下承式桁架拱渡槽结构三维有限元分析

下承式桁架拱渡槽是南水北调中线工程中广泛采用的结构形式.采用三维有限元方法,结合南水北调中线工程昭北干下承式桁架拱渡槽结构设计,主要研究分析了两种工况下桁架拱结构的上弦杆、下弦杆和竖杆及上、下横系梁各杆件的应力和位移分布规律.结果表明,桁架拱结构位移和挠度较小,满足现行规范要求;各杆件均处于压应力或拉应力状态,且最大拉、压应力都小于混凝土容许值.     

基于砂岩长期蠕变的隧道施工全过程动态模拟

以四面山隧道砂岩段为依托工程,对砂岩试样进行单轴不等距分级加载蠕变试验,研究砂岩长期蠕变特性.根据试验数据,选择ANSYS隐式蠕变11号方程,将其作为砂岩持续变形的本构方程,继而对四面山隧道施工全过程进行动态模拟分析.结果表明:应力加载第一阶段出现典型的减速蠕变阶段和等速蠕变阶段,减速蠕变阶段持续时间较长,应变率随时间增加而变小并逐渐趋于定值,等速蠕变阶段蠕变率保持不变;通过动态模拟获得隧道施工过程水平收敛、拱顶沉降及应力变化曲线,水平收敛和拱顶沉降分别于26和24 d左右变形趋于稳定,其对应值为11.2和11.5 mm,拱腰及拱脚处应力分别稳定于2.26和4.44 MPa;锚杆受最大拉应力为229.97 MPa,衬砌受最大压应力为3.41 MPa,均小于最大允许值,处于安全范围;经验证,模拟结果与现场实测数据基本吻合.     

轻集料混凝土局部受压试验及动力本构分析

为探究轻集料混凝土单轴局部受压动力特性,采用试验机对轻集料混凝土单轴局部受压本构关系进行相关试验研究.考虑了5种不同加载应变率和4种不同加载面积,在位移控制下,得到轻集料混凝土单轴局部受压应力-应变曲线.根据应力-应变曲线特征点的峰值应力、峰值应变和弹性模量,分析不同加载应变率与加载面积对特征点的影响.同时根据混凝土黏弹塑性损伤本构模型,考虑不同加载应变率和加载面积的影响修正模型参数,并通过试验数据验证理论模型的合理性.研究结果表明:加载应变率和加载面积对轻集料混凝土应力-应变曲线影响明显;不同加载面积对轻集料混凝土弹性模量、峰值应力及峰值应变有较大影响;所提出的理论模型能够准确描述轻集料混凝土材料局部动力荷载作用下的应变率效应和非线性行为.     

某桁架自动检测装置结构有限元分析与优化设计

为提升桁架的性能指标,本文主要对某桁架自动检测装置进行结构有限元分析与尺寸优化设计。基于试验设计方法对其进行静力学有限元分析,借助响应面模型,获取结构应力与应变的最大工况位置点。同时,采用多岛遗传算法,对其进行桁架截面形状尺寸优化设计。研究结果表明,通过对桁架截面尺寸下的真实应力与应变数值进行比较,应变为0.002 93 m,拉应力为7.11 MPa,压应力为6.40 MPa,满足实际工作要求和材料的强度要求;在保证结构刚度强度指标的基础上,实现结构减重8.04%,桁架检测装置的质量得到大幅度优化,满足桁架轻量化设计要求。该研究在工程领域具有广阔的应用前景。     

深部巷道方钢约束混凝土拱架力学性能及影响因素研究

对全尺寸直腿半圆形拱架进行了室内试验和数值分析,室内试验表明:拱架的变形破坏呈现"拱腿内挤,拱顶外凸"的特点,拱腿和拱顶部位的钢材达到塑性状态,极限承载力Fe=1 228kN.针对充填C30~C80强度混凝土以及壁厚4~12 mm的SQCC拱架的数值分析表明:SQCC150-8-C30拱架的极限承载力为1 217kN,拱架极限承载力差异率为0.89%,拱架变形破坏特征和钢材的应力应变状态都和室内试验结果吻合.通过数值分析可见钢管壁厚比核心混凝土强度对拱架极限承载力的影响更为显著;建议壁厚8mm,C30或C40核心混凝土强度的SQCC拱架较为适用.     

