节理岩体抗力系数的各向异性特征与计算方法

隧道设计的荷载-结构法中,围岩抗力系数是影响衬砌内力与变形的重要参数,节理的存在会导致抗力系数的各向异性,然而,目前工程中较少考虑抗力系数的各向异性问题.以大连地铁2号线兴工街站隧道工程为背景,针对含有两组贯通节理岩体抗力系数的各向异性分布特征,采用正交试验和离散元数值模拟,分析岩石弹性模量、泊松比、节理间距、节理倾角、节理法向刚度等10个影响因素作用下抗力系数的分布规律.结果表明:洞周围岩抗力系数分布曲线呈椭圆形,长轴沿两组节理夹角角平分线方向;方差分析中5%水平下的显著性影响因素依次为节理法向刚度、岩石弹性模量、节理间距与节理倾角;各向异性系数随洞径与节理间距比值的增大呈现出先增大后减小的规律,当比值趋近于零或无穷大时,各向异性系数收敛于1.基于上述分析结果,进一步推导出围岩抗力系数椭圆分布函数的理论计算公式,并验证公式的准确性.工程实例计算表明,围岩抗力系数的各向异性对衬砌轴力的影响较小,对弯矩的影响显著.     

双层隧道内力分析

根据弹塑性理论，采用四节点、四边形等参数单元和理想弹塑性德鲁克－普拉格弹塑性材料模型，对双层隧道进行了平面应变有限元分析，自编了考虑初应力分阶段释放、模拟具体施工过程的计算处理软件，运用该软件，计算得到了衬砌与围岩共同工作时的变形情况，应力分布和塑性区分布的状况，并最终给出了衬砌的各个横截的设计内力值。     

基于ANSYS的调压室三维非线性仿真分析

采用ANSYS有限元软件对构皮滩水电站阻抗式调压井的围岩和衬砌结构进行了三维非线性仿真分析.用生死单元模拟开挖过程,解决了反向加载法计算时材料进入塑性区后引起的矛盾,地应力的模拟采用了初始地应力文件分区施加的方法,解决了由于自重在计算过程中带来的位移难以处理的问题,计算中考虑了洞室周围的断层所带来的影响,得到了围岩、调压井衬砌和阻抗板的受力特性,并对衬砌的支撑杆结构进行了优化,得到了合理的支撑杆布置方案.可为同类工程的设计提供参考.     

双层隧道衬砌结构静力分析

针对双层隧道衬砌结构，建立了既考虑围岩与结构的相互作用，又能考虑车辆活荷载作用的结构计算模型，采用自编杆系结构有限元计算软件按弹性地基梁法对双层隧道衬砌结构进行了有限元分析，得到了衬砌结构在围岩及车辆活荷载共同工作下的变形情况，以及其内力分布状况，最终给出了衬砌结构的各个横截面的设计内力道。     

浅埋隧道衬砌结构内力与跨度的关系

列举了浅埋隧道的3种支护压应力计算方法,利用实际数据计算结果对比分析3种方法中支护压应力计算值随跨度变化幅度大小,得出分析隧道衬砌结构内力随跨度变化的最适宜情况;利用有限元软件计算这种情况下不同跨度的隧道衬砌结构,得出衬砌结构内力与跨度关系图;研究了衬砌结构弯矩、剪力和轴力与跨度之间的线性相关性,同时建议将隧道跨度引入公路隧道工程围岩分级中,以期为浅埋大跨度隧道设计及施工提供参考.     

地基弹性抗力分析与计算

地基弹性抗力一般都是分布力，其分布规律往往不能用静力平衡条件求得．抗力不知，结构内力的计算也会发生困难，若能求得抗力．结构的内力就可以用力学方法进行分析．因此，本文将提出采用完全连续的弹性体模型计算桩、墙各单元在荷载作用下的位移，再用完全不连续的Ｗｉｎｋｌｅｒ模型来表达其地基抗力。这样可克服二类极端模型的缺点，更精确地求得地基弹性抗力．     

