双曲索网结构施工张拉成形数值模拟分析与试验验证

针对双曲索网结构独特的结构形式和复杂的施工方法,基于索结构非线性有限元理论提出了双曲索网结构张拉施工的数值计算方法,开发了施工过程分析软件.以国内首例双曲索网结构体系--中国航海博物馆双曲索网幕墙体系缩尺模型为例,对2种不同的张拉方案进行了数值模拟分析.并通过缩尺模型试验对索网结构的施工方案进行了张拉试验,模型试验验证了索网张拉完成以后的形态满足设计要求,试验结果证明了数值计算的可靠性和合理性,可以通过数值计算方法对实际结构的施工张拉进行仿真分析.通过对数值计算结果和试验结果的分析,提出了合理的施工张拉方案.     

弧形预应力混凝土屋面箱梁的施工监测研究

施工监测关系到工程结构的安全,而目前行业内关于建筑工程中弧形预应力混凝土箱梁的工程施工监测研究很少.结合某学生活动中心场馆的工程实际,为确保施工过程的安全,针对屋面结构中受力较大的异形箱梁构件,制定了专门的监测方案,进行施工全过程跟踪监测.采用有限元分析软件Midas Gen对该场馆"蝴蝶形"屋面结构的施工过程进行数值模拟,按照实际施工步骤,利用单元生死技术分析了屋面关键构件箱梁的应力和位移变化过程,并将实际监测数据与数值模拟结果进行对比.研究表明,实际监测结果与模拟结果吻合较好,证明该施工模拟方法的可行性;施工过程中箱梁的应力及位移在可控范围内,满足施工验收要求.该工作和研究成果对建筑工程中类似大型异形构件的设计和施工有重要的参考价值.     

青岛土岩复合地层地铁隧道初支结构参数

为了对青岛地区土岩复合地层地铁隧道初支结构参数进行研究,依托青岛地铁1号线隧道工程,结合正交试验设计方法,采用FLAC3D进行数值模拟,就施工方法、锚杆长度、初支刚度、初支厚度对隧道变形的影响程度、最优初支结构参数及锚杆受力进行了分析.通过现场实测与数值计算对比,验证了数值计算的正确性.结果表明:当隧道位于强风化花岗岩...     

大型复杂钢结构施工过程计算理论与应用

针对大跨屋盖的结构形式和滑移施工方法的特点,基于非线性有限元理论提出了空间结构滑移施工的数值计算方法,开发了大型复杂钢结构施工过程跟踪计算软件,可以考虑施工过程、施工荷载、边界约束、预张力等因素的影响,实现对结构施工全过程的跟踪模拟分析.通用有限元计算结果证明了该方法的准确性,国家体育馆钢结构屋盖滑移施工过程跟踪现场监测数据结果表明了该计算方法的可靠性与合理性,可为大跨空间结构施工提供参考依据.     

梅河高速公路隧道稳定性数值模拟

采用有限元方法对梅河高速公路代表性隧道--黄牛坳隧道LK74 613断面围岩的位移和稳定性进行结构计算;结合施工过程进行了LK74 613断面不同位置点的数值分析;动态模拟了该隧洞施工的全过程;对该公路隧道的围岩和支护结构的稳定性进行了合理的分析,为工程设计和施工过程提供了合理的参考.该研究对全线其它隧洞的设计和施工具有一定的参考作用.     

地下支护新型管幕结构横向刚度的等效方法与实例验证

地下支护新型管幕结构具有异型断面和复杂界面相互作用的特点,使得大型地下施工开挖数值模拟的开展较为困难.本文建立了地下支护新型管幕结构的数值计算模型,基于面积和刚度等效原理,将新型管幕结构管内和管间两部分简化为两种弹性材料,通过理论计算与数值模拟相结合的方法分别确定了两种材料的弹性模量.结合实际工况,根据上述横向刚度等效方法对沈阳某地铁车站采用新型管幕结合PBA工法施工工况进行数值建模,分析了土体和结构的力学响应规律.采用弹簧模拟管幕结构和土体相互作用,探究了原模型和其简化模型的结构受力和整体变形规律.研究结果表明:简化模型能够反映原模型中管间连接薄弱的特点,两种模型的受力分布和横纵向变形较为吻合且误差较小;同时两种模型弹簧变形所对应的土体压缩量占结构变形的比例相近,二者的偏差率在1.55%以内.研究结果可为新型管幕支护的大型开挖数值模拟分析提供依据.     

