基于F-R-M法的刚构-连续梁桥施工期结构强度风险分析

为了解决刚构-连续梁桥施工过程中的风险问题,提出了一种神经网络与有限元结合的定量风险分析方法（F-R-M法）。以八盘峡黄河特大桥为工程背景建立有限元模型,运用参数敏感性分析确定出最不利施工阶段的结构强度主要风险随机变量,然后以蒙特卡洛原理为基础,通过径向基（RBF）神经网络计算结构失效概率,最后对桥梁施工风险进行定量分析。结果表明:该桥在最大悬臂状态下,结构应力仿真次数超过 1 000 万次时,梁体在最大悬臂端应力失效概率仅约为 1.17×10-5,失效概率极低。基于参数敏感性的F-R-M法可以快速、较高精度地对高速铁路刚构-连续梁桥施工期结构强度风险进行定量分析。     

火灾后内配H型钢的矩形钢管混凝土柱剩余承载力有限元分析

该文采用ABAQUS有限元软件建立了火灾后内配H型钢的矩形钢管混凝土柱模型,计算了常温下与火灾后该构件的轴向荷载-位移关系曲线,对火灾后的受力性能进行了分析;此外与相同含钢率的钢管混凝土柱构件火灾后剩余承载力进行了对比,发现内配型钢钢管混凝土柱剩余承载力较钢管混凝土柱得以增强,且构件延性优于钢管混凝土;同时对比了强、弱轴两种加载方式下该类构件火灾后剩余承载力,最后对影响火灾后该类构件剩余承载力的主要因素进行了参数分析,发现升温时间、截面周长和长细比对其影响较为显著。     

行车荷载下钢管混凝土系杆拱桥冲击系数的数值模拟

相比梁桥,对行车荷载下钢管混凝土系杆拱桥振动响应研究较少,且已有研究多取跨中作为观察点来评估桥梁的振动效应。为评估钢管混凝土系杆拱桥的车致振动特性,在有限元软件ABAQUS中建立了全桥有限元动力分析模型,采用板单元模拟桥面板,梁杆单元模拟系梁、横梁、拱肋、风撑和吊杆,并模拟施加移动车辆,获得了不同桥跨位置处的动挠度响应,并与现场动挠度实测结果进行对比,表明了分析模型的正确性。继而,研究了不同车速、轴重及行进路线工况下1/4、1/2和3/4桥跨位置处的动挠度响应,获得了不同桥跨位置的冲击系数。结果表明,系杆拱桥冲击系数随车辆轴重增加而减小,随车速增加先增大后减小,且车辆行进路线距桥面中线越远则冲击系数越小。将上述不同荷载工况的冲击系数与规范和已有经验模型进行对比,发现系杆拱桥最不利冲击位置并不位于桥梁跨中位置。研究结果可为类似系杆拱桥冲击振动安全工程提供参考。     

预应力RC梁抗火性能试验研究与有限元分析

为了考察预应力钢绞线张拉控制应力和梁的持荷水平两个因素对无粘结预应力混凝土梁抗火性能的影响,基于 ISO834标准升温曲线,对4根无粘结预应力混凝土梁进行恒载升温试验,同时应用ANSYS有限元软件建立无粘结预应力混 凝土梁有限元模型,进行恒载升温过程的有限元数值模拟。结果表明:有限元计算结果与试验结果符合较好;预应力钢 绞线张拉控制应力越大,预应力损失速度越快,梁变形速率越快,耐火性能越差;梁上作用荷载水平越高,跨中挠度越 大,变形速率越快,耐火极限越小。     

基于差值迭代法的矮塔斜拉桥施工索力计算和影响因素研究

为计算某矮塔斜拉桥的合理施工索力和探究不同状态参数对索力的影响,借助Midas/Civil建立有限元模型,基于差值迭代法进行施工索力优化计算,并分析了主梁混凝土容重、混凝土弹性模量、预应力筋张拉应力对索力的影响程度。研究结果表明：该桥经过4次差值迭代可获得合理施工索力;成桥阶段的弯矩、位移和应力满足规范要求;在3个状态参数中,主梁混凝土容重对索力的影响敏感性最大。     