索托节点的数值模拟方法研究

为了更加准确地模拟索托结构中的索托节点,本文利用ANSYS软件进行整体桁架的模拟并进行相关的有限元分析,提出一种新的索托节点数值模拟方法,即不变刚度短梁法,并与其他3种数值模拟方法(自由度耦合方法、自由度耦合加变刚度弹簧单元方法、点-点接触方法)进行分析对比。结果表明:4种方法对桁架结构挠度和构件内力引起的差别并不明显,结果基本吻合,内力走势一致。由于自由度耦合加变刚度弹簧单元方法已得到验证,故说明本文提出的不变刚度短梁法是合理可行的;自由度耦合加变刚度弹簧单元方法和不变刚度短梁法能更好地模拟索托节点处的摩擦力行为,而且这两种方法理论明确且计算简单方便,是相对较好的索托节点数值模拟方法。     

盾构隧道管片衬砌内力计算方法对比分析

论述了盾构隧道管片衬砌内力计算的梁-弹簧法和弹性匀质圆环法。结合一工程实例,采用此两种方法对管片衬砌内力进行了计算,并对计算的结果进行了对比分析。结果表明,采用梁-弹簧法进行设计是安全的、经济的,值得推广应用。     

索托结构中拉索预应力水平的优化研究

为研究预应力对索托桁架体系内力和挠度的影响,引入预应力水平概念,对单榀索托桁架结构进行了有限元分析.通过自由度耦合和变刚度弹簧单元来模拟索托节点,考虑预应力摩擦损失对结构性能的影响,对不同预应力水平情况下结构体系的受力性能进行分析.探讨了不同预应力水平下,结构体系变形和构件内力的变化规律,并给出预应力水平控制的参考建议.研究结果表明:采用自由度耦合和变刚度弹簧单元来模拟索托滑移节点的方法收敛性好,能够满足工程计算精度的要求.索的预应力水平在0.4到0.6之间可对桁架挠度和杆件内力起到有效的控制作用,使桁架与柔性拉索协同工作.     

地基弹性抗力分析与计算

地基弹性抗力一般都是分布力，其分布规律往往不有用静力平衡条件求得，抗力不知，结构内力的计算也会发生困难，若能救是抗力，结构摧力就可以用力学方法进行分析，因此，本文将提出本采用完全连续的弹性模型计算桩、墙各单元在荷载作用下位移，再用完全不连续的Ｗｉｎｋｌｅｒ模型来表达其他地基抗力，这样可克服二类极端模型的缺点，更精确地救是地基弹性力抗力。     

日照作用下箱梁桥上无缝线路纵向力

论述基于ANSYS的混凝土箱型梁桥日照温度场分析方法,应用实测数据对计算结果进行验证.采用带有组合截面信息的空间梁单元模拟箱型连续梁桥,计算其在日照作用下的温度效应,采用非线性弹簧模拟无缝线路（CWR）纵向阻力,以6×32 m箱型截面预应力混凝土连续梁桥为算例,分析日照作用下钢轨纵向力的分布规律,对相关参数的影响进行探讨.分析表明：日照作用下钢轨应力在正午时取得最大值,午夜时取得最小值,而按照现行规范中整体升温20 ℃计算的钢轨伸缩力是日照作用下钢轨应力的1.3倍,增加底座板厚度将有利于改善钢轨受力.在日照作用下,钢轨应力与大气透明度系数成正比,铺装层采用浅色涂层并保持光滑度将有利于减小钢轨应力.     

环锥形贮料满载时大直径筒仓内力的分布规律

以上海某电厂大直径贮煤筒仓为工程背景,运用有限元软件建立三维模型,不断分别改变筒仓半径、仓壁高度和厚度,对筒仓进行关键参数分析,得出不同参数背景下环锥形贮料满载时筒仓内力分布规律.分析表明:改变筒仓这些关键参数时,内力沿仓壁高度方向分布情况一致,恒在0.41H处,环向拉力和绕环向弯矩发生极值.分别对极值数据与参数进行拟合,根据极值与参数函数关系,提出一套可对极值进行预测的公式,为设计提供可观并简便的参考依据.     