约束再生混凝土足尺试件受压应力-应变全曲线试验研究

为研究箍筋约束再生混凝土的单轴受压应力-应变全曲线,对9个直径为500mm、高度为1500mm的再生混凝土圆形柱进行试验,采用20000kN伺服液压试验机进行位移控制加载。试验参数主要为纵筋率、箍筋间距与直径、加载应变速率。试验结果表明,箍筋间距、配箍率对试件延性影响较大。当加载应变速率由0.000003/s增大到0.0033/s时,试件的峰值应力增大1.14倍。分析表明,再生混凝土应力-应变全曲线与普通混凝土类似,但下降段较普通混凝土陡峭,脆性更为明显。     

蒲山大桥力学性能分析

采用MIDAS／Civil软件建立蒲山大桥——下承式钢管混凝土系杆拱桥的空间有限元计算模型,分3种工况计算该桥在恒载和恒载＋活载作用下的桥梁力学性能,计算结果表明该下承式钢管混凝土系杆拱桥的系杆最大压应力值为-12．6MPa,拱肋最大压应力值为-120．0MPa,均小于材料的设计抗压强度;吊杆安全系数最小为3．17,满足规范关于最小安全系数不得小于2．5的规定,具有较大安全储备;该桥梁在汽车荷载作用下位移满足设计规范正常使用极限状态下的变形要求。本文计算结果已为该拱桥的设计复核提供了参考。     

真三轴加载条件下混凝土的力学特性

采用真三轴设备对100mm×100mm×100mm的立方体混凝土试块进行静态加载。首先,保持三个轴向的应力相同,施加应力到设计值p。然后,在保持最小主应力(Z轴)恒定并且X轴应变速率与Y轴应变速率之比也恒定的条件下,单调地增加Y轴应变。通过这种复杂加载试验,研究了混凝土的强度和体积特征。结果表明:在应力-应变混合路径加载的真三轴试验下,混凝土的抗压强度随着最小主应力的增大而增大,随着加载应变速率比的增大而线性递减,都大于单轴抗压强度,最高可达单轴抗压强度的3.4倍;混凝土试块在只经历静水压的加载历史时,初始剪切模量不受影响,不同组剪应力-剪应变关系曲线初始段都存在重合现象。峰值体积应变随着最小主应力和应变速率比的增大而增大,体积先减小后增大,出现扩容现象;当最小主应力为10MPa时,混凝土的峰值强度和峰值体积压应变几乎同时出现,并随着最小主应力的增大,两者出现的时间间隔增大,峰值体应变滞后。     

有压水环境下循环荷载历史对饱和混凝土动态力学特性的影响

为研究有压水环境中循环荷载历史对混凝土动态力学性能的影响,对历经不同荷载循环次数（0、25、50、100次）的水饱和混凝土试件（在2 MPa围压水环境中）进行了不同应变速率（10^-5、10^-4、10^-3、10^-2/s）下的常规三轴静动态压缩试验,分析了混凝土材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量、吸能能力等基本力学参数的变化规律和机理。结果表明：同一加载速率下,水饱和混凝土的峰值应力、弹性模量和吸能能力均随循环次数的增长呈现出先增大后减小的规律,并且峰值应力和吸能能力增减的转折点随着应变速率的提高而向荷载循环次数增大的方向平移,峰值应变整体上呈减小的趋势;相同荷载循环次数后,峰值应力、峰值应变和吸能能力随着加载速率的增大而逐渐增大,并且荷载循环次数越大,率效应越显著,弹性模量随着加载速率的增大而逐渐较小。     