基坑开挖对桩锚支护结构的影响分析

结合工程实例分析了基坑分步开挖过程中桩锚支护结构的变形特征及其内力变化规律,对数值模拟结果和工程实例监测结果进行了对比分析.结果表明:基坑开挖后,主动土压力区地应力状态发生改变,支护桩产生的水平位移最大值随着开挖深度增加而下移;预应力锚索结构能有效的控制支护桩产生的水平位移;数值方法可以有效地为信息化施工提供依据,对指导基坑的安全施工有一定的作用.     

基于ANSYS的桥梁转体施工转盘数值分析

文章以张家口—唐山铁路遵化跨大同—秦皇岛铁路特大桥实际工程为案例,采用ANSYS有限元软件对桥梁上部钢筋混凝土T构挂篮施工期间和转体时底部转盘的受力进行了数值模拟分析,对ANSYS数值模拟过程中所涉及的单元类型选取、材料模型定义、荷载加载方式以及边界约束条件进行了全面的介绍,重点介绍了有限元模型的单元网格划分以及采用节点耦合技术对型钢混凝土结构进行数值模拟分析的方法,并与实际监测数据进行了对比,为该桥的转体施工过程提供了重要的理论依据,并确保了整个施工过程的安全可靠,同时也为桥梁转体施工的数值模拟技术研究和工程设计提供了参考。     

风环境对大体积混凝土桥塔施工水化热的影响分析

采用数值模拟结合现场监测的方法研究了复杂风环境对跨江、跨海大桥大体积混凝土桥塔施工水化热的影响.首先,提出了风环境下混凝土水化热的理论计算方法,并基于实际背景工程考虑风环境,对大体积混凝土桥塔施工过程中的水化热效应进行数值模拟;然后,利用现场实际监测数据,对模拟的准确性进行验证;最后,利用此数值模型,针对风特征及结构参数进行分析.分析结果表明:环境平均风速增大会使混凝土桥塔节段内的水化热温度极值降低,但其表面温度梯度增加,开裂可能性也相应增大;结构尺寸的增大会削弱风环境对混凝土水化热的影响,但由尺寸增大引起的刚度增加会导致水化热最大主拉应力明显增大,从而引起混凝土开裂;同一风环境下,桥塔截面形式的改变对浇筑过程中结构内部温度梯度、极值分布以及主应力大小影响明显.     

盾构快速穿越法超浅覆土及负覆土隧道施工预测分析

盾构快速穿越(ultra-rapid under pass, URUP)法隧道施工技术是一种盾构机从地表直接始发掘进, 最后在设定目标地点直接掘进到地表的新型施工方法. 以南京机场城轨URUP法隧道示范工程为背景, 利用三维非线性有限元方法(finit element method, FEM), 对URUP 法隧道施工过程进行了数值模拟. 预测分析了隧道施工过程中超浅覆土和负覆土区间的地表变形规律、施工影响范围以及最终沉降值. 分析结果与实测数据比较吻合, 说明了数值模拟的有效性和预测分析的可信性.     

压裂管柱内突扩两相湍流数值模拟

采用标准k-ε模型,对不同施工排量情况下,压裂管柱内突扩两相湍流进行数值模拟,得到了流线分布、速度分布和砂比分布.模拟结果表明,在压裂管柱内突扩结构处形成了分离流旋涡,并使管壁处砂的浓度增加,流体和局部富集的砂对管壁形成了一定角度的冲刷、磨损作用.随着施工排量的增加,冲刷部位逐渐下移,现场压裂施工后管柱冲刷磨损部位与数值模拟结果基本一致.     

深埋正交隧道零间距施工技术研究

以北京地下空间规划书中提出的"四纵二横"规划为研究对象,提出了一种近距离正交隧道施工方法:上下层隧道交叉重叠处零间距施工技术方法,并给出了这种工法的详细施作过程.采用数值模拟软件Midas-GTS,建立了该工法和普通近距离正交隧道施工方法的数值模型.通过综合对比分析,该工法在控制地表沉降及支护结构变形方面效果明显,对土体的损伤小,适宜北京及类似地质条件的城市推广使用.     

有限元模拟桩锚支护对邻近高架桥的影响

以郑州某近邻高架桥桥桩的深路堑工程为背景,采用Midas/GTS有限元软件对深路堑施工进行数值模拟,分析了深路堑施工过程对桩锚支护结构与邻近高架桥桥桩的影响,并与实际监测数据对比分析,论证了桩锚支护结构的实用可行性.     

服役桥梁整体顶升施工安全性仿真

整体顶升是服役桥梁改造工程领域的新兴技术.为确保桥梁整体顶升施工的安全性,以上海浦东大桥东引桥段为例,建立桥梁顶升过程仿真分析模型,对施工过程进行数值模拟.通过6种不利顶升工况,对桥梁的上部结构进行应力分析,结果表明,不均匀顶升使墩顶盖梁处与主梁横向联系产生较大附加应力,工况5是最不利情况,基本接近极限应力.数值模拟验证了顶升工程的安全性,并给出施工建议.     

