基于CEL方法的静压桩沉桩挤土效应数值模拟

文中通过CEL大变形数值模拟方法,研究静压桩沉桩过程中桩周土体应力演变规律。结果表明,静压桩沉桩可引起较大的径向应力和垂直应力变化量,其中径向应力变化量沿水平方向呈现出先增大后减小的变化趋势,而垂直应力变化量沿水平方向呈现出先减小后增大再降低的变化趋势,径向应力变化幅度大于垂直应力变化量。     

大直径直埋热力管道局部稳定性因素影响分析

大直径直埋热力管道由于挖沟不平等因素影响,在上覆荷载作用下存在管道定位偏差。高温运行过程中管道局部稳定性是重要的考量因素。应用有限元软件ABAQUS,建立三维管土相互作用的有限元模型,模拟分析存在定位偏差的管道在高温运行中发生的局部失稳变形过程。对不同地面荷载、管道壁厚等影响因素进行参数化分析,得出了不同因素影响下管道局部屈曲临界温差和屈曲变形规律。结论表明管道局部屈曲临界温差随地面荷载增大而减小,当管径一定时,随管道壁厚的增大而增大。     

对焊管道焊接残余应力分布规律的有限元分析

以大型通用有限元软件ANSYS为基础,建立了对焊管道三维有限元计算模型。通过对焊接温度场、应力场计算结果的分析,得出了对焊管道焊接残余应力的应力集中区域以及焊接残余应力在管道厚度方向的分布规律。分析结果表明:线热源无法准确模拟出施焊过程中焊缝的热交换过程和熔池现象;管道对接焊时,会在施焊终点处形成较大的应力集中区域;在管道内、外表面,径向残余应力在焊趾处均表现为拉应力,随距焊趾距离的增加迅速转化为压应力,轴向残余应力在管道外表面表现为压应力,在管道内表面表现为拉应力;在管道厚度方向,径向残余应力在焊趾处表现为拉应力,并随深度的增大而增大,轴向残余应力在近外表面区域表现为压应力,随着深度的增大,逐渐转化为拉应力。     

高温后纤维纳米混凝土单轴受压应力-应变关系

通过306个150mm×150mm×300mm纤维纳米混凝土棱柱体试块在25~800℃后的单轴受压试验,探讨钢纤维体积率、纳米材料掺量和高温对纤维纳米混凝土受压应力-应变曲线的影响。结果表明,纤维纳米混凝土受压应力-应变曲线可分为弹性阶段、裂缝稳定发展阶段、裂缝失稳扩展阶段和破坏阶段;随钢纤维体积率和纳米材料掺量的增大,应力-应变曲线逐渐饱满,峰值应力和峰值应变均有一定程度的提高,曲线下包面积逐渐增大;随温度升高,应力-应变曲线趋于扁平,弹性段逐渐变短,峰值应力显著降低,峰值应变增大,应力-应变曲线下包面积减小。通过对试验数据的综合分析,建立了考虑纤维、纳米材料和温度影响的纤维纳米混凝土轴压应力-应变曲线数学模型。     

周边建筑对低矮建筑平屋面风荷载的干扰因子

低矮建筑通常都是成群出现的,周边建筑对被包围建筑的风荷载存在干扰效应。通过刚性模型表面测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的平屋面低矮建筑表面风压系数进行测量,分析周边建筑的建筑面积密度、相对高度及排列方式对被包围建筑平屋面上的最大局部负风压及最大屋面升力的干扰因子的影响。试验结果显示,最大局部负风压的干扰因子除少数周边建筑面积密度很低或相对高度较矮时大于1.0外,多数情况下都小于1.0;所有存在周边建筑的试验工况中最大屋面升力的干扰因子总是小于1.0;两个干扰因子都随周边建筑面积密度的增大而减小;当周边建筑的相对高度小于1.0时,两个干扰因子都随周边建筑相对高度的增大而减小,但当周边建筑的相对高度大于1.0时,两个干扰因子对周边建筑相对高度的变化不敏感。基于上述试验结果,将两个干扰因子拟合成周边建筑面积密度及相对高度的函数形式,为低矮建筑的设计提供依据,为建筑结构荷载规范的修订提供参考。     

