车辆移动荷载下地下车库响应分析

结合实际工程案例利用ABAQUS有限元软件建立了移动车辆荷载作用下地下车库结构考虑实际配筋和混凝土损伤塑性模型的三维有限元模型,并将车辆移动荷载等效为移动的静力荷载作用于结构板面上,对结构的板、梁在荷载作用下裂缝发生发展的变化规律进行了研究。分析结果表明：移动车辆荷载在行驶速度缓慢时,整个加载于结构上的车辆荷载相当于多个静荷载作用于轮胎和结构的接触面上,车辆荷载的移动通过在加载平面内矢量运动控制;车辆前轮和后轮的作用远大于中间轮胎的作用;从模型分析结合梁、板实际裂缝图可以看出荷载是造成框架结构产生裂缝的主要原因,且为实际工程裂缝发生的机理以及发生的位置提供了可靠地理论依据,对后期的结构检测、评估以及加固具有较好的工程指导意义。     

独柱墩桥梁上部结构抗倾覆稳定性分析

独柱墩桥梁有施工方便、结构轻巧、占地量小的优点,也有抗扭能力弱、偏心荷载作用下倾覆问题突出的缺点,以某曲线独柱墩梁桥为依托工程,提出了4类独柱墩桥梁破坏形式;将车道荷载、车辆荷载、车队行车荷载和车队停车荷载做为4个加载工况,以有限元模拟软件为工具,求解了结构自重及二期恒载作用下以及最不利荷载作用下的桥墩各支座反力,得出桥梁上部结构在荷载作用下发生扭转变形,支座所受的力在次边墩最大;计算了依托工程在四种工况下的箱梁抗倾覆稳定系数,为今后独柱墩桥梁的抗倾覆稳定性验算提供参考。     

车辆荷载影响下深基坑开挖稳定性分析

为分析车辆荷载对深基坑开挖稳定性的影响,文章将车辆荷载分别等效为集中静荷载和均布条形荷载;以实际工程为例,使用Midas/GTS软件,分别建立集中静荷载、均布条形荷载及无车辆荷载作用下的深基坑开挖有限元模型,计算并分析该基坑的锚索应力、桩顶水平位移、基坑外地面沉降值,并与实际监测数据进行对比。分析结果表明:车辆荷载对深基坑开挖的稳定性是有一定影响的;基坑周边支护结构距离车辆荷载越近,支护结构的内力及水平位移受车辆荷载影响越大;将车辆荷载等效为集中静荷载,数值模拟结果与监测数据符合较好。文中分析结果可为类似基坑工程中考虑车辆荷载的影响提供参考。     

横观各向同性刚性路面体系静动力分析

针对具有横观各向同性性质弹性板和地基土构建的路面结构体系,使用有限元-无限元耦合方法,编制相应的Matlab程序,分别对该体系在均布荷载和移动荷载作用下进行了静动力响应分析。研究结果表明:通过模拟该体系在均布静载下的地基沉降数值计算,在利用有限元-无限元耦合方法解决板与地基构建的路面结构体系的基础上,对板与地基引入横观各向同性理论可以满足计算精度要求,并使计算模型更接近实际情况,计算结果也更具有实际指导意义;同时通过模拟车辆移动荷载,对路面结构体系进行动力响应分析,对比是否考虑横观各向同性体的2种理论模型的计算结果,给出了该结构体系的位移最大值和加速度最大值的变化规律,为工程设计提供了一种经济有效的理论指导。     

钢筋混凝土三维多向固定裂缝本构模型

为了研究钢筋混凝土结构在复杂荷载作用下裂缝间存在的交互作用,用三维数值分析方法模拟了裂缝交叉特性.采用有限元中弥散裂缝概念,建立了三维多向固定裂缝模型.进行了本构关系检验和试验验证.结果表明:该模型能够分析钢筋混凝土结构多向裂缝问题.通过正六边形截面梁构件变换加载面和加载方式试验,研究分析了裂缝空间交叉的相互影响作用.将三维多向固定裂缝模型应用于上述试验的结果表明:该模型能够较好地分析钢筋混凝土结构三维多向开裂及裂缝交叉扩展过程.     

