隧道围岩压力的弹塑性新解

在隧道衬砌设计中,围岩压力通常是最主要的荷载,也是最难以确定的荷载。围岩压力的弹塑性理论研究也从未间断。经典的芬纳公式和修正芬纳公式由于塑性区半径的不确定性而限制了其实际工程应用。以修正芬纳公式为基础,考虑围岩与衬砌的共同作用,在未作塑性区体积不变的假设条件下,推导得到塑性区半径的理论计算方法,从而可以直接应用修正芬纳公式计算围岩压力,为隧道衬砌设计提供指导。     

被动桩–侧移软土相互作用与桩身被动荷载分析

工程桩经常遇到因周围土体侧移而引起的被动受荷问题,为了合理评估此类被动桩的被动荷载效应,基于滑移线塑性理论和饱和软黏土的Tresca屈服准则假定,构建了被动桩与位移软土的平面应变相互作用模型,给出了极限状态下土体绕桩塑流时的被动桩侧向极限土压力计算模型,并进一步考虑桩周位移土塑性区开展范围的影响,建立了桩周土塑性区局部开展时的桩身侧向被动荷载计算模型;在此基础上,通过对不同桩周土塑性区开展范围时桩身被动荷载与桩前法向应力变化规律的分析,建立了边载作用工况下基于桩前法向应力的桩身侧向被动荷载简化计算方法。通过与文献理论解和工程实例实测结果的对比分析,验证了本文计算模型和简化计算方法的可行性。     

地基临界荷载的探讨

阐述了临塑荷载与临界荷载的概念，应用弹性理论和太沙基塑性区发展的理论，推导了较为精确的临界荷载公式，并得出了当静止侧压力系数不等于1时，地基临界荷载的大小。     

钢结构非弹性屈曲分析的新方法

通常而言,很少使用分歧稳定概念评价钢结构临界荷载,这类钢结构具有几何缺陷,并处于横向荷载导致的主弯矩作用下。这些案例中采用了基于极限荷载稳定性概念上的塑性区域和塑性铰分析。然而,这类分析需要大量的计算时间和复杂的理论,不适合实际设计。为此,提出一种弹塑性屈曲分析的新方法,旨在确定钢结构的临界荷载。此方法基于修正分歧稳定概念(运用切线模量方法确定)和柱强度曲线,运用梁柱交互作用公式,提出迭代特征值分析方法,计算主弯矩及轴力。该法的有效性和适用性,通过弹性屈曲分析和精细塑性铰分析进行评估。以具有几何缺陷的简支柱和4层板结构作为分析基准。结果显示:所提议的非弹性屈曲分析适用于评估钢结构的临界荷载和失效模式,可用于钢结构设计中临界荷载的确定。     

单向偏心压杆在压溃荷载下塑性区的分布情况和限制方法

<正> 偏心压杆在弯矩作用平面内的稳定计算,通常按照压溃准则对塑性区的深度未加限制。这就必然带来以下几个问题:1.在正常工作时(暂理解为承受不考虑荷载系数的标准荷载)可能产生残余变形;2.杆的挠度可能过大;3.使偏心压杆的稳定和强度以及与梁的强度计算不能衔接,等等。所以,大多数人认为,对偏心压杆的塑性区深度应予以限制。但是,对于塑性区深度应如何限制的问题还存在不同的观点,本文对此提出如下几点看法。     

基于三种强度准则下地基承载力的计算

现行地基承载力计算公式未考虑中主应力的影响,也未考虑侧压力系数K0的影响。基于平面强度理论,推导出SMP、Lade、M-C三大强度准则的统一表达式,进而推导出基于统一表达式的考虑K0变化的塑性界面方程,详细对比了三大准则在考虑K0及不考虑K0时塑性界面的特性。研究了内摩擦角、黏聚力及超固结度对于临塑、临界荷载的影响。结果表明:现规范采用的方法计算的临界荷载与同时考虑中主应力和K0变化的SMP准则得到的结果仅在内摩擦角较小时计算结果类似。临界荷载和临塑荷载随着内摩擦角或黏聚力的增大而增大。超固结度对于临塑荷载的影响很小,但对于临界荷载影响较大,且随着内摩擦角的增大而增大。     

地层自重应力场中桩基荷载对隧道开挖塑性区影响的一种理论预测方法

城市环境的地铁隧道往往不得不从既有结构基础附近穿过。在基础荷载和隧道开挖的共同作用下,地层会发生应力重分布,甚至可能在临时支护施作之前出现塑性区;为了保证隧道施工安全和周边既有结构的安全和正常使用,需要有效地预测隧道开挖引起的地层潜在塑性区的形状和范围。除了采用数值方法以外,现有的隧道开挖塑性区理论预测方法一般都是以自由地层为前提假设的,没有反映承载地层隧道开挖影响的特殊性。考虑桩基荷载的作用特点,提出一种预测地层自重应力场中邻近桩基隧道开挖塑性区形状和范围的理论方法,通过算例,与数值模拟进行对比,并分析不同桩基荷载的位置、大小和形式对隧道开挖塑性区的影响。计算表明:①理论计算结果与数值模拟结果相似;②达到一定量值的邻近桩基荷载会使隧道开挖塑性区的形状和范围明显的不同于自由地层隧道开挖塑性区,具体与桩基础荷载的位置、大小及分布形式有关;③邻近桩基荷载会使隧道开挖塑性区向下移动,影响程度随桩基与隧道之间水平距离的减小而增大,随桩基荷载量值的增大而增大;④对于不同桩基长度的情况,当桩底位于隧道侧上方或侧下方附近时,桩基荷载的影响最显著,当桩底位于隧道中部附近时影响最小,说明隧道侧上方与侧下方附近地层对桩基础荷载的敏感度较高。     