地应力场中含瓦斯煤岩变形破坏过程中瓦斯渗透特性的试验研究

 利用典型煤与瓦斯突出矿井松藻煤电集团打通一矿突出煤层原煤制备型煤试件,应用自行研制的含瓦斯煤样三轴瓦斯渗流试验装置,进行含瓦斯型煤试件的全应力–应变过程瓦斯渗透特性变化规律的试验研究。研究结果表明：恒定瓦斯压力时,在某一围压下,峰前渗流速度随轴向应力先减小后缓慢增大,到达峰值应力后,随轴向应力的减小而增大。全应力–应变过程曲线与渗流速度–轴向应变曲线具有较好的对应关系。煤样的峰值渗流速度随围压的增加而减小,呈现较明显的线性关系。对比试验表明,在一定的围压和瓦斯压力范围内,保持瓦斯压力不变增加围压可减小煤样渗透率,保持围压不变增加瓦斯压力可增大煤样渗透率。研究结果对于利用地应力场抽采瓦斯、通过瓦斯涌出量预测煤岩的变形破坏具有现实指导意义。     

晶须增强混凝土抗冻性能及孔隙结构特性试验研究

研究了晶须增强混凝土抗冻性能及其孔隙结构特性的影响。结果表明,随晶须掺量增加,混凝土质量损失率先减小后增大,相对动弹性模量和抗压强度均先提高后降低;随冻融循环次数增大,冻融循环产生的温度应力和膨胀应力导致晶须与混凝土基体疲劳损伤,降低了晶须的桥连作用,不同晶须掺量混凝土抗压强度差异趋于减小;不同晶须掺量混凝土孔隙均呈双峰分布型式,峰值对应的孔径介于5～20 nm和50 nm～10μm,随晶须掺量增加,孔径介于5～20 nm范围峰值基本保持不变,而孔径介于50 nm～10μm范围峰值先增大后减小。晶须掺量1%是其性能的转折点。     

大口径曲线管道在运营阶段的温度应力分析

大口径曲线管道在温度变化时由于曲率的存在会产生较为严重的温度应力。为评估青草沙水源地原水工程严桥支线工程的曲线段钢管在运营阶段下温度应力的影响,建立了管道的有限元模型并进行参数影响分析。计算结果表明,内外壁温差的增大、整体升温值的增大,管道轴线曲率半径的减小会引起温度应力的增大,径厚比对温度应力基本没有影响;内外壁应力差受内外壁温差的影响最大,其余三个参数对应力差基本没有影响。分析结果可为类似工程提供参考。     

普通混凝土局部受压与偏载力学性能试验研究

利用液压伺服机对普通混凝土局部受压与偏载力学性能进行试验研究,设置4种不同加载面积与6种不同偏载位置的加载工况,得到混凝土试件破坏形态与应力-应变曲线,提取应力-应变曲线峰值应力与峰值应变特征参数,对比分析不同加载面积和偏载位置混凝土力学性能,主要得到以下结论:不同加载面积下混凝土峰值应力和弹性模量随着加载面积的减小而逐步增大,峰值应变却随之减小,其中峰值应力与加载面积系数呈冥函数关系;偏载作用下,混凝土中心受压峰值应力高于偏心约束受压,偏心约束受压峰值应力高于偏心边角受压。研究结果较好地说明了混凝土局部受压与偏载作用下的力学性能。     

地下洞室连续围岩岩爆定量预测模型

根据能量平衡理论,推导了岩爆能量公式,定量分析了地下洞室连续围岩岩爆区位置、面积及碎块弹射速度的影响因素。研究结果表明,围岩水平应力与竖向应力比值小于1,岩爆区面积和碎块平均弹射速度随侧压力系数增大而减小,否则反之。岩爆区面积随岩体峰值荷载前后模量比率系数、岩石颗粒直径、裂隙密度和岩石断裂韧度增大而减小,随泊松比增大而增大。碎块平均弹射速度随颗粒直径、泊松比和岩体峰值荷载前后模量比率系数的增大而减小,随岩石断裂韧度的增大而增大,随裂纹密度的增加先增加后减小最终趋于稳定值。     

盾构隧道管片横向变形规律及影响因素分析

盾构隧道建成并承受外部荷载后,会发生显著的横向变形,较大的横向变形对结构安全产生的影响正得到工程界的高度重视。文章在引入弹塑性本构模型的基础上,通过三维有限元模拟,发现盾构隧道横向变形呈"椭圆化";总结不同指标临界状态对应的管片水平直径变化量,分别探讨埋深、土体侧压力系数、螺栓预紧力三种因素对盾构隧道横向变形的影响。结果表明,管片直径变化量ΔD可作为良好的衡量结构性能指标,管片结构水平直径变化量、接头最大张开量、混凝土最大应力、螺栓最大应力均随埋深的增大而显著增大,随土体侧压力系数的增大而显著减小,随螺栓预紧力的增大先减小、后逐渐趋于稳定。     

