钢箱梁斜拉桥索梁锚固区极限承载力分析

为了掌握索梁锚固区在索力作用下的应力分布和极限承载力，以青岛海湾大桥红岛通航孔斜拉桥为工程背景，应用等效板厚法近似模拟钢锚箱承压板与锚垫板之间的接触非线性问题；采用板壳单元和梁单元建立了索梁锚固结构的有限元模型，对索梁锚固区在最不利荷载组合作用下的受力性能进行了研究；并考虑几何非线性和材料非线性对锚固区及钢箱主梁进行极限承载力分析。结果表明：在最不利荷载组合作用下钢锚箱与主梁腹板的连接区域应力集中，超过了材料的屈服强度；索梁锚固区的极限承载力为设计荷载的3．07倍，有一定的安全储备。在上述分析的基础上，提出了改善索梁锚固区受力性能的构造措施。     

端板型钢管混凝土组合节点弯矩-转角关系模型

弯矩-转角关系组合节点的主要力学性能,反映了的转动能力、初始刚度和承载力,对结构的极限承载力、变形和整体性产生影响.参照EC3规范,结合半刚性钢管混凝土组合节点的性能,得出了单调荷载作用下组合节点弯矩-转角关系曲线模型,并且在此基础上得到了组合节点在循环荷载作用下弯矩-转角关系模型.     

桶形基础承载性能弹塑性有限元数值分析

确定桶形基础在竖向荷载、水平荷载和力矩等共同作用下的承载特性,建立复合加载模式下桶形基础的破坏包络面,并进而依此评价海洋平台基础及地基的稳定性是桶形基础设计与施工中的关键问题.采用位移控制法和Swipe试验加载方法,分别针对单个荷载和各种荷载组合方式,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,建立了桶形基础承载性能的计算模型,确定了桶形基础在单个荷载作用下的极限承载力与复合加载作用下的破坏包络面,利用极限平衡理论探讨了桶形基础在极限状态时的破坏机理,即桶形基础地基破坏形式或失稳模式.     

正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区抗弯性能分析

为探究正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区的抗弯性能，对3块正交异性钢-混凝土组合板进行了抗弯静载试验和非线性数值分析，研究了不同因素对混凝土负弯矩开裂荷载和组合板整体抗弯极限承载力的影响.结果表明：正交异性钢-混凝土组合板呈现典型的弯曲破坏形态；当钢纤维体积分数为1%时，钢-混凝土组合板开裂弯矩的提升率最大，但钢纤维体积分数的改变对整体抗弯极限承载力影响较小；正交异性钢-混凝土组合板的开裂弯矩与正交异性钢板强度无关，极限弯矩则随钢板强度的增加而增大；增加混凝土板厚能提高组合板开裂弯矩和极限弯矩，当混凝土板厚度与正交异性钢板高度比值为0.8时，开裂弯矩的提升率最大.     

法向承力锚极限抗拔力影响因素的二维有限元分析

法向承力锚(VLA)是一种新型深海工程系泊基础,锚板的极限抗拔力是反映其工作性能的主要指标.基于假设海底软黏土为符合Mises屈服准则的理想弹塑性材料以及锚板为一刚性体,采用大型有限元软件ABAQUS建立二维有限元模型,利用接触对模拟锚板与周围土体间的相互作用.从锚板粗糙程度、埋置深度、埋置角度、宽厚比以及荷载作用位置等多角度研究影响VLA极限抗拔力的因素及其影响规律.结果表明:当锚板埋深较小时,法向承载力系数随着锚板埋深和埋置角度增加而逐渐增大;当法向荷载作用在锚板形心处时其法向承载力系数大于法向荷载作用在非形心处时的法向承载力系数.     

