钢筋混凝土管片极限承载力计算模型及数值模拟分析

钢筋混凝土管片是地铁开挖支护中常见的支护构件,其受力性能决定了工程质量优劣及工程安全稳定性,故研究其在极限状态下的破坏模式尤为重要.基于钢筋混凝土管片常见的4种破坏模式,以天津地铁6号线为例,分析其在4种不同轴力下的破坏形态,同时用数值模拟进行了验证.结果表明：本案例模型符合模式4的破坏形态,即混凝土达到极限状态,受拉钢筋达到屈服状态,且混凝土先达到极限强度,而受拉钢筋未达到极限应变;对比模式4和用MIDAS数值模拟计算的受压区钢筋应力、受拉区钢筋应变以及弯矩,发现数值模拟计算值要稍低于计算模型计算值,但整体变化规律一致,即随着轴力的增加,其均成线性增加,且在4种轴力下,最大偏差均不超过10%.     

盾构隧道管片弯矩分布特性数值模拟分析

为了研究盾构隧道衬砌内力分布规律,对盾构隧道设计中常用的三种衬砌内力计算方法进行了归纳和分析。基于土力学理论土压力的计算方法,提出了计算管片内力分布新的荷载-结构模型。以沈阳地铁盾构隧道为例,比较分析了惯用法、有限元法以及荷载-结构计算方法的区别。计算结果表明,不同的计算方法得到的弯矩分布特性存在一定的差异。采用有限元数值模拟方法,分析了土体泊松比对盾构隧道管片弯矩的影响。研究表明,随着土体泊松比的增加,管片最大弯矩值减小。     

混凝土软化特性的数值模拟

采用微裂纹区分段线性应变软化律，并考虑由微裂纹演化而造成的弹性刚度劣化对裂缝扩展的影响，在给定σ－ω软化律的基础上，用应变增量迭代法，数值模拟了混凝土三点弯曲梁的Ｐ－△全曲线。     

脱空钢管混凝土拱桥极限承载力数值分析

钢管混凝土拱桥在我国的应用越来越多,但拱肋中混凝土由于浇筑和收缩徐变导致的脱空问题在钢管混凝土拱桥中也越来越突出.这些脱空问题对既有拱桥的极限承载力是有害的,但结构承载能力是否降低及降低多少则少有研究.文章对该问题进行了深入的研究,得出了对既有钢管混凝土拱桥的评价和加固有益的指导性结论.     

发动机进气门流场数值模拟及其阻尼特性分析

用任意拉格朗日-欧拉（ALE）计算方法对发动机进气门附近的气体流动进行数值模拟研究;针对两种典型结构的进气门,在对气体流动进行数值模拟及阻尼特性进行分析的基础上,分别给出局部阻力因数与气门开度及初始条件的关系曲线,计算结果表明：圆角气门对流动有整流作用,并使气流阻力变小;而直角气门产生的涡流较强,能量损失大;故直角气门的局部损失因数较圆角气门的局部损失因数大得多,计算结果与传统设计基本吻合,从而为发动机进气道及气门的气动设计提供了新方法。     

矿产品价格的行为特性及其数值模拟分析

矿产品的价格受到多方面因素的影响,表现为一定的波动性,因而具有一定的不确定性。矿产品价格的不确定性给矿业投资评价带来一定的困难。应用随机过程理论对矿产品价格的运行模式及其随机特性进行了研究,建立了矿产品的短期价格和长期均衡价格的模拟路径。应用蒙特卡洛模拟方法和MATLAB的编程技术,对矿产品的短期运行形态和长期运行形态进行模拟分析。为矿产品价格的预测研究提供一种有效的方法。     

斜坡地基承载力及其影响因素的数值模拟研究

本文从数值仿真的方法入手,利用有限差分软件FLAC3D,研究了斜坡地基极限承载力的数值模拟计算方法,并分析影响斜坡地基极限承载力的因素。最后研究了极限平衡状态下滑动面的形态。结果表明,数值模拟方法克服了传统方法无法考虑土体内部应力应变关系的缺陷,可较为真实地反映斜坡内的变形、破坏过程。埋深、临坡距和地基条件与极限承载成正比关系。但埋深对极限承载力的影响不甚明显。斜坡地基极限承载力与滑动面形态及岩土体强度相关。     