大体积混凝土水化热仿真分析

文章从大体积混凝土水化热效应对结构开裂的影响出发,分析了施工阶段大体积混凝土的温度场及温度应力分布规律。以石首长江大桥主墩承台为研究对象,根据混凝土材料特性、实际施工条件,利用大型有限元软件建立有限元模型进行仿真分析,研究在浇筑过程中混凝土的温度场及温度应力的分布规律。分析结果表明:各施工阶段结构温度应力安全系数较大,满足相应规范要求;承台在浇筑过程中,中心温度先升后降,在第3天时达到峰值,且内表温差随中心温度变而变化;承台早期应力由内表温差引起,集中于表面;由于混凝土收缩等因素影响,后期应力集中于结构中心,且随龄期增长不断增大。     

桥面铺装层脱空区积水冻胀应力特性分析

为研究冻胀作用导致桥面铺装层的破坏规律,应用有限元软件ABAQUS研究了铺装层内不同长度的脱空区积水结冰后的力学响应特征。结果表明:脱空区的冻胀使得桥面表面产生水平拉应力,且最大值随脱空区长度的增加而先增加后减小,当脱空区长度为16 cm时桥面表面水平拉应力达到最大值为5.36 MPa;脱空区正上方的应力较复杂,随脱空区冻胀尺寸的增大,桥面表面的水平拉应力先增加后减小,而桥面底面(脱空区上部)先出现了拉应力后出现了压应力;铺装层表面的竖向位移随脱空区冻胀尺寸的增大而增大;冻胀使得脱空区的尖端产生应力集中现象,当脱空区长度为8 cm时应力集中最严重,此时的竖向拉应力值达到最大为10.7 MPa,易使层间脱离。     

桥面铺装层脱空区积水冻胀应力特性分析

为研究冻胀作用导致桥面铺装层的破坏规律,应用有限元软件ABAQUS研究了铺装层内不同长度的脱空区积水结冰后的力学响应特征。结果表明:脱空区的冻胀使得桥面表面产生水平拉应力,且最大值随脱空区长度的增加而先增加后减小,当脱空区长度为16 cm时桥面表面水平拉应力达到最大值为5.36 MPa;脱空区正上方的应力较复杂,随脱空区冻胀尺寸的增大,桥面表面的水平拉应力先增加后减小,而桥面底面(脱空区上部)先出现了拉应力后出现了压应力;铺装层表面的竖向位移随脱空区冻胀尺寸的增大而增大;冻胀使得脱空区的尖端产生应力集中现象,当脱空区长度为8 cm时应力集中最严重,此时的竖向拉应力值达到最大为10.7 MPa,易使层间脱离。     

应力–冻融耦合作用下砂岩变形与损伤特征研究

寒冷地区工程岩体承受应力和冻融循环的共同作用。在长期应力–冻融耦合作用下,岩石力学性能会产生显著弱化,造成工程岩体灾害。为了研究应力–冻融耦合作用下砂岩的变形和宏细观损伤特征,首先采用砂岩试样开展冻融循环试验,研究无应力作用下砂岩冻融循环过程中的冻融变形规律。然后提出一种基于颗粒流和颗粒膨胀的岩石冻融循环数值模拟方法,并采用该方法开展应力作用下岩石冻融循环数值模拟,研究轴向应力作用下岩石冻融过程中的变形和破裂演化规律。研究结果表明：无轴向应力时,随着冻融循环次数的增大,砂岩的轴向和径向应变先增大后基本保持不变;冻融循环过程中砂岩试样轴向和径向应变存在显著差异,试样径向应变大于轴向应变,砂岩试样轴向和径向应变的差异随着冻融循环次数的增多先增大后减小;轴向应力不为0时,试样轴向应变随冻融循环次数的增大逐渐减小,径向应变随冻融循环次数的增大逐渐增大;在冻胀力作用下,试样表面附近的裂纹密度大于试样内部的裂纹密度;冻融循环过程中,轴向应力会抑制裂纹沿与试样轴线夹角较大的方向起裂和扩展;冻融循环过程中,试样内的破坏以拉伸破坏为主;基于颗粒流和颗粒膨胀的数值模拟方法能够较好的模拟冻融循环过程中砂岩的...     