压剪滑动型危岩失稳破坏准则研究

根据危岩的受力特点,建立了压剪滑动型危岩力学模型;分别求出了作用于危岩体上的重力、裂隙水压力(天然工况和暴雨工况)和地震荷载计算表达式。将作用在危岩上的荷载沿主控结构面法线和切线方向分解,得到法向力和切向力计算式;采用D-P破坏准则,建立了用主控结构面法向力和切向力表达的压剪滑动型危岩的失稳破坏准则。工程实例验证表明该准则具有一定合理性。     

压剪滑动型危岩失稳破坏准则研究

根据危岩的受力特点,建立了压剪滑动型危岩力学模型;分别求出了作用于危岩体上的重力、裂隙水压力（天然工况和暴雨工况）和地震荷载计算表达式。将作用在危岩上的荷载沿主控结构面法线和切线方向分解,得到法向力和切向力计算式;采用D-P破坏准则,建立了用主控结构面法向力和切向力表达的压剪滑动型危岩的失稳破坏准则。工程实例验证表明该准则具有一定合理性。
     

铝合金板式节点受弯承载力试验研究

从理论上提出了铝合金板式节点在面外弯矩作用下的抗弯承载力计算公式.进行了4个铝合金板式节点试件试验,其中3个试件只承受面外弯矩,一个试件同时承受面外弯矩和剪力,得到了板式节点的受力性能,归纳了板式节点在面外弯矩作用下和弯剪联合作用下的破坏模式主要为:杆件受弯破坏、节点板块状拉剪破坏和节点板的屈曲破坏.通过试验数据分析,得出了反应撬力对其极限承载力影响的折减系数k1的取值范围,并验证了承载力计算公式的准确性.针对4个板式节点试件的试验,采用ABAQUS有限元软件建立了有限元数值分析模型,分析了其极限承载力,补充和完善了试验研究.     

混凝土管片及其接头承载力特性数值模拟分析

为了分析混凝土管片及其接头的力学特性,采用有限元方法数值模拟完整混凝土管片及其接头的承载力特性。混凝土本构关系采用Rush建议的二次抛物线和水平直线组合模型。钢筋采用弹性-理想塑性本构模型。采用杆单元模拟混凝土管片内的纵筋和箍筋以及管片接头处螺栓。研究不同轴力与弯矩组合作用下混凝土管片极限承载力的变化规律,分析正负弯矩作用下混凝土管片接头的承载力特性。研究表明,混凝土管片的极限弯矩随轴力的增大而增加;在最大轴力时与无轴力管片承载力相对比,管片极限弯矩增加70%。通过对管片接头研究发现,管片接头的极限承载力只是管片的40%左右;接头的存在降低了混凝土管片的承载能力,管片接头的极限弯矩大小主要受接头螺栓强度和位置的影响。     

均布荷载作用下简支组合梁受力机理分析

为了揭示组合梁在均布荷载作用下的受力机理,考虑弯曲和滑移耦合变形,建立组合梁滑移受力机理模型.首先,以单跨简支组合梁为研究对象,探讨组合梁变形与滑移规律、横截面内力分布及结合部传力机理;然后,分析截面尺度、界面刚度与荷载加载面对组合梁受力机理的影响.结果表明：混凝土板抗剪和抗弯作用在房建组合梁中较明显,在桥梁组合梁中可忽略;随着界面刚度比的增加,简支组合梁的曲率、转角、挠度和滑移均减小;混凝土板和钢梁轴力同步增大,混凝土板剪力增大而钢梁剪力减小,混凝土板、钢梁弯矩减小而轴力力偶增大;结合部界面切向力增大而界面法向力基本不变;相较于按自质量分配荷载,均布荷载由混凝土板承担时界面压力增大,由钢梁承担时则界面受拉,应注意验算界面抗拉拔性能.     

黄土中联合板索基础的抗拔承载力变化规律及其影响因素

 假设黄土为符合Mohr-Coulomb 屈服准则的理想弹塑性材料且锚板为刚性体, 采用有限差分模拟软件FLAC^3D建立三维数值模型, 利用接触面单元分析联合板索基础锚板上拔过程中黄土变形破坏机理, 研究了锚板抗拔承载力的变化规律及其影响因素。结果表明, 锚板的抗拔承载力随着锚板埋置深度的增加呈现近似线性增大, 但当埋深超过临界深度时锚板抗拔承载力趋于定值;增大锚板面积能够提高总承载力, 但单位面积承载力会下降;相同面积条件下, 圆形锚板抗拔承载力最大, 方形锚板次之, 矩形锚板抗拔承载力随着长宽比的增大而逐渐减小;锚板抗拔承载力随土体抗剪强度的增大而增大, 提升地基土体的抗剪强度指标(特别是黏聚力), 能够有效提高联合板索基础的抗拔承载力。     