条形均布荷载下地基临界荷载的精确公式

论文根据太沙基塑性区发展的理论，基于临界荷载统一公式的攮础上，推导了条形均布荷载下粘性土、砂土等地基的较为精确的临界荷载公式，并制作了供参考和查阅用的图表。理论上，该公式比目前通用的地基临界荷载公式所求解的值更为精确。从一个具体的实例可以看出在某种意义上，该公式存估计地基承载力方面是较为优越的。本文还从公式出发，推得了条形均布荷载下地基塑性区的近似范围。     

条形荷载不同分布模式下挡墙主动土压力研究

针对实际工程中墙后作用有不同分布模式的条形荷载、填土为黏性土,墙背与填土间存在黏着力,采用库仑土压力理论假设,从滑动楔体处于极限平衡状态时力的静力平衡条件出发,推导了适用多种复杂条件下的主动土压力计算式,并给出临界破裂角的显式解答以及各理论计算式适用范围的边界条件。该公式在多段条形荷载作用下可扩展应用,对于不分段条形荷载,只需作相应的简化后便可按相同的方法求解。受边界条件的限制,该公式存在一定的无解区。算例分析结果表明：条形荷载不同分布模式下,相关文献方法提出的主动土压力计算式与该公式的计算结果完全一致;由于未考虑条形荷载对滑动楔体临界破裂解的影响,规范方法得到的主动土压力偏小。     

水平掏土迫降纠倾法机理分析及计算方法

针对水平掏土成孔形成的土条带侧向应力解除,条带边缘会产生剪胀滑移破坏的特征,基于对其破坏模式分析的基础上,运用经典土力学观点,假定土体弹性区与塑性区交界处服从摩尔–库伦准则,认为塑性区土体产生滑移剪切破坏,弹性区土体主要承担上部荷载,服从虎克定律,提出针对水平掏土成孔土压缩变形的计算方法,并应用于建筑物纠偏实例中,对计算结果和工程应用结果比较表明,该方法能够很好计算出掏土临界应力以及掏土孔孔径、土条宽度等相关重要参数,预测附加沉降量,并与实际结果吻合较好,证明了计算方法的正确性和合理性,填补了纠偏设计不能预测沉降量的理论空白,对于建筑物纠偏设计与施工具有较强的指导意义。     

The ultimate bearing capacity of shallow strip footings using slip-line method

Based on the limit equilibrium theory, an accurate approach is proposed to solve the ultimate bearing capacity of shallow strip footings under general conditions. The foundation soil is considered to be an ideal elastic-plastic material, which obeys the Mohr-Coulomb yield criterion, and is assumed to be an ideal continuous medium which is isotropic, homogeneous and incompressible or non-expansive. Through analyzing the relative motion and interaction between the footing and soil, the problem of the ultimate bearing capacity of shallow strip footings is divided into two categories. A minimum model with the total vertical ultimate bearing capacity as its objective function is established to solve the ultimate bearing capacity using the slip-line method with no need to make any assumptions on the plastic zone and non-plastic wedge in advance. A convenient and practical simplified method is also proposed for practical engineering purposes. Furthermore, the first category of the problem in the case of the same uniform surcharges on both sides of footings is the focus of the study: the applicable conditions of Terzaghi’s ultimate bearing capacity equation as well as the theoretical exact solutions to its three bearing capacity factors are derived, and a new bearing capacity equation is put forward as a replacement for Terzaghi’s equation. The geometric and mechanical similarity principle is proposed by a dimensionless analysis. The results show that for perfectly smooth footings, the total vertical ultimate bearing capacity obtained by the present method is in good agreement with those by existing methods, whereas the existing methods underestimate the ultimate bearing capacity in the case of perfectly rough footings. The classic Prandtl mechanism is not the plastic failure mechanism of the ultimate bearing capacity problem of perfectly smooth footings on weightless soil.     

