模拟开挖过的非线性自适应多重网格有限元方法

开发了模拟多步开挖过程的非线性自适应多重网格有限元方法。实现了随开挖工作面不断移动而自适应加密有限元网格的过程 ;提出了变化网格中的已知边界荷载及开挖边界释放荷载的移置方法 ;为适应增量荷载下自适应有限元分析的需要 ,研究了不同网格间有限元计算结果的传递及网格退化处理等问题。最后 ,通过算例说明自适应有限元用于开挖施工过程模拟分析的有效性和优越性     

隧道开挖数值模拟过程中荷载释放率的确定

依据剖岩开挖和岩土力学原理，通过ANSYS软件对围岩级别较低的Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖全过程进行三维有限元数值模拟，取开挖荷载释放率与其位移释放率相同，分别得出了这两种围岩中某一断面在开挖过程中各施工步的荷载释放率。并验证了Ⅳ、Ⅴ级围岩中开挖荷载释放率的正确性。     

地下洞室应力分析中的荷载计算与初始地应力场

本文运用虚功原理分析了地下洞室开挖施工前后地层应力状态的变化,探讨了地下洞室开挖效应的有限元分析中关于荷载计算的方法。文中先推导了同时考虑初始地应力和地层自重作用的荷载计算公式,指出了当前国内外广为使用的、单纯由初始地应力计算节点力释放荷载方法的问题所在。通过理论阐述与工程实例计算的比较分析,从理论和应用两方面说明了笔者所提出的确定开挖荷载方法的合理性。     

引水隧洞开挖释放荷载模拟方法的对比研究

岩体工程开挖后的应力调整和变形与施工的具体方法和时空间效应相关,对于开挖边界等效释放荷载的模拟问题,常用的方法有应力释放法和参数弱化法。总结了应力释放法和参数弱化法两种方法的原理和优缺点,考虑在无渗流场和渗流场的两种情况,对一典型引水隧洞开挖问题中释放荷载的模拟,分别采用上述方法进行数值计算和对比分析,并采用其中的应力释放法应用于锦屏深埋引水隧洞施工开挖围岩稳定分析。分析结果表明,等效荷载释放率相同时,无渗流场情况和有渗流场情况均为应力释放法对隧洞周边应力扰动最大,应力释放法和参数间接弱化法计算结果较为相似,直接参数弱化法计算结果与二者相差较大;锦屏隧洞在实际开挖时应该采取措施控制水平方向的等效荷载释放,实际开挖工程中的同一断面不同位置的荷载释放会存在差异,将影响最终开挖损伤区的范围和损伤程度。     

盾构法隧道施工引起地表变形分析

采用有限元软件ANSYS对盾构隧道动态开挖过程进行数值模拟,将硐周节点应力逐级释放来模拟开挖施工过程,在模拟过程中考虑了土体的分层特性、土体材料的本构非线性以及注浆施工对土体变形的影响。并采用明德林解考虑了盾壳和土体之间纵向摩擦力对土体变形的影响。分析中提出了考虑衬砌与土体共同作用的硐周结点荷载释放系数法。通过对工程实例分析验证了该方法的可行性。     

新型X型钢支撑体系性能分析

本文通过有限元软件ANSYS对新型的不承受竖向力的X型钢支撑体系进行了模拟分析,分析了它在荷载作用下的受力性能,论证了支撑可以在不承受竖向荷载的前提下实现良好的抗侧性能和耗能能力.     

地铁车站端头井围护结构施工状态的数值分析

针对某地铁车站端头井围护结构,采用弹性地基杆系有限元计算模型和荷载总量法理论,用通用程序ALGOR,分析计算车站端头井围护结构在基坑开挖、回筑阶段每一工况的内力和变形,计算结果显示:①开挖阶段,围护结构最大变形发生在开挖面附近,支撑轴力随基坑开挖深度增加而增大;②回筑阶段,围护结构变形变化较小,随着支撑拆除,剩余支撑轴力逐步增大;③在围护结构施工过程中,其开挖侧最大弯矩出现在开挖阶段,迎土侧最大弯矩出现在回筑阶段,各道支撑最大轴力出现在回筑阶段。     