浅谈矩形顶管近距离穿越重要供水管道的施工影响分析

以济南地铁站某出入口通道顶管工程为背景,建立矩形顶管施工对近距离管道影响的力学模型,并结合现场监测,以此浅析大断面顶管施工对近距离下穿城区主要供水管道的影响。得出以下结论：(1)矩形顶管施工时,管道的变形表现为先隆起后沉降,管道中部变形量最大,沿轴线向两边,变形量逐渐减小。(2)管道的变形随着顶管顶进长度的增加,主要分为3个阶段：隆起阶段—急剧沉降阶段—沉降稳定阶段,本工程管道急剧沉降阶段的顶进长度为15～35 m(管道位于顶进长度20 m处)。(3)随着顶进长度的增加,管道的轴向、径向应力均随之增大,顶管顶进长度为15～35 m之间时,管道应力急剧增大。     

循环加卸载下塑性混凝土强度及变形特性

通过塑性混凝土在单调和循环加卸载下的试验,对不同加卸载作用下塑性混凝土的强度和变形性能进行研究。结果表明,经过循环加载后塑性混凝土的强度与单调直接加载相比有所降低,变化幅度均在10%以内;当循环加卸载最大荷载为单轴强度的60%时,塑性混凝土峰值应力大于其余循环水平下的峰值应力。塑性混凝土在循环荷载作用下的加载曲线与卸载曲线不重合,卸载曲线总是滞后于加载曲线,加载曲线和卸载曲线形成了封闭的塑性滞回环。滞回环面积的大小与循环加载最大荷载密切相关,与循环加卸载的次数无关,随着循环加卸载最大荷载的增大,滞回环面积相应增大,但滞回环的斜率保持不变,即变形模量保持不变。循环加卸载影响了塑性混凝土峰值应变,单调直接加载峰值应变大于循环加卸载作用后峰值应变。     

不同长度石灰岩动态压缩力学性质试验研究

为研究高应变率下岩石力学性质尺寸效应,采用?50 mm分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对直径50 mm,长度为15～100 mm的12种规格的石灰岩试件进行冲击加载试验。结果表明,石灰岩试件单轴动态抗压强度存在明显的尺寸效应,动态抗压强度随试件长度变化呈先增大后减小的趋势,在试件长度为60 mm时强度最大;长度为15～35 mm的试件应力–应变曲线的形态变化比较大,试件长度大于35 mm时随着试件长度的增大应力–应变曲线大致形态变化不大;随着试件长度的增大,试件的峰值应变呈减小趋势,试件的动态弹性模量呈先增大后减小的变化趋势在试件长度为60 mm时存在一个峰值;随着试件长度的增大破碎程度呈先减小后增大的变化趋势与强度存在相关性,强度越大试件破坏越弱。     

考虑边缘侧墙约束的超长结构温度及预应力效应分析

通过对双向126m两算例的温度应力分析,有侧墙和无侧墙时板中平均温度应力分别约为2.20MPa、0.58MPa,侧墙的存在提供了较大的约束,从而导致板中温度应力的增大;侧墙厚度与温度应力呈正相关,随着侧墙厚度的不断增大,温度应力的增加幅度也随之减小。当曲线预应力筋配筋量为直线预应力筋配筋量的25%时,荷载标准组合下两算例板底跨中及板顶梁边应力峰值基本相同,因而直线与曲线预应力在控制温度应力方面,宜选择曲线预应力。     

高温后混杂纤维RPC单轴受压应力应变关系

对120个经20~900℃作用后、尺寸为70.7mm×70.7mm×228.0mm的混杂纤维活性粉末混凝土(RPC)试件进行了单轴受压试验,分析了纤维掺量和经历温度对混杂纤维RPC轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变和受压应力应变曲线的影响.结果表明：相同高温作用后,钢纤维掺量为1%（体积分数）的混杂纤维RPC抗压强度最低,而钢纤维掺量为2%,聚丙烯纤维掺量不同的混杂纤维RPC抗压强度差别不大;轴心抗压强度和弹性模量随经历温度的升高先增大后减小,且弹性模量下降速度比抗压强度快;经历温度为600℃时,峰值应变达到最大值,且峰值点前应变迅速增大,峰值点后呈线性减小.通过回归分析,建立了抗压强度、弹性模量和峰值应变随温度变化的计算公式,提出了用五次多项式和有理分式表达的混杂纤维RPC应力应变曲线方程.与普通混凝土和高强混凝土相比,混杂纤维RPC具有更优越的抗高温性能.