深部顶板夹煤层巷道变形破坏分析及其控制

为了探究深部顶板夹煤层软岩巷道大变形破坏问题,以平煤六矿三水平戊二胶带运输巷为工程背景,开展夹煤层巷道围岩破坏分析及控制对策的研究。首先,构建原支护体系组合拱力学模型,推导出直墙半圆拱形巷道稳定判别式;其次,提出“锚网索-梁-注浆-组合砂浆锚索”联合返修控制对策,即沿戊₈煤层顶板进行巷道扩刷,采用锚网索、梯子梁完成基本支护,对围岩进行深浅孔注浆加固、顶板及两帮关键部位布置组合砂浆锚索等加强支护,并通过数值模拟分析返修前后应力、位移场分布特征;最后,开展工业性试验,并监测矿压。结果表明：两帮及顶底板最大收敛量分别为93、 112 mm,后期变形速率均低于1 mm/d,围岩变形得到有效控制,返修效果良好。     

基于环形开挖留核心土法的公路隧道围岩应力分析

分析环形开挖留核心土法的公路隧道拱顶、拱肩、拱腰、拱墙、拱脚应力变化规律,并研究公路隧道最佳开挖间距和注浆圈厚度。本文基于隧道工程理论,结合富水区阿嘎下隧道特点,利用有限元软件MIDAS GTS NX,建立与富水区阿嘎下隧道尺寸一致的数值模型,研究不同开挖间距、不同注浆圈厚度条件下,阿嘎下隧道围岩应力的分布规律。研究结果表明:拱墙处围岩应力最大,选取3~4 d(d为隧道净宽)开挖间距和0.3 d厚度的注浆圈时,对隧道围岩稳定性的影响较小。     

波形钢腹板连续刚构桥施工监控

对某波形钢腹板连续刚构桥进行线形和应力监控,建立有限元模型分析了桥梁线形和应力变化情况,并对比分析了监测值与有限元计算值。研究结果表明：桥梁在悬臂浇筑阶段的挠度变化和成桥后的线形均满足设计要求,各监测截面应力随施工进行的变化趋势符合预期设计要求,达到了施工监控的目的。     

滚石作用下埋地钢管道动力响应数值模拟分析

研究滚石-土-埋地钢管道组成的多元体系在冲击荷载作用下的动力响应.依据三维动态接触面算法构建滚石、土体和管道相互作用的力学模型及有限元分析模型,并采用LS-DYNA有限元软件从滚石初动能、冲击夹角、模拟临界状态等方面对滚石冲击荷载作用下埋地钢管道的动力响应进行数值模拟分析.研究得到了管道在滚石垂直或不同冲击角度撞击条件下的应力、位移变化规律,并在管道破坏临界状态下模拟出滚石初动能与滚石落地点距管道中心水平距离的关系.滚石撞击过程中,管道上各节点位移先增加后减小,出现反弹.本研究对埋地钢管道的风险评估、工程设计和防灾减灾具有重要参考价值.     

异形阻燃木-混凝土组合梁耐火特性实验*

为提高纯木梁的耐火性能,提出异形阻燃木-混凝土组合梁提高耐火性能的方法。通过实验研究对比Π形、T形的异形阻燃木-混凝土组合梁与全混凝土梁受火特性和剩余承载力。研究结果表明:3面受火后,异形阻燃木-混凝土组合梁上部多数区域未达强度降低起始温度,全混凝土梁均超过强度降低起始温度,且受火温度远远高于木-混凝土组合梁;T形阻燃木-混凝土组合梁试件剩余承载力最大,耐火能力最强,Π形阻燃木-混凝土组合梁次之,全混凝土梁最差;异形阻燃木-混凝土组合梁受火后损坏情况轻于全混凝土梁,但产烟量大于全混凝土梁。     

火灾下圆钢管约束钢筋混凝土短柱轴压性能分析

利用ABAQUS软件建立了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱非线性有限元模型,在确定混凝土和钢材的本构基础上,对其火灾下轴压性能进行了数值计算,并与已有相关试验数据进行了对比验证。分析了环境温度、混凝土强度、钢管屈服强度、截面尺寸、含钢率等参数对火灾下轴压性能的影响规律。结果表明:火灾下各试件核心混凝土纵向应力发展规律较为相似,且应力分布趋向均匀;环境温度对试件轴压刚度的影响大于极限承载力,材料强度对极限承载力的影响较大,增大钢管含钢率可一定程度提高试件轴压刚度;提出了火灾下此类试件极限承载力和轴压刚度的简化计算公式,可为工程实际应用提供参考。     