确定循环荷载作用下吸力锚承载力的塑性上限法

塑性上限分析法是计算静荷载作用下吸力锚极限承载力的一种方法,依据塑性上限分析原理,为了计算静荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的承载力,建议了一种基于塑性上限分析理论计算静荷载和循环荷载共同作用下软黏土中张紧式吸力锚循环承载力的方法.该方法首先假定在静荷载作用下吸力锚的破坏模式,并依据静力平衡原理计算静荷载在土体中产生的平均剪应力,然后依据循环强度与土体平均剪应力和循环破坏次数的相互关系确定相应的循环强度,将循环荷载对土体的作用转化成土体强度的变化,再假定吸力锚在循环荷载下的破坏模式与静荷载作用下其破坏模式一致,并依照塑性上限分析原理和土体的循环强度计算强度变化后的承载力.为了验证该方法的合理性,进行了1g条件下的吸力锚模型试验,并应用该方法对模型试验结果进行了预测,预测结果与试验结果吻合较好.     

全长黏结岩石抗浮锚杆承载性能现场试验

抗浮锚杆具有地层适应能力强、锚固力高、造价低、工期短等优点,具有广阔的工程应用前景.开展了4组13根岩石抗浮锚杆的极限抗拔承载试验,在1根试验锚杆上安装光纤光栅应变传感器进行应力测试,所有试验锚杆均加载至极限破坏状态,从荷载-锚固体顶面位移曲线、锚筋轴力分布、锚筋剪应力分布规律及界面黏结强度等方面进行了分析.结果表明,抗浮锚杆主要出现锚筋-锚固体界面剪切滑移破坏、锚固体-周围岩体界面剪切滑移破坏及锚筋拔断3种破坏形态.试验条件下,黏结长度为2.0 m的抗浮锚杆其极限抗拔承载力为240 kN,黏结长度不小于3.0 m的抗浮锚杆其极限抗拔承载力不低于320 kN,承载力高、变形小,能够满足抗浮要求.锚筋轴力自上而下逐渐衰减,锚筋在距锚固体顶面3.0 m以下范围内不受力,建议中风化花岗岩中抗浮锚杆的黏结长度设计值取3.5～4.0 m.锚筋剪应力沿深度呈先增大后减小的趋势,在距锚固体顶面0.45 m的位置达到峰值,约为2.7 MPa.锚筋-锚固体界面平均黏结强度为1.14～1.36 MPa,锚固体-岩土体界面平均黏结强度为0.28～0.37 MPa.     

装配式钢牛腿偏心受压力学性能试验与有限元分析

装配式钢牛腿,因其结构简单、安装方便、使用安全得到广泛肯定.针对一种新型装配式钢牛腿开展研究.考虑肋板厚度、偏心距、锚板类型,进行了4个不同形式的装配式钢牛腿的偏心受压力学试验.测定了钢牛腿节点的荷载-变形曲线、应力分布状态、极限强度,观测其破坏形式,建立了有限元模型,分析研究了荷载-变形关系和节点弯矩-转角关系.结果 表明:钢牛腿节点呈现出半刚性节点特征.牛腿有两种破坏形式,当锚板无支撑保护时,锚板在牛腿还未达到极限承载力时先屈曲破坏;当锚板有支撑保护时,牛腿的极限承载力取决于螺栓的抗剪强度.从应力分布上对比发现,结构刚度突变处应力集中.连接处的焊缝质量和螺栓的材质是受力的关键,改善它们将极大地提高节点的承载能力.钢牛腿肋板厚度越大,极限承载力越大;偏心距越小,极限承载力越大.节点的初始刚度随肋板的加厚小幅增加,偏心距对节点初始转动刚度影响效果不明显,侧板与锚板安装间隙过大会降低节点刚度,应尽可能减少制作误差.     

深埋排水盾构隧道接头铸铁件力学性能试验

为研究适用于深埋排水盾构隧道的高刚性管片接头铸铁件,对2种型式的高刚性盾构管片接头开展了正弯矩试验,分析了不同型式铸铁件的力学性能及高刚性接头的破坏模式.研究表明,高刚性接头在正弯矩承载时的破坏模式与大偏压受力截面类似,首先螺栓或铸铁件屈服,随后受压区混凝土压碎、接头破坏.若接头铸铁件刚度充足,接头破坏时铸铁件无变形、螺栓屈服,接头承载力较高,且铸铁件锚筋全部受拉,锚筋的锚固作用得以充分发挥;若接头铸铁件刚度不足,接头破坏时铸铁件变形5mm、螺栓未屈服,接头承载力较低,且铸铁件锚筋部分受拉、部分受压,锚筋的锚固作用未能充分发挥.     