超深开挖对单桩的竖向荷载传递及沉降的影响机理有限元分析

目前对于超深基础下的桩的设计尚未考虑超深开挖、坑底隆起对桩产生的作用。现场采用静载试验确定单桩承载力时也仍采用常规的地表加载并扣除开挖深度范围内桩侧摩阻力的方法,没有考虑深开挖效应的影响。采用经实际工程算例验证的土参数、桩身材料参数和桩土接触面参数,在均质土中建立了轴对称有限元模型,对三种不同试桩方法进行了模拟。通过开挖模拟,首先揭示了深开挖对桩的影响效应,在此基础上,对超深开挖对桩在开挖后再加载的荷载传递机理和沉降机理进行了研究。与常规试桩法和套管试桩法中的基坑底以下相同桩长的桩相比,超深开挖产生的影响效应使桩的极限承载力降低,竖向刚度减小,相同荷载下沉降加大,且其沉降中桩整体刺入所占的比例显著大于其它两者。桩侧摩阻力完全发挥时需要的桩土滑移量增大。此外,超深开挖可在桩身中产生较大的拉力,桩身中下部钢筋不能随意减少。     

分步开挖过程中基坑支护结构的变形和土压力性状研究

针对基坑分步开挖过程中支护结构的变形及土压力的性状进行了有限元分析,介绍了有限元建模和计算的过程,成功地计算出在分步开挖各个阶段,支护结构变形和主动区土压力的分布情况,并与实际监测数据和经验结果进行了比较。另外,还系统研究了基坑分步开挖的计算方法和过程,较详细地分析了基坑开挖荷载的形成情况,提出了一种适合工程实际的开挖荷载计算方法。     

塔架结构的脉动风荷载数值模拟及响应

脉动风荷载数值模拟是进行风荷载响应分析的基础。采用三角级数法对脉动风荷载进行了模拟,并借助有限元分析软件,对风荷载作用下塔架结构的动力时程响应及频谱特征进行了分析。     

预应力轻钢网格楼盖的有限元分析

利用荷载分配法把楼盖上的均布荷载分配到网格楼盖的各个节点,然后再把预应力轻钢网格楼盖结构视为单方向预应力连续梁进行了有限元模拟分析,并将利用有限元方法计算的值与理论计算值进行比较,结果表明该方法精度较高,为模拟预应力轻钢网格楼盖结构的受力性能提供了新的方法和途径。     

钢筋混凝土结构施工期间竖向荷载传递仿真分析

施工期间钢筋混凝土结构的承力体系是由低龄期的混凝土构件和模板支撑系统组成。由于施工期间的结构是一个时变结构,其材料属性、边界条件、荷载都随时间变化,所以很难确定其竖向荷载的传递规律。通过对通用有限元程序ANSYS进行二次开发,实现对施工过程中楼层浇筑、支撑拆除等关键工况的模拟,得到施工期间竖向荷载的传递规律,为钢筋混凝土结构支模层数和拆模时间提供依据。     

基于 ANSYS 平台的混凝土收缩徐变分析

ANSYS作为一款功能强大的通用有限元程序,具有诸多优点,但是用于桥梁分析时,由于没有现成的模块可用,它不能够像其它桥梁专用程序那样模拟预应力效应及其损失,更加不能模拟考虑龄期的混凝土收缩徐变效应。本文中,基于等效荷载法原理,采用ANSYS中的APDL进行编程,采用降温法对混凝土收缩进行模拟,同时采用等效荷载法在ANSYS中实现了徐变的模拟。     

耗能支撑危险截面的有限元分析

应用ANSYS分析软件对T型截面防屈曲支撑进行单调荷载作用下三维有限元模拟,在模型中钢芯和混凝土之间采用接触单元,混凝土与钢套筒之间完全粘结。通过有限元模拟分析可知:当T型截面防屈曲支撑一端施加的面荷载增加到一定值时,构件应力最大值位于防屈曲支撑钢芯反面截面削弱处,此处是该构件的薄弱位置;构件应力最小值位于防屈曲支撑钢芯连接段反面处,此处是构件最安全位置。模拟分析与试验结果表明:T型截面防屈曲支撑最危险截面出现在加载端过渡段与工作段的连接处,该处可作为设计防屈曲支撑的控制截面。     

