微分方程法对季冻区桥梁墩台内力计算分析

以Maple计算软件为平台,利用其求解微分方程组的强大功能,提出了一种对季冻区桥梁墩台进行内力计算的新方法。通过对切向冻胀力作用下的桥梁墩台进行受力分析,划分结构计算单元,建立各墩台的微分方程组表达式,并根据混凝土的收缩、徐变以及温度影响力作用下,整桥各墩台之间及墩台各计算单元之间协同变形确定方程组的边界条件,求解出桥梁各墩台在切向冻胀力作用下的弯矩、剪力与位移的函数解析式。通过与桥梁博士分析软件的计算结果相对比,验证了本方法可以作为季冻区桥梁墩台内力计算分析方法的一种有效补充,并在实际工程中应用推广。     

季冻区破碎围岩隧道冻胀力计算方法及工程应用

为了保障季冻区破碎围岩隧道的运营安全及使用年限,依托榆树川隧道冻害处治工程,采用理论分析、现场监测及数值模拟,对季冻区破碎围岩隧道冻胀力计算方法及隧道衬砌安全监测管理标准进行研究.基于冻融岩石圈冻胀模型和含水风化层冻胀模型,提出了季冻区破碎围岩马蹄形隧道冻胀力计算方法,并以衬砌最小安全系数素混凝土2.0、2.4、2.8和钢筋混凝土1.7、2.04、2.38为界限建立季冻区既有隧道衬砌安全监测管理标准.现场温度监测与数值模拟对比结果表明,根据现场围岩冻结深度进行的管理分级结果与根据数值模拟衬砌结构最小安全系数进行的管理分级结果一致.所提出的季冻区破碎围岩隧道冻胀力计算方法及既有隧道衬砌安全监测管理标准可应用于实际工程中,该研究成果可为季冻区破碎围岩隧道冻胀力计算、运营安全及冻害预防提供参考.     

季冻区隧道冻胀力影响因素交互性及敏感性正交试验分析

为探究影响季冻区隧道衬砌冻胀力各个因素的交互性及敏感性,依托承担冬奥会人员转运工作的延崇高速主线翠云山隧道,通过建立ANSYS数值模型,对冻胀率、冻融圈厚度、衬砌弹模等冻胀力影响因素进行了正交试验。研究结果表明：(1)考虑各个因素对冻胀力的影响时可只考虑其主效应。(2)融圈厚度、冻胀率、衬砌弹模、冻结围岩弹模以及未冻结围岩弹模均对冻胀力的影响较为显著;各因素敏感性排序为：冻结围岩弹模＞冻胀率＞未冻结围岩弹模＞冻融圈厚度＞衬砌弹模。(3)相比于原始参数,实验最优参数各部位冻胀力均有所减小且降幅均超过30%,最小降幅发生在拱顶为34.20%,并据此提出了控制冻胀力的措施,为河北地区季冻区隧道建设提供指导。??     

冬季冻区混凝土输水渠道冻胀特性的数值模拟

根据新疆玛纳斯河流域红山嘴四级电站引水渠道的气温观测资料以及衬砌渠道冻胀破坏特征,利用对流传热公式并采用有限元软件按稳态热分析计算温度场,对冬季输水混凝土衬砌渠道冻胀过程进行了数值模拟,研究了渠道在冬季输水状态下的土体冻胀变形规律。计算结果表明:冬季输水渠道渠坡板的法向冻胀力峰值要比冬季停水渠道渠坡板法向冻胀力峰值高,且距离水位面1/3~1/2以上的渠坡板处易发生冻胀破坏,而现有渠道设计中过水断面的形式和结构设计均未考虑冬季输水状态下渠道法向冻胀力与切向冻胀力与停水渠道受力之间的差异,以及破坏位置的上移,这是不符合实际的。     

聚合物涂层与沥青混凝土衬砌渠道冻胀模拟

为了研究青混凝土与柔性增强涂层材料两种防渗抗冻胀技术的有效性,采用有限元分析软件ADINA,对其进行温度场、变形场及应力场仿真分析,研究了衬砌板的冻胀变形及其法向冻胀力和切向冻胀力分布规律,并分析衬砌板的应力及破坏规律;通过与普通混凝土衬砌对比分析,指出采用沥青混凝土、柔性增强涂层材料等柔性防渗抗冻胀材料不仅能使衬砌板的冻胀量及冻胀力更加均匀,而且通过释放变形,可使其法向及切向冻胀力减小25%～46%,可有效控制衬砌渠道冻胀破坏.     

