改进的盾构隧道双层衬砌分析模型及其应用研究

 在分析现有3种双层衬砌数值模型的基础上,提出改进的双层衬砌盾构隧道衬砌梁–接头弹簧–结合面压杆弹簧组合分析模型。该模型采用压杆、结合面点位移耦合等技术,解决现有模型中地层与衬砌之间、双层衬砌结合面之间存在拉力以及结合面剪切应力与剪切位移无关等问题,提出适用于该模型的双层衬砌结合面和地层衬砌接触面参数计算依据,探讨结合面单元数量对分析结果的影响,研究杭长客运专线钱塘江隧道双层衬砌的力学行为。研究结果表明：(1) 双层衬砌厚度增大将引起双层衬砌弯矩明显增大,其增大趋势与双层衬砌厚度增大趋势基本一致;(2) 双层衬砌厚度的增大对轴力的影响甚微;(3) 双层衬砌弯矩在管片衬砌和二次衬砌之间的分配比例与管片衬砌和二次衬砌的厚度相对比例无线性关系。研究结果对未来水下双层衬砌盾构隧道的设计分析具有一定的参考价值。     

Analysis of shearing effect on tunnel induced by load transfer along longitudinal direction

In order to analyze the behavior of load transfer mechanism of shield-constructed tunnel in longitudinal direction, tunnel is modeled as the cylindrical shell within elastic foundation (CSEF). By applying the theory of elastic cylindrical shell (ECS) with considering shear deformation and assumed displacement functions of trigonometric series, the distribution of stress and deformation in tunnel lining is obtained. In the solution, the stiffness of tunnel lining is decomposed into two components of circumferential and radial stiffness. The effects of both components on the behavior of deformation and internal forces of tunnel lining are discussed in details. By using the proposed solution, more reasonable results on the behavior of tunnel lining are obtained, e.g bending moment in tunnel cross section becomes smaller with the increase of the circumferential shear stiffness. The analytical results are verified by the results of 3D FEM analysis and field measured data. In accordance with the proposed analytical method, the tunnel lining in soft ground should be designed via considering the following aspects: (i) three dimensional effect of tunnel lining; (ii) relatively weaker shear stiffness in radial direction, and (iii) increase the circumferential shear resistance between rings.