土方车作用下基坑栈桥双向板等效荷载研究

深大基坑常需设置栈桥以便于土方开挖与外运,但目前对于栈桥计算荷载取值比较随意,而且现行《建筑结构荷载规范》仅提供300kN的消防车作用下楼板的等效荷载,与常规基坑土方运输车辆规格相差较大.文章分别分析了在《公路桥涵设计通用规范》中所采用的车辆荷载和华威驰乐牌SGZ3312GE型自卸汽车荷载作用下,考虑土方车最不利布置,使用大型有限元软件Ansys确定其等效均布荷载取值,并提出其它类似车辆等效荷载取值方法,为基坑栈桥设计提供了数据支撑.     

地下增层开挖时单桩竖向沉降的近似解析方法

地下增层开挖会对既有桩基的承载性能产生影响,既包括上部土体挖除的影响,又会受到土体强度参数变化的作用。本文从上述两方面分别考虑增层开挖对土体的影响,应用Mindlin解获得开挖前后桩周土体的有效应力,再基于修正剑桥模型得到开挖前后土体的不排水抗剪强度,对于桩侧和桩端采用双曲线荷载传递模型,基于荷载传递法得到考虑土体强度参数变化的桩基荷载-沉降曲线,与现场试桩和有限元结果对比验证。针对增层开挖深度和宽度等因素进行参数分析,结果表明:相比于开挖宽度,桩基承载力对开挖深度更为敏感。     

隧道开挖与支护的力学性能分析

从有限元建立、隧道工程中的力学效应、开挖与支护的过程模拟等方面进行了隧道开挖与支护的有限元分析,对软岩圆形隧道开挖荷载下衬砌影响因素进行了数值模拟,得出了一般性的规律。     

车辆动力荷载对地铁基坑开挖变形的影响

通过数值模拟方法研究了车辆动力荷载作用对基坑开挖变形的影响,对比分析了考虑车辆动力荷载、不考虑车辆动力荷载、不考虑车辆荷载三种荷载工况下基坑围护结构及周围土体变形规律。分析认为:基坑开挖完成后考虑车辆动力荷载与不考虑车辆动力荷载作用下基坑围护结构最大侧移差值不超过5%,地表最大沉降差值不超过5%,考虑车辆荷载与不考虑车辆荷载作用下坑底最大隆起位移差值不超过10%。     

建筑机械开挖沟槽的稳定性研究

在建筑机械开挖市政管线的沟槽过程中,由于槽壁坍塌、挖掘机倾倒,造成人员伤亡和经济损失的工程事故日益增多。基于模拟挖掘机开挖沟槽的离心模型试验结果,建立沟槽槽壁许可破坏模式及速度场,利用极限分析上限法求解开挖深度上限解。根据槽壁破坏特点对开挖深度上限解表达式进行简化,并利用离心模型试验结果对开挖深度简化式进行了验证。利用沟槽坍塌时滑动土体的宽度表达式得到的挖掘机荷载影响区划分图,直观地给出挖掘机荷载的影响区和非影响区。当挖掘机荷载作用在非影响区时,挖掘机荷载对开挖深度不产生影响,利用开挖深度简化式计算的开挖深度等于无挖掘机荷载时的开挖深度;当挖掘机荷载作用在影响区时,挖掘机荷载对开挖深度产生影响,可利用开挖深度简化式计算开挖深度与无挖掘机荷载时的开挖深度之比。     

深基坑工程施工的力学分析方法

在对基坑开挖的有限元模拟中,土体刚度矩阵、外荷载和开挖荷载等都随开挖深度的变化而变化。刚度矩阵采用空气单元方法处理,开挖荷载采用Mana方法计算。算例分析结果表明,随着深度加大,最大水平位移的位置由边坡内部移至坡面上,而坑底隆起减小。