剪切荷载下板式无砟轨道界面黏结破坏机理

为了获得剪切荷载作用下板式无砟轨道界面黏结破坏过程特征,构建了无砟轨道界面三维有限元模型,采用界面单元模拟了轨道板与砂浆层间界面非线性黏结力-位移关系,分析了多种剪切荷载模式下界面应力、界面黏结承载力、界面破坏区域分布的变化规律.研究结果表明:轨道板与砂浆层界面剪应力纵向分布在轨道板板端加载位置处最大,并逐渐向内衰减;随着荷载的增大,板端处界面剪应力最先超过界面黏结力强度,界面裂缝在该处萌生,并逐步向轨道板内部扩展;双侧加载时界面黏结承载力为264.9kN,大于单侧加载时的209.8kN,但单侧加载时界面裂缝扩展范围更大,使得其承载力能在一定的位移范围内稳定在一定值;随着荷载的增大,界面分段逐步丧失黏结力.     

移动车辆荷载作用下梁体裂缝扩展规律

为了研究移动车辆荷载作用下开裂梁体的裂缝扩展规律,提出了一种基于相互作用积分法与车桥耦合振动分析相结合的裂缝尖端三维动态应力强度因子求解方法.同时,基于复合裂缝的临界断裂曲线提出了评估动力作用下弯剪裂缝扩展性能的参数λ.采用数值模拟方法分析了路面等级、车重、车速、梁体损伤程度和裂缝角度对移动荷载作用下裂缝扩展性能的影响.结果表明:车辆荷载增加、路面等级退化和梁体损伤程度增大均会导致裂缝扩展性能参数变大,其中车辆荷载作用最为明显,车辆行驶速度及裂缝角度对其影响不大;车辆荷载的冲击作用会加大裂缝扩展的风险,车辆荷载较轻和路面退化严重时,其对裂缝扩展性能的动力放大作用非常明显;车辆荷载和梁体损伤程度对裂缝扩展性能参数的耦合作用表现出非线性,随着车辆荷载的增大和梁体损伤程度的增加,裂缝扩展的风险加速增大.     

基于刚度等效的钢波纹板-减压板力学特性研究

为探索钢波纹板-减压板的分析方法与力学特性,以一座设置了减压板的钢波纹板小桥为数值算例,通过刚度等效的方法建立了数值模型,验证了模型的合理性.在此基础上分析了车辆荷载作用下减压板的力学特性.结果表明:设置减压板并不能有效降低钢波纹板结构在恒载作用下产生的内力,反而使结构内力更大;减压板能够有效降低车辆荷载对结构产生的弯矩,比未设置减压板的钢波纹板结构弯矩降低50%以上,但对结构所受轴力的影响不大;最不利的车辆荷载布置为最大轴重作用于拱顶,使钢波纹板产生最大弯矩,设计分析时应加以考虑.     

预制板式无砟轨道界面脱层失效的数值模拟

将温度荷载简化为轨道板内的剪切荷载,分析了无砟轨道结构的层间界面破坏形式与粘结机理;基于黏聚力本构模型与水泥乳化沥青砂浆界面粘结力实验结果,建立预制板式无砟轨道结构界面有限元模型,研究剪切荷载作用下无砟轨道界面应力、界面粘结承载力、界面相对位移以及界面裂缝的演化规律.结果表明:界面剪应力与正应力纵向分布不均匀,在轨道板端部最大,且界面正应力使轨道板在端部竖向受拉;剪切荷载作用下,界面剪应力超过最大粘结强度,造成界面逐段破坏,界面最大粘结承载力为264.8 k N;轨道板相对于砂浆充填层的纵向位移随剪切荷载的增大而持续增大,最终界面出现纵向裂缝,而其竖向张开位移在界面纵向裂缝出现后反而逐渐闭合,界面发生剪切破坏导致无砟轨道结构脱层失效.     

循环荷载作用下预应力混凝土U型梁纵向裂缝试验研究

为了研究预应力钢筋混凝土U型梁行车道板处纵向裂缝对结构安全的影响,选择实际工程项目中标准梁段的一个节段进行循环加载试验.通过对试验梁节段进行1 000万次的循环加载,分析了预应力混凝土U型梁行车道板纵向裂缝的发展及变化规律,并通过一定重复荷载作用后的静力试验研究了裂缝发展对结构安全的影响.结果表明,在整个循环加载过程中,结构位移、混凝土和钢筋的应变及行车道板的纵向裂缝均随着荷载循环次数的增加而增加,且前300万次循环加载变化较大,后期逐渐趋于平稳;钢筋的应力幅值较低,不会产生疲劳破坏;U型梁行车道板的寿命主要受纵向裂缝控制.     