交错桁架结构体系的极限承载力及其影响因素分析

本文基于非线性连续介质力学理论和内力屈服面塑性流动理论,推导出计算交错桁架结构体系极限承载力的二阶弹塑性刚度方程。在该刚度方程的构造中不仅考虑了单元截面上的轴力、剪力、弯矩、扭矩以及结构剪切变形的影响,还考虑了杆端塑性铰处内力之间的相互影响。数值计算表明本文方法具有良好的计算精度。最后,本文还在此基础上就结构高宽比、荷载偏心、柱子截面形式和平面桁架的形式等因素对交错桁架结构极限承载力的影响进行了探讨,结果表明当交错桁架结构体系达到其极限承载力时,杆件的塑性铰主要集中分布在下部楼层,设计时建议适当加大下部楼层的杆件截面,以保证结构具有足够的极限承载力。此外,在偏心荷载作用下,柱子截面形状对结构极限承载力的影响较大,其工形截面的影响要比箱形截面更为显著。     

塑料套管混凝土桩荷载-沉降特性现场试验

塑料套管混凝土桩(以下简称TC桩)是由预先打设在地基中的塑料套管内浇注混凝土组成的。以TC桩软基处理的交通运输工程为依托,对TC桩单桩和复合地基进行了静载试验以了解TC桩的荷载-沉降特性。试验结果分析表明:TC桩单桩和复合地基的荷载-沉降曲线中无明显陡降且沉降量较低,现有规范难以确定其极限承载力,故引入了5种单桩极限承载力的经验判定方法和复合地基极限承载力经典计算公式,并提出了3条TC桩单桩极限承载力的基本判定原则,表明在实测荷载-沉降曲线的基础上,Chin法较适合判定TC桩单桩和复合地基的极限承载力。     

焊接工形梁在纯弯作用下的腹板高厚比限值及极限承载力

通过对腹板在弹性、弹塑性阶段受力特征的研究 ,推导出腹板不设置加劲肋时的高厚比限值 ;采用非线性有限元分析了腹板屈曲后梁的极限承载力 ,并给出了便于设计应用的简化强度验算公式 ;分析中考虑了初始弯曲和残余应力的影响。推荐公式可供《钢结构设计规范》(GBJ1 7- 88)作补充参考。     

大渡河桥隧道锚力学响应研究及承载力判定

隧道锚作为悬索桥锚碇形式的一种,具有工程量小、承载力大和对周边环境影响小的特点。为探究大渡河特大桥雅安岸隧道锚在巨大缆力作用下的力学响应规律和预测隧道锚极限承载能力,建立了大型非线性数值模拟模型,系统、细致地监测了施加缆力前后锚塞体单元主应力,锚塞体与围岩的相对位移,以及锚塞体整体位移以及锚塞体后端面的塑性区随缆力施加的变化趋势,并提出了一种基于锚塞体整体位移和锚塞体后端面塑性区的预测隧道锚极限承载能力的分析方法。最终得出施加缆力后,锚塞体最大主应力由大变小,最小主应力绝对值由小变大的力学规律,并通过超缆力分析预测大渡河特大桥隧道锚的极限承载力为7倍缆力。     

基于塑性区发展规律的地基极限承载力计算方法探讨

合理确定地基极限承载力在工程应用上具有重要的意义,分析了基础荷载作用下,地基土体塑性区的发展规律,提出了以塑性区贯通时基底荷载作为地基极限承载力的判定方法,由此推导了一个新的地基极限承载力公式;通过一个算例,对比了《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002公式、太沙基公式与新公式的区别,验证了新公式的合理性。     

《建筑抗震设计规范》在多高层钢结构房屋抗侧力构件连接构造规定中存在的安全问题

新颁布的《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)在"钢框架结构的抗震构造措施"中所推荐的框架梁与柱的现场连接和框架柱与梁悬臂段的连接,是属于弱连接构造而非强连接构造。分析了造成差错的根本原因,指出了规范中推荐的连接构造和采用的极限承载力计算公式均存在缺陷。用极限承载力计算方法验证了规范推荐的上述连接抗力不足,存在安全隐患。据此,提出了加强连接的构造做法及其相应的计算建议。     

钢骨混凝土受弯构件正截面承载力计算的一种新方法

在对钢骨混凝土 (SRC)梁正截面承载力计算方法即简单叠加法和一般叠加法进行介绍的基础上 ,分析了这些计算方法存在的不足和缺陷 ,研究并推导出了一组更为精确和合理的SRC梁正截面承载力的计算公式 ,并将这一新的计算方法与简单叠加法和一般叠加法进行了对比分析和讨论 ,阐述了其存在的突出优点。     

非均质介质破坏机制及承载力的有限元分析

地基承载介质的破坏模式将直接影响到地基承载力计算方法的选择。为了有效地对非均质成层介质的承载力问题进行分析研究,编制了有限元程序对其破坏机制进行模拟计算。结合原位载荷试验,利用试验数据对有限元分析结果进行了验证,表明有限元计算结果是可信的。在此基础上对非均质成层介质地基在外部载荷作用下内部塑性变形和破坏面的形状进行计算分析,结果表明:非均质介质地基的破坏模式主要是整体剪切破坏和局部剪切破坏两种形式;塑性变形首先出现在基础边缘,随着外载荷的增大,塑性变形区域在非均质介质中逐渐扩展并最终形成一个贯通的塑性区。     

单桩承载力计算模式的不确定性分析

岩土工程分析模型大都存在不确定性,可靠性分析需要考虑模型不确定性的影响, 本文提出了真实反映模型不确定性的计算方法。文中还根据实测资料分析了单桩极限承载力计算模式的不确定性, 通过比较分析表明用本文方法表示模型的不确定性是适当的。