火灾下钢筋混凝土梁热力学性能数值模拟分析*

为了研究火灾下钢筋混凝土（RC）简支梁的热力学性能,建立火灾高温下RC梁的数值分析模型,与火灾试验对比验证模型的有效性;分别对4根完全相同的RC梁进行不同受火试验,研究受火时间、混凝土高温爆裂及钢筋-混凝土黏结高温退化对RC梁截面温度场分布、钢筋应力与滑移量分布、残余抗弯承载力的影响规律。研究结果表明:截面温度梯度随受火时间增长而扩大,底部角筋比其他纵筋升温均快;混凝土爆裂对直接受火面10 mm厚度范围内温度影响较为显著,角筋升温速率随受火时间增长而增大;底部纵筋应力随受火时间增长而下降,中筋的应力高于角筋;钢混界面滑移量随受火时间增长而增大,底部中筋的滑移量小于角筋;残余抗弯承载力随受火时间增长而线性减小;爆裂深度对残余抗弯承载力的影响程度要高于爆裂面积,跨中1/5跨长位置爆裂对残余抗弯承载力影响最大。     

板梁桥“单板受力”的数值分析

目前 ,在小跨径的公路桥涵中普遍出现了“单板受力”问题 ,给行车安全带来了隐患。针对这一现象 ,笔者主要借助有限元软件ANSYS对板梁桥的“单板受力”现象进行了数值模拟。首先 ,采用梁单元建立板梁桥的仿真模型 ,分析了不同跨径板梁的荷载横向分布规律 ;然后 ,根据板梁桥的受力特性和造成“单板受力”的原因 ,提出了缓解和避免“单板受力”的 5种加固方案 ,并采用实体单元建立板梁桥的空间模型 ,比较并分析了各加固方案位移、应力等力学性能 ;随后 ,详细分析了铰缝处混凝土的横向应力分布规律 ,并建议应采用新老混凝土之间的粘结强度作为标准校核铰缝的横向应力 ;最终 ,根据各加固方案的优缺点 ,提出了解决“单板受力”问题的可行方案。     

极端温度对板式橡胶支座连续梁桥地震响应影响研究*

为研究温度对板式橡胶支座连续梁桥抗震性能的影响,以1座两联3×30 m的预应力混凝土连续箱梁为对象,考虑极端温度对桥墩本构关系和橡胶支座力学特性的影响,运用MIDAS/Civil有限元软件对桥梁地震响应进行研究。通过对地震作用时不同温度工况下桥墩墩底弯矩、墩顶位移和支座位移的地震响应分析,得到极端温度对板式橡胶支座连续梁桥地震响应的影响规律。研究结果表明:与常温工况相比,极端温度引起支座刚度、桥墩混凝土材料参数的改变,使地震作用下极端低温工况桥墩内力和位移响应最大增大35.65%和24.78%,极端高温状态支座位移最大增大15.31%;温度变化对橡胶支座力学参数的影响会导致桥墩和上部结构连接刚度发生改变,导致桥墩和支座地震响应变化显著,使桥墩内力和位移响应均与温度呈负相关,支座位移与温度呈正相关;根据现行规范计算的极端低温时桥墩墩底弯矩偏小,极端高温时桥墩弯矩偏大,设计中应予重视;极端低温导致支座和桥墩刚度增大,会使交接墩地震响应较其他桥墩更显著,在设计中应着重关注。     

砂岩混凝土复合路面力学分析及结构优化设计研究

针对砂岩混凝土斜向预应力混凝土基层复合路面结构层厚度,通过梁单元建立预应力钢筋模型,通过接触单元模拟了各层之间的相互作用,对砂岩混凝土复合路面进行了三维有限元建模。分析了各层厚度对于路面结构力学响应的影响,并结合经济性与极限寿命分析,对结构层厚度进行了优化分析,得出了一定范围内的最佳层厚组合,为类似工程的设计施工提供参考依据。     

基于弹塑性损伤-渗流耦合模型的隧道洞口段围岩稳定性研究

为分析复杂条件下隧道洞口段稳定性问题,建立基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型,利用完全隐式的向后欧拉算法编制弹塑性损伤模型的应力积分程序。在此基础上,利用ABAQUS平台的子程序接口实现耦合模型的有限元计算。将该模型应用于福建某洞口段隧道工程的围岩稳定性评价中,分析不同降雨强度下洞口段结构的安全系数、位移及损伤值的变化规律。结果表明:隧道洞口段结构的安全系数、损伤区和位移均会随着降雨进程的发展发生变化,雨季应加强监测频率。     