多工况荷载作用下内嵌H型钢钢管混凝土柱的受力性能

在简单钢管混凝土组合柱中内嵌H型钢,形成新型组合结构柱,为研究新型组合结构柱的受力性能,对其进行纯弯、压弯、扭弯、压弯扭4个工况的试验研究。为满足试验过程中的加载需要,设计制作了一套适用于多工况模拟的加载装置。在复杂荷载加载中,对于有轴压参与的工况,控制轴压比为0.24;对于有扭弯的工况,控制扭弯比为0.34。通过对4个试件的加载试验,分析其扭矩-扭转角滞回曲线、弯矩-位移滞回曲线、扭矩-扭转角骨架、弯矩-位移骨架、力学特征及刚度退化等指标,对结果及其产生机理进行分析。结果表明,在复杂荷载作用下,该新型组合结构柱受力性能良好。基于试验结果提出在工程实际中使用该新型结构柱的基本建议。     

环状钢骨-钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为了研究环状钢骨-钢管混凝土柱轴压承载力以及相关设计参数对轴压性能的影响,对4个普通钢管混凝土柱及12个环状钢骨-钢管混凝土柱进行了卧位加载试验,并对破坏模式、轴向荷载-位移曲线、轴向荷载-侧向位移曲线及应变进行了分析,试验结果表明：与普通钢管混凝土柱相比,环状钢骨-钢管混凝土柱承载力最大可提高20.39%,轴向刚度可提高约82.27%;整体环向板在试验间距范围内对试件承载力影响较小,对轴向刚度提升幅度较大;内配环状钢骨能够显著改变试件的破坏模式,且内部环状钢片和整体环向板在整个加载过程中全程参与受力,对试件整体的承载力和刚度都有着一定的贡献.     

钢纤维膨胀混凝土轴压应力应变全曲线研究

钢纤维膨胀混凝土是将钢纤维乱向分散于膨胀混凝土中，形成的一种集承重与防渗为一体的新型建筑材料，采用一组合弹簧作刚性辅助架的方法，成功地测出了钢纤维膨胀混凝土轴压应力－变变全过程曲线，在试验研究基础上，对其应力应变全曲线进行了数值模拟，给出了与试验结果符合较好的模拟方程。     

钢管混凝土柱交错桁架结构水平承载性能试验

目的 研究钢管混凝土柱交错桁架结构抗侧性能.方法 对1个3层1/3缩尺的钢管混凝土柱交错桁架结构进行水平加载试验,介绍试验方案和试验过程,分析整体结构在水平荷载作用下的受力性能、破坏机理、刚度退化规律、延性以及水平荷载在桁架与柱之间的分配关系.结果 在水平荷载作用下桁架的受压斜腹杆失稳以及受拉斜腹杆拉断导致钢管混凝土柱交错桁架结构破坏;交错桁架结构具有较大的初始侧向刚度,随着水平荷载的增加,结构的刚度退化较快;结构侧向刚度下降到初始侧向刚度50%后,交错桁架结构达到承载能力极限状态.结论 桁架发生破坏,钢管混凝土柱基本完好,交错桁架采用钢管混凝土柱合理.     

钢纤维混凝土轴心受拉性能试验研究

研制出应用辅助刚性架加载和两端埋设钢筋的变截面轴心受拉试件,在普通试验机上进行了钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线测试试验,研究了钢纤维含量特征值、钢纤维类型对钢纤维混凝土轴心抗拉强度和应力-应变全曲线的影响规律,提出了钢纤维混凝土轴心抗拉强度计算公式和轴心受拉应力-应变全曲线的解析表达式,为工程应用提供了有价值的参考.     

装配施工荷载下约束垫层混凝土拌合物的受压徐变性能

为研究装配式混凝土结构连接部位约束垫层混凝土拌合物的受压徐变性能,通过试验模拟得到了不同厚度约束垫层混凝土拌合物在强度发育期不同施工荷载历程下的全应变及徐变应变时程曲线,并据此讨论了垫层厚度、加载龄期以及加载应力对约束垫层混凝土拌合物受压徐变的影响规律.研究结果表明：垫层厚度越薄、加载龄期越早、加载应力越大,徐变应变就越大;装配施工荷载下约束垫层混凝土拌合物强度发育期具有良好的、可控的受压徐变性能,可以满足装配施工需求.     