混凝土堆石坝面板变形特性的有限元数值模拟

根据蒲石河凝土面板堆石坝的实际情况建立三维简化模型,运用大型有限元计算分析软件ANSYS进行三维非线性有限元计算,分析了面板堆石坝的应力应变特点.模拟了在不同蓄水位条件下,混凝土面板垂直缝和周边缝的变形过程.建立了混凝土面板和堆石体之间、混凝土面板与面板之间、混凝土面板与趾板之间的接触模型,采用ANSYS提供的接触单元模拟.数值模拟结果表明:在靠近河谷附近,垂直缝为闭合状态;在靠近岸坡附近,垂直缝为张开状态,其最大开度为2 mm,周边缝在河谷附近开度最大,往两岸逐渐减小,最大开度为17.9 mm.有限元数值模拟结果为堆石体施工期变形预留和周边缝、垂直缝的接缝材料选取提供了理论依据.     

盾构隧道装配式管片接头三维有限元分析

根据Saenz公式将混凝土本构模型简化为双折线线性强化弹塑性模型，推导了混凝土弹塑性参数的计算公式．应用大型结构分析有限元软件Alogr对装配式管片接头进行三维线弹性和弹塑性有限元分析，得到了混凝土应变、接头位移、接缝转角、螺栓拉力等计算结果，并将有限元计算结果与接头荷载试验测试结果进行了对比．研究表明，有限元计算值与试验值两者的变化规律是一致的，计算结果在反映结构应力／应变分布规律方面有重要参考作用．     

混凝土的细观损伤理论及其数值模拟

本文建立了拉伸荷载作用下混凝土的二维细观损伤的本构理论，采用有效场方法考虑混凝土的裂纹相互作用，分析了混凝土随外加应力场的损伤演化过程，求出了损伤柔度张量的表达式，在此基础上对混凝土的细观损伤特性进行了数值模拟．由于微裂纹的扩展和裂纹之间的相互作用，混凝土的柔度表现为非对称的和各向异性的。数值分析表明，本文模型的计算结果介于Ｔａｙｌｏｒ方法和自恰方法之间，与实验结果具有较好的一致性，尤其是当裂纹密度较大时，本文的结果能更好地模拟实验结果。因此，当裂纹密度较大时，必须考虑裂纹的相互作用。     

混凝土管片接头有效弯曲刚度比的解析计算模型

混凝土管片及其径向接头的横向弯曲刚度直接影响到管片衬砌的弯矩分布。当混凝土管片的混凝土强度等级、主筋面积和接头连接螺栓的面积已知时,建立了混凝土管片和接头的极限弯矩计算模型。基于混凝土梁弯曲时截面变形假定,解析推导得到管片和接头的极限曲率表达式。分别定义了混凝土管片和接头的有效弯曲刚度及其弯曲刚度比,提出了混凝土管片接头有效弯曲刚度比的解析计算模型。分别参考北京地铁4#、东莞至惠州城际轨道交通工程某穿越东江水下隧道和上海地铁13#线隧道的工程参数,计算管片接头有效弯曲刚度和管片弯曲刚度的比值并进行对比。研究表明,管片接头有效弯曲刚度和管片弯曲刚度比在9%到11%之间,管片接头在衬砌中可以近似简化为铰接形式来进行内力计算。利用ANSYS软件建立等刚度管片环与铰接管片环模型,对比结果显示管片接头的存在使管片最大弯矩减小,弯矩分布发生很大变化。利用等刚度模型和铰接模型进行的内力计算可指导管片配筋,为工程提供参考。     

钢筋混凝土装配式管片接头模型的计算分析

通过对装配式管片衬砌接头的力学研究,推导出接缝受力关系的非线性方程组,并通过程序的调试,得出该方程的近似最优解。并对试验值和理论值进行比较,两者较为吻合。     

混凝土冻融过程数值模拟与分析

为实现混凝土冻融过程数值模拟,以热力学和孔隙弹性力学为基础,在已有数值模型的基础上,发展建立了一套混凝土冻融过程的控制方程,并应用有限元软件ComsolMultiphysics对4个模型进行了模拟,预测出饱和砂浆试件受冻过程中的变形、孔隙压力及温度分布。计算值与实验值吻合较好,说明了文中提出的数值模拟方法的合理性。由计算结果可知:尺寸为100 mm×100 mm×300 mm、水灰质量比分别为0.4和0.6的试件,受冻过程中表面竖向应变最大达9.00×10-4和4.60×10-4,试件中心面处孔隙水压力最大达72 MPa和113 MPa。     

钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟

钢管混凝土短柱是研究钢管混凝土最基本的构件,研究钢管混凝土短柱有助于了解钢管混凝土的力学性能,为研究其他构件提供了一个基础。对钢管混凝土短柱的力学性能进行了分析,归纳总结了短住轴压承载力理论计算公式,并采用有限元软件ABAQUS对不同壁厚钢管混凝土短柱进行轴心受压模拟。总结得出,随着壁厚的增加,钢管混凝土短柱的极限承载能力逐步提高,二者之间符合线性关系。将数值模拟软件计算求得不同壁厚短柱极限承载力与理论公式计算得出的值做出对比分析,校核发现两者较为接近,说明数值模拟计算效果良好。最后,总结分析位移荷载曲线,提出钢管混凝土短柱塑性破坏角概念。随着钢管壁厚的增加,短柱塑性变形能力提高,塑性破坏角变大,当壁厚达到11.185 1 mm时,短柱发生理想塑性变形。     

现浇管廊接头力学行为数值模拟与分析研究

承插式管廊接头是地下综合管廊接头的常用结构形式,其受力性能及破坏形式对工程设计和施工至关重要.利用非线性有限元软件ABAQUS建立土-地下综合管廊结构数值模型.将管廊划分实体单元,提取接头处结点的变形量及应力值,研究管廊及管廊周围土体的应力分布和变形规律,最后通过计算得出管廊接头处的延性系数及开裂荷载.通过数值模拟和理论计算分析得出管廊接头处存在的安全隐患及其潜在破坏模式,为解决接头处的防水问题和不均匀沉降问题提供理论参考.     

通用管片接头荷载试验研究

隧道衬砌圆环接头对管片的整体刚度、强度和防水等起着控制作用,同时也是管片整体结构的薄弱处.采用直接头形式对衬砌接头进行正、负弯矩荷载试验,得到隧道管片通缝和错缝拼装情况下接头的抗弯性能M-θ曲线、接头转角及张开量等,研究通用管片接头的抗弯能力和刚度系数,验证了设计的可靠性.     

二级配骨料随机分布混凝土动态特性数值模拟

混凝土是民用、工业、安全防护等建筑中最常用的材料之一,具有抗压强度高、工艺简单、抗腐蚀性好、抗耐性优良等特点。在使用过程中,不仅要承受准静态荷载作用,还需考虑爆炸、冲击等动载荷的作用,因此有必要进行混凝土动态特性研究。利用ANSYS/LS-DYNA软件,对粗骨料粒径和体积含量不同二级配混凝土动态特性进行模拟,分析粗骨料粒径和体积含量对二级配混凝土动态特性影响规律。研究表明:随着粗骨料最大粒径的增加,二级配混凝土峰值应力呈下降趋势;随着粗骨料中间粒径和体积含量增大,二级配混凝土峰值应力均呈现先增大后减少趋势。     

桩承载力反向自平衡试桩法数值模拟分析

为推动反向自平衡试桩法在实践中的应用,采用有限元分析方法对反向自平衡试桩法进行了数值模拟分析。以管桩为例,运用ABAQUS有限元软件建立反向自平衡试桩法数值模型,分别采用位移控制法和荷载控制法进行桩身和桩顶加载模拟,得到了基桩抗压极限承载力,进行了桩身轴力和桩侧摩阻力分析;对建立的数值模型进行了位移控制法下的静载试验模拟,并与反向自平衡试桩法模拟得到的极限承载力进行了对比分析。模拟结果表明,反向自平衡试桩法确定的基桩极限承载力与静载试桩法结果较为接近,不需要进行正、负摩阻力转换,但也存在平衡点位置的确定问题。     

镀锌钢带加强的木-混凝土组合梁的承载力性能及其数值分析

对两个采用镀锌钢带加强的木-混凝土组合梁试件进行了试验,分析了其力学性能和受弯破坏形态,得到了跨中荷载-位移曲线及组合梁沿截面高度的纵向应变分布.结果表明,两个组合梁试体在木肋与混凝土板之间和木肋与钢带之间,其界面都发生了滑移,但影响较小;钢带最终屈服和组合梁受力性能有所改善.通过数值分析得出,当极限荷载时加钢带的木-混凝土组合梁的位移值减小截面中和轴有所下降.