水平—竖向耦合荷载下单桩承载性状数值分析

为了研究单桩基础在水平—竖向耦合荷载下的承载性状,以工程实例为基础,通过数值计算的手段建立了均质海相软黏土层中单桩受耦合荷载的计算模型,研究均质土层中竖向与水平耦合荷载作用下单桩的承载力、变形特点。结果表明：当施加的水平力未超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力无影响;当施加的水平力超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力有着不利的影响;水平力的施加延缓了竖向抗拔承载力破坏点的出现,且随着施加的水平力的增大,抗拔极限破坏点出现得越晚,水平力的施加提高了单桩抗拔承载力;预先施加竖向力会减小水平力产生的桩顶水平位移,提高单桩水平承载力;且存在一个最优的竖向荷载,使得桩顶水平位移最小,桩身弯矩最小。     

钢筋抗浮锚杆承载特性现场试验与数值仿真

通过现场试验以及ABAQUS数值模拟相结合的方法,探讨了风化岩地基中全长黏结钢筋抗浮锚杆的承载性能和荷载传递特征。结果表明:风化岩地基中的抗浮锚杆承载力高,上拔量小,能够满足工程需求。锚杆杆体荷载-位移曲线、剪应力、轴应力分布规律的模拟结果与现场试验结果具有较高的吻合度,说明用ABAQUS软件模拟钢筋抗浮锚杆的承载特性是可行的,具有较强的适用性;同时,还得到了现场试验较难得到的锚固砂浆和周围岩土体的应力分布规律,明确了钢筋抗浮锚杆受荷后的影响范围和锚固体的力学特性,弥补了现场试验的不足。     

MY准则解线性和均布载荷下简支圆板的极限载荷

用平均屈服(MY)准则,对受线性和均布载荷共同作用下的简支圆板进行塑性极限分析,求得了2种载荷形式下极限载荷的解析解.两解析解均为圆板半径a,切向应力最大点半径r0以及极限弯矩的函数.第一种形式的计算结果与Tresca,Mises和TSS屈服准则预测的极限载荷比较表明,Tresca屈服准则预测极限载荷的下限,TSS屈服准则预测极限载荷的上限,MY准则预测的极限载荷居二者中间,并靠近Mises解.另外还讨论了圆板半径对切向应力最大点半径的影响规律.     

纯剪切横向密加筋板的加筋弯曲刚度门槛值

针对由横向密加筋板组成的散货船舷侧板承担着较大的面内剪切载荷,而散货船共同结构规范中加筋弯曲刚度设计考虑的是舷外水压力,并没有考虑剪切载荷的问题,研究在剪切载荷作用下横向密加筋板的加筋弯曲刚度门槛值.通过改变加筋的高度,可以改变加筋弯曲刚度,从而使加筋板的剪切屈曲强度和极限强度也随之变化.根据加筋板的纯剪切弹性屈曲强度和极限强度等于材料的剪切屈服极限,找出2种加筋弯曲刚度的门槛值,并把这2种加筋弯曲刚度值与AASHTO规范所得值进行对比分析.结果表明,应由剪切极限强度分析来确定横向密加筋板的无量纲加筋弯曲刚度门槛值.     

预制CFRP筋增强条加固素石板受弯性能有限元分析

为研究预制碳纤维增强复合材料(CFRP)筋增强条加固石板受弯承载力的影响机理,并基于理论提出加固石板的受弯承载力计算公式,采用有限元程序对预制CFRP筋增强条加固石板受弯性能进行非线性数值模拟.在验证有限元模型可靠性的基础上,进一步开展参数分析,研究CFRP筋直径及配筋率、增强条宽度及厚度对预制CFRP筋增强条加固石板受弯承载力的影响规律.模拟结果表明:加固石板的极限承载力随CFRP筋配筋率的增大而增大,对开裂荷载的影响较小;开裂荷载随增强条宽度及厚度的增大而增大,对极限承载力的影响较小;有限元模型能模拟构件的开裂及破坏形态,且提出的计算公式能预测构件的开裂弯矩和极限弯矩.