预应力锚索-地梁结构在岩体中传力规律研究

在建立受非均布线形荷载作用的地基力学模型的基础上,应用叠加原理推导出地基表面在非均布的线形荷载作用下,预应力锚索-地梁结构中垂直于梁轴线平面内的地基中深处的应力和位移计算公式,为研究预应力锚索-地梁结构在岩体中的传力规律提供了理论基础.以湖南省常张高速公路K123+160～K123+369边坡为试验区域,通过理论分析得出,在对锚索施加预应力后,锚索预应力通过地梁传递给被加固的岩土体,其传递方式在垂直于地梁轴线的平面内是以梁轴线与该平面的交点为端点的近似椭圆的等值面形式由内向外呈逐渐衰减趋势分布的.现场试验得出,两地梁周边岩体中的压应变随深度增加由小到大增至峰值,然后逐渐衰减为0,这种分布形式与理论结论一致.     

受火后方钢管约束钢筋再生混凝土轴压短柱力学分析

利用ABAQUS软件建立了火灾后方钢管约束钢筋再生混凝土轴压短柱非线性有限元模型,在确定混凝土和钢材的本构基础上,对其火灾后轴压性能进行了数值计算,并与已有相关试验数据进行了对比验证。分析了升温时间、基体混凝土强度、再生粗集料取代率、截面尺寸、含钢率等参数对火灾后轴压性能的影响规律。结果表明:随着升温时间的增加,试件截面角部对中心区域的约束效果逐渐减弱,截面应力逐渐降低且分布趋向均匀;基体混凝土强度和截面直径是影响试件剩余承载力和初始损伤的主要因素,集料取代率和含钢率影响较小,所有试件的损伤发展过程较为相似;各试件的耗能能力随升温时间的增加呈现先提高后降低的趋势;提出了此类试件火灾后相关评价指标的简化计算公式,可为工程实际应用提供参考。     

多角度辨识压裂套管变形的失效影响因素

页岩气开发具有施工压力大、排量大、改造规模大的特点,使得压裂套管处于复杂力学环境中。挤压、剪切和弯曲等载荷共同作用,易引发套管挤毁变形,进而导致后续作业时井下工具下入遇阻。但目前研究多针对压裂套管的单一失效原因,难以保障其完整可靠性。鉴于此,针对页岩气大规模压裂作业特点,从不同薄弱位置（如垂直段、造斜段、水平段）、不同自身规格（如钢级、外径、壁厚）和不同约束条件（如内压、孔径、螺距）等多角度,系统辨识套管变形的失效影响因素。通过建立压裂套管三维模拟的有限元模型,分析套管内压变化引起套管应力、位移的变化规律及形态,明确套管变形的大小以及与载荷变化的关系,并揭示套管变形的位置及影响因素的临界值。结果表明:压裂套管的造斜段最大变形、水平段应力集中现象较为严重,属于危险脆弱点;且套管最大应力、最大位移随内压的增加而近似成线性降低关系。     

多角度辨识压裂套管变形的失效影响因素北大核心CSCD

页岩气开发具有施工压力大、排量大、改造规模大的特点,使得压裂套管处于复杂力学环境中。挤压、剪切和弯曲等载荷共同作用,易引发套管挤毁变形,进而导致后续作业时井下工具下入遇阻。但目前研究多针对压裂套管的单一失效原因,难以保障其完整可靠性。鉴于此,针对页岩气大规模压裂作业特点,从不同薄弱位置(如垂直段、造斜段、水平段)、不同自身规格(如钢级、外径、壁厚)和不同约束条件(如内压、孔径、螺距)等多角度,系统辨识套管变形的失效影响因素。通过建立压裂套管三维模拟的有限元模型,分析套管内压变化引起套管应力、位移的变化规律及形态,明确套管变形的大小以及与载荷变化的关系,并揭示套管变形的位置及影响因素的临界值。结果表明:压裂套管的造斜段最大变形、水平段应力集中现象较为严重,属于危险脆弱点;且套管最大应力、最大位移随内压的增加而近似成线性降低关系。