考虑锚杆切向拉力作用的格构梁内力计算与数值模拟

为了研究喷锚支护体系中格构梁的计算理论及适用性,使用考虑开挖工况影响的ANSYS有限元模拟方法以及考虑锚杆轴力切向分量的Winkler方法,分析纵向格构梁内力,将两种方法分析结果进行比较研究,并与实测值对比,得出格构梁内力计算方法的适用性.在松软的地基上,最好采用Winkler法计算;在岩性地基上梁与地基的摩擦作用不可忽略,用考虑水平作用和轴向分力的Winkler法计算得到的结果最符合实际.ANSYS模拟的结果也可以比较真实地反映梁的受力情况,模拟梁的空间效果,具有较高的实用价值.     

金鸡山隧道拓宽方案离散元分析

结合福州金鸡山隧道拓宽改造工程,通过建立离散元计算模型,对拓宽改造方案进行了优化分析.分别研究了不同方案下隧道围岩屈服、围岩变形、拱顶下沉、衬砌内力特征及中夹岩柱应力状态,研究结果表明:方案1能够保证满足隧道建成后的安全要求,对既有建构筑物的扰动最小,且隧道整体受力状态较好,是最佳方案.研究结果可为今后类似工程的设计、施工提供借鉴与参考.     

地下厂房围岩参数场位移反分析

提出地下厂房围岩参数场的概念,利用增量位移和遗传算法优化反演其值.针对地下厂房围岩特性,认为其力学参数不是均一的,而是一个由不同量值的参数组成的参数场.结合某水电站地下洞室工程中地下厂房的开挖,建立了模拟动态施工的有限元模型,对洞室附近的围岩弹性模量进行了反演计算.结果表明:所得增量位移与实测值符合较好,岩体力学参数分布符合实际规律.     

螺纹结构精确有限元建模及有效性分析

在对螺纹部件进行有限元分析时，由于螺纹复杂的几何结构，螺纹部件的内外螺纹面往往难以啮合，常造成螺纹结构有限元建模困难、模型数值计算收敛性差等问题。本文基于螺纹垂直于其轴线的任意横截面几何形状相同的事实，选取国际标准化组织（ISO）制定的标准螺旋线公式，采用三维八节点单元，精确建立了螺纹连接件有限元模型。该模型不仅考虑了螺纹螺旋升角对模型的影响，且组成每个节距的单元层整齐排列，每层单元上的节点编号有序分布，内外螺纹面上的节点相互贴近。这些特质使得模型能够准确映射工程中螺纹连接结构的力学特性、优化模型数值计算收敛状况、便于对模型数值计算结果开展力学剖面分析。为验证本文螺纹连接结构有限元建模方案的有效性。首先从理论分析方面对螺纹连接结构中拧紧转角与预紧力的关系和螺纹连接结构中轴向力的分布进行了计算推导，并以M12标准螺栓为例计算出其轴向力分布。然后通过数值实验的方法先后验证了该螺纹连接结构拧紧转角和预紧力关系与理论分析结果的一致性、M12螺栓的轴向力分布与理论计算结果的一致性、螺纹齿根处应力集中系数状态与实验结果的一致性、应力分布和塑性应变分布与实际工程测量的一致性。该螺纹连接结构有限元模型生成的方案通过C++编程语言在Qt平台上借助OpenGL工具开发了一款“螺栓螺母有限元参数化建模软件”，软件可根据输入的螺纹直径、节距数量等参数快捷地查看和生成不同型号的螺栓螺母三维有限元模型，在工程分析和优化设计中，既避免了设计人员繁琐的重复劳动，又提高了设计精度和工作效率，能更好地满足实际工程需要。     

二次衬砌台车荷载计算及数值模拟

为保证隧道衬砌模板台车的施工安全,以某高速公路分岔式长隧道为例,根据给出衬砌台车的尺寸,对隧道二次衬砌台车模板系统进行了设计,计算了其纵肋和环向肋内力和变形,并基于ANSYS分析软件,计算了台车门型结构内力和变形.结果表明,模板系统、台车结构的强度与刚度均满足设计要求.根据计算结果,建议浇筑二次衬砌混凝土时应注意对称浇...     

基于TBA法的地下厂房围岩力学参数位移反分析

讨论了TBA反分析法的原理,结合某水电站地下洞室工程中地下厂房的开挖过程,建立了模拟动态施工的有限元模型,运用TBA法对地下厂房的围岩力学参数进行了反演计算,运用遗传算法进行了数值验证,有效地确定了岩体的弹性模量.结果表明,增量位移与实测值吻合较好.