基于欧拉—柏努利梁模型求解简支梁桥振动测试中跳车高度的计算方法及工程应用

本文提出了一种计算钢筋混凝土简支梁桥跳车高度的理论方法。此方法把实验车辆简化为两个互不相关的质量块,基于欧拉—柏努利梁模型求解了桥梁各截面的动力响应解析解,利用求得的动力响应解析解求出桥梁各截面的内力响应解析解,并与设计荷载作用下引起的钢筋混凝土简支梁桥的内力值进行对照,保证对桥梁没有任何损坏的情况下,确定在钢筋混凝土简支梁桥上进行跳车试验时所允许最大跳车高度。最后结合工程实例计算了跳车高度,满足规定要求。     

平面杆系结构自由振动的一种解析解法

介绍了一种平面杆系结构自由振动的解析解法.即将计算无限自由度平面杆系结构的自振频率和主振型的广义特征值问题转换为典型的常微分方程边值问题,构造了一系列平凡ODE,建立了相应的常微分方程组,并利用常微分方程求解器COLSYS予以求解.该方法将一根杆件视为一个单元,直接求解其运动微分方程,是一种数值解析法,与有限元法相比,无需通过增加单元数提高计算精度,可精确求解平面杆系结构的任意阶自振频率和主振型.并利用该方法求解了一般约束、弹性支座以及变截面条件下的平面杆系结构无阻尼弯曲自由振动的任意阶自振频率和主振型,与精确解和现有软件相比,其计算结果表明,该方法的求解精度和效率较高.     

桥梁铅销橡胶支座减震效果的影响因素研究

建立了各墩台高度相等且与地基固结的连续梁桥模型,采用自主开发的"桥梁结构非线性地震反应分析程序",对影响公路连续梁桥铅销橡胶支座减震效果的因素进行了正交试验计算分析,并对计算结果进行了方差分析,证明了支座铅销面积和桥墩高度是影响减震效果的2个显著性因素;分析了支座铅销面积对减震效果的影响规律,结果表明,改变各墩台支座的铅销面积比可在一定限度内调节地震作用下位移与内力响应在各墩台之间的分配;计算了8°,9°设防烈度和Ⅰ,Ⅱ类场地土条件下不同桥墩高度时模型桥的最大减震率,给出了相应设防烈度和场地土条件下铅销橡胶支座能实现30%减震率的最大桥墩高度,提出了一个无量纲常数--界限常数,据此常数可以判断出一定设防烈度和场地土条件下连续梁桥是否可以采用铅销橡胶支座进行减震设计实现30%的减震率.     

单弹簧联结单元法的改进算法

单弹簧联结单元法是在实体单元与梁单元的切向设置单弹簧联结单元,模拟钢筋与混凝土切向的相互作用.其切向刚度是由钢筋与混凝土之间的粘结力与滑移量的关系确定,法向变形协调则通过建立法向自由度约束方程保证.在单弹簧联结单元法的基础上,提出了基于钢筋混凝土滑移关系全量曲线的非线性迭代解法,对单弹簧联结单元法进行了改进.在钢筋和混凝土之间直接引入粘结滑移本构关系,由钢筋和混凝土之间的全量滑移量直接求解相互作用力,不仅可以考虑本构关系曲线的下降段,而且受加载方式的影响较小,使得单弹簧联结单元法的求解速度和精度大大提高.     

斜风作用下季冻区隧道冻胀力分布规律及结构安全性评价

为分析不均匀冻胀荷载对季冻区隧道结构受力及安全性的影响,本文依托某新建铁路隧道工程,在凝练工程区气象特征的基础上,利用数值模拟手段分析了斜风作用下隧道温度场的分布特征,解析得到了支护结构的冻胀力荷载,在此基础上分析了支护结构的受力特征并开展了安全性评价。研究结果表明：斜风作用下隧道较小进深范围内迎风侧与背风侧温度场存在差异,进深10m处差异最为显著;未铺设保温层条件下迎风侧围岩冻结深度约为背风侧的1.8倍,铺设保温层后迎风侧围岩冻结深度减小了约80%,背风侧围岩冻结区基本消失;围岩冻结深度不一致导致冻胀力荷载不均匀分布,冻胀力荷载作用下支护结构迎风侧的应力、轴力、弯矩均明显高于背风侧;未铺设保温层条件下仅仰拱区域符合安全性要求,铺设保温层后各区域均满足要求,但迎风侧安全性明显低于背风侧。     