高层钢结构施工过程时变模型理论与跟踪监测

针对混凝土的时变变形对钢管混凝土组合结构施工过程中结构受力的影响,基于CEB-FIP中的混凝土时变模型,提出了对钢管混凝土组合高层框架结构进行施工过程计算的时变模型,以考虑结构的施工顺序和诸如混凝土的收缩、徐变等时变效应的影响以反映此类结构的真实特性.通过某21层钢混组合高层框架结构的数值模拟与现场监测结果的对比表明:提出的分析模型能够真实反映结构复杂的施工过程及材料时变特征和结构几何非线性对结构性能的影响,数值模拟结果表明混凝土收缩和徐变引起的结构变形在高层结构设计中不容忽视.     

爆破损伤效应对浅埋隧道稳定性的影响

基于损伤效应,采用有限元软件建立隧道洞口段三维数值模型,并结合现场监测分析考虑与不考虑损伤范围两种情况下麻栗垭隧道洞口段稳定性与安全性.由爆破实验结果得出爆破损伤影响范围约为5.0m,通过与现场监测数据对比可知,考虑围岩损伤效应后数值模拟能更准确反映围岩应力、应变分布规律.经检验,工程支护体系具有足够的安全度.考虑损伤效应后的模拟结果与现场监测值更加符合,拱顶沉降和周边收敛误差分别减小了12.1%和32.8%,数值模拟误差明显降低.运用监控量测与数值模拟相互印证的方法可以更准确地分析隧道结构的稳定性,更好地指导施工,从而为麻栗垭隧道及类似地质下的隧道设计和施工提供理论依据.     

北京电视中心高层钢结构施工模拟分析

北京电视中心综合业务楼为钢框架支撑体系,采用"上挂下托"新工艺施工.本文使用ANSYS单元生死技术,对北京电视中心超高层钢结构的施工过程进行数值模拟分析.考虑了分层加载,结构刚度逐层修正,详细模拟计算了结构在施工中的应力变化过程,不仅为现场施工及监测提供指导,亦为类似工程设计及安全施工提供了参考依据.     

地下厂房施工开挖过程的三维数值仿真分析

采用三维非线性有限元方法对某电站地下厂房主洞室施工开挖过程进行数值模拟计算,数值仿真采用ANSYS软件,主要内容包括:施工开挖过程的数值模拟、有限元计算、位移分析、应力分析、屈服区分析和稳定性分析等.基于计算成果,研究地下厂房开挖过程中洞室围岩及岩锚吊车梁的变形状态、应力状态、屈服区分布以及整体稳定性,指出了在设计、施工中的注意事项,为后续施工提供参考.     

新型索网与钢管结构抗冲击性能数值模拟与实验

针对泥石流块石灾害频繁发生,提出了一种新型索网与钢管结构.通过固体球形块石冲击实验研究了该结构的冲击动力响应,对实验进行数值模拟,对比模拟与实际测试结果.通过数值模拟方法对结构进行参数分析,得到结构的破坏模式.结果表明,结构有3种破坏模式,冲击物的质量、冲击物的速度和冲击高度影响结构的抗冲击性能.     

基于薄层单元法的单桩挤土效应数值模拟

通常预制桩施工会产生挤土效应, 这会对周围环境产生不利影响. 根据某桩基工程施工的实际情况, 利用大型有限元分析软件Abaqus, 通过在桩土间增加薄层单元的方法对单桩施工的挤土效应进行了数值模拟. 薄层单元的厚度取0.08 m, 其力学性质参数介于桩和土之间. 模拟时, 薄层单元近土侧与土中节点进行位移耦合, 而近桩侧则采用摩尔-库伦(Mohr-Coulomb)定律来反映桩体和单元之间的接触关系. 通过数值模拟, 探讨了外部荷载作用下抗压桩的变化特点, 得到了桩顶的荷载与桩入土深度的关系曲线, 分析了打入桩施工的有效影响距离和有效影响深度, 对比研究了有限元数值模拟结果与圆孔扩张理论的解析计算结果. 数值模拟结果表明, 单桩施工的水平向有效影响范围大约为5 倍桩径, 竖直向约为2 倍桩长. 数值模拟结果和解析计算结果比较接近. 使用薄层单元法进行打桩挤土效应数值模拟, 符合桩基工程施工的实际情况, 反映了桩土接触面的变形机理与受力状态. 这对桩基工程设计和施工具有一定的参考价值.