混凝土三轴受压等幅疲劳力学性能试验研究

为研究混凝土在多轴疲劳应力作用下的性能,进行了0.0fc、0．1fc、0．25fc、0．4fc4个不同初始定侧压级别下的混凝土三轴压静载试验和0．1c、0．25fc两个不同初始定侧压级别下的混凝土三轴压等幅疲劳试验,疲劳试验中最小应力水平均为0．1fc,最大应力水平为1．6fc-2．5fc．根据初始定侧压下混凝土三轴压本构特征,试验中将侧压变化的拐点作为其多轴疲劳破坏的判据．试验分析表明,三轴压疲劳荷载作用下混凝土纵向最大、最小应变表现出同单轴和双轴疲劳一样的三阶段规律,而变形模量则衰减不大．由各侧压级别下的S-N曲线得到混凝土在相应工况下的疲劳强度折减系数,其研究成果可为混凝土结构疲劳设计提供参考．     

不同龄期混凝土收缩徐变对三塔结合梁斜拉桥的影响

为了研究混凝土桥面板收缩徐变效应对三塔结合梁斜拉桥的影响,以武汉二七长江大桥为工程背景,采用桥梁专业软件MIDAS/CIVIL,考虑不同龄期的混凝土板,建立全桥有限元模型,分析了三塔结合梁斜拉桥在收缩徐变影响下挠度及应力的变化.结果表明:混凝土的收缩徐变引起二七长江大桥主跨挠度增加7.6 cm,塔顶水平位移增大5.6 cm,同时也使钢主梁拉应力增加10.9 MPa,混凝土板压应力减小0.6 MPa.混凝土加载龄期越长,对三塔结合梁斜拉桥挠度和应力的影响越小,并在混凝土龄期达到180 d后对斜拉桥的影响趋于稳定.     

珊瑚礁砂混凝土双轴受压强度试验与应力空间破坏准则

设计了海水拌制的珊瑚礁砂混凝土立方体试件双轴受压力学试验,总结了珊瑚礁砂混凝土破坏形态、抗压强度、破坏准则。结果表明,珊瑚礁砂混凝土试件随着应力比的变化而表现出不同的破坏特征;当双轴加载应力比为α=0.5时混凝土抗压强度最大;当应力比为α=0.25时,主压应变最大;最后建立了双轴受压珊瑚礁砂混凝土的主应力破坏准则。     

自密实混凝土与老混凝土粘结滑移关系的有限元分析

在自密实混凝土与老混凝土粘结滑移试验研究的基础上,采用弹簧单元模拟新老混凝土的粘结面,通过有限元软件ABAQUS进行了新老混凝土考虑粘结滑移的推出试件有限元分析.通过与试验结果的比较,验证了有限元模型的可行性.计算结果表明,加载端的应力最大,是个薄弱环节;加载端处应变最大而自由端处应变最小,其分布规律符合粘结滑移的扩散机理;粘结应力从自由端到加载端是不断增大的,且大部分区段内增长平稳,而在加载端附近则应力变化较为明显;粘结应力在整个粘结长度上的分布接近于指数分布.研究成果可为自密实混凝土加固工程的受力分析提供参考.     

工字型钢梁-砖拱组合楼板的有限元分析——长春市沙俄领事馆的楼板分析

钢梁和砖拱组合楼板是一种独特的钢-组合结构,其组合形式的研究在国内外很少见.通过对其现场检测试验发现：这种结构虽然经过上百年的历史,承载力依然能够满足要求,利用有限元分析软件对钢梁-砖拱组合楼板的受力进行分析,并对钢梁-混凝土拱结构进行比较研究,最终通过ANSYS软件加载试验发现,钢梁-砖拱组合楼板与钢梁-混凝土拱组合...