黏性土桩锚基坑冻胀模型试验及其响应分析

黏性土地区基坑的冻胀效应对于工程施工和支护方案设计影响至关重要.结合东北某基坑工程,现场取样,利用室内模型相似试验,得出了黏性土地区桩锚基坑冻胀的力学变形规律,以及冻土压力与位移的函数关系,在此基础上引入支护结构协调变形方程,应用有限差分原理,考虑桩土相互作用,得出冻胀桩锚基坑支护体系的计算结果.基坑冻胀实例表明,桩锚体系考虑冻胀力影响的基坑施加冻胀作用的计算方法,更接近工程监测实际情况,可以在类似工程中推广应用.     

冻融循环下含裂隙类岩石冻胀力的力学模型及实验研究

以水泥砂浆类岩石材料为研究对象,结合弹性力学、断裂力学和流体力学相关理论,推导出体积膨胀机制作用下多孔岩石冻胀力计算的理论模型,得出冻胀力和体积模量之间呈正相关的增长方式;对经过冻融循环的含裂隙试件进行单轴压缩实验,分析冻胀力对不同角度裂隙试件的影响,发现冻胀力对0°试件的峰值强度影响最明显,随着裂隙倾角的增加,冻胀力对裂隙试件的峰值强度的影响逐渐减弱。该研究为岩体裂隙中冻胀力的求解提供了一个确切的模型,并通过实验验证了冻胀力模型的可行性,为以后研究裂隙中冻胀力的大小提供了理论依据。     

整体式桥台无缝桥梁设计

利用平面杆系有限元程序--桥梁博士软件来分析整体式桥台无伸缩缝桥梁,计算其内力,并据此内力来估算上部和下部结构的配筋面积,进行整体式桥台无缝桥梁的设计.     

季节冻土区寒土土体温度场的计算模型

从能量的角度,用传热学的知识建立季节冻土区体内温度随气温变化的模型,从而可得到负温时期内任意时刻土体的冻结深度,实现对寒区土体冻胀情况的预报。     

土工袋防渠道冻胀水-热-力耦合数值模拟

根据水-热-力耦合计算模型,编制相应的有限元计算程序,并结合寒冷地区渠道工程进行数值计算,分析渠道建成后2 a内渠坡的温度场、水分场及位移的分布规律。计算结果表明:渠坡在冻融过程中表现出显著的冻胀、融沉变形特性,且冻胀和融沉变形不可逆;土工袋处理渠道对冻土渠坡具有较好的防冻胀效果,土工袋具有较小的导热性,可以有效减小渠坡内部土体温度受大气温度的影响,从而减小渠坡发生冻胀融沉变化的可能性;土工袋可以抑制毛细水和薄膜水的上升,可减小土工袋层及下部土体中的水分迁移,从而保持渠道内较为稳定的含水量,减小渠坡表层的冻胀量;土工袋具有一定的强度且在自身袋子张力作用下能够抑制部分冻胀变形,从而减小渠道衬砌体由冻胀引起的破坏。同时,渠道表层用土工袋处理后,渠坡内部温度可以较快达到稳定状态,运行2 a后可在地基2 m以下位置形成较为稳定的常年冻结层。     

季冻区高速铁路路基冻融变形特征研究

为研究季冻区高速铁路路基冻融病害及其变形特征,以兰新高速铁路K1934+190无砟轨道路基断面作为研究对象,在已有的水分迁移控制微分方程、瞬态温度场控制微分方程及土体单元应力-应变方程的基础之上,建立了无砟轨道路基受水分、温度及应力影响的数学计算模型,通过模拟和现场监测对比分析了自2019年10月初至2020年5月初路基的动态变化规律。结果表明,由于水分场、温度场对季冻区高速铁路路基的耦合作用,致使路基水分变化、温度变化及由此产生的温度场重分布、水分场重分布是导致路基发生冻胀融沉的关键因素,其变形在时间域上呈规律性变化,这一结论可为研究冻土地区高速铁路路基冻害治理提供参考。     

季节性冻土区路基土的冻胀特性分析

在季节性冻土区的路基工程中,冻胀、融沉和翻浆都会对道路产生较严重的破坏。根据2000—2002年间对吉林省长余高速公路路基冻胀观测所获得的资料,分别分析了温度、水分、土质、路基类型等因素对路基冻胀的影响。