不同板中配筋形式下板柱结构的连续倒塌性能

在爆炸、冲击等偶然荷载作用下,钢筋混凝土(RC)板柱结构中承重柱失效可能导致结构发生局部或整体连续倒塌破坏.为了研究板中配筋形式对RC板柱结构抗连续倒塌性能的影响,制作了2个1/3比例的板柱子结构模型,通过单调静力加载试验研究了角柱缺失条件下结构的连续倒塌性能.试验研究表明:在混凝土板内配置连续上层钢筋可以有效减小板上裂缝的宽度;与板中采用非连续上层配筋的试件相比,采用连续配筋试件的屈服荷载、第一个峰值荷载和极限承载力分别提高了38.4%、31.8%和7.5%,在动力荷载作用下试件的抗倒塌能力也得到了明显提高;板中拉膜效应对于塑性铰线机制失效后结构的抗倒塌承载力贡献显著.     

沿江堤路新老路基裂缝扩展微观机理

针对堤防路基改扩建工程中新老路基不均匀沉降和拼接处沥青层断裂等实际工程难题,通过建立新老路基结合处离散元模型,进行拓宽路基变形不协调和路面沥青层裂缝模拟,从细观角度分析了交通荷载、不同加载部位下新老路基拼接处不均匀沉降,以及各因素作用下路面沥青纵向裂缝的形成机理,并探讨了沥青层的变形破坏模式及平行黏结的断裂程度.结果表明:该离散元模型可以很好地模拟实际新老路基拼接处不均匀沉降;在交通荷载和沉降速度相同的情况下,加载部位置于新老路基交界处时,沥青路面纵向裂缝发展得更明显;在路基沉降速度和荷载作用部位相同的情况下,荷载越大,路面竖向沉降越大,沥青路面纵向裂缝发展得更明显.该离散元数值模拟研究成果为非刚性基层沥青路面的微观力学行为研究提供了一种辅助手段,弥补了室内试验可视化的不足,丰富了路基变形协调和沥青路面裂缝研究.     

超载车辆作用对钢桁架梁式悬索桥的影响

针对钢桁架粱式悬索桥工程实例,通过Midas/Civil建立模型计算,运用子空间迭代法得出该桥型的动力特征;再以不同的荷载工况分析主缆和吊索的位移时程曲线及各杆件的内力变化.结果表明:车辆荷载作用下桥跨发生最大位移的部位在1/4跨处;当车辆单侧行驶时,较小荷载引起主缆两侧位移变化不大;随着车辆荷载的增大,未加载侧主缆位移变化明显小于加载侧主缆位移变化;桥梁端部吊杆与桥塔间距大于标准吊杆间距,车辆荷载作用下端部吊杆应力较大;桥梁最不利位置在端部支座位置处以及跨中位置,应重点监测桥梁端部吊杆及钢桁架下弦杆的应力变化,防止由此引起的重大事故发生.     

基于损伤理论的混凝土裂缝扩展研究

采用Loland损伤模型,推导了Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝尖端区域的损伤断裂区域方程,得到各损伤区形状及范围;并提出了基于缝端损伤区域的裂缝发展的双D损伤判据和双R损伤半径判据;利用有限元软件建立并模拟Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝在起裂荷载以及失稳荷载作用下损伤区域,将有限元计算结果与理论结果进行对比分析,以验证本文方法的合理性;将损伤区理论应用于工程实例中,计算出带裂缝重力坝的起裂损伤区以及失稳损伤区,分析了坝体裂缝在相应荷载作用下的安全性.     

车辆随机及移动荷载作用下路面动态响应

为了探讨车辆随机动荷载对道路破坏的影响,基于二自由度1/4车辆振动模型,采用MATLAB/SIMULINK软件模拟得到车辆对路面作用的动荷载,采用ANSYS/APDL二次开发技术建立半刚性沥青路面三维有限元分析模型并实现随机动载加载,计算分析了路面在车辆随机动载作用下的动态响应规律,并与移动恒载计算结果进行比较。研究结果表明:随机动载与移动恒载作用下路面固定位置处的应力时程变化规律相似,而路面各层的应力极值波动情况明显不同,相对于固定位置处节点应力时程分析,路面各层的应力极值分布可以较好地反映车辆荷载的随机特征;随机荷载下路面各层的应力极值波动频率与所施加的动荷载波动频率相似,而且随着路面深度的增加,应力波动效应降低;随机荷载下路面应力响应数值大于移动恒载值,且随着路面不平度的增加应力响应数值变大,即在良好路面上随机荷载应力响应与移动恒载数值比较接近。     

开裂钢筋混凝土梁的车致振动研究

为了研究裂缝对钢筋混凝土梁车致振动性能的影响,提出了一种能考虑混凝土呼吸裂缝尖端闭合效应的模拟方法,并采用分离式分析方法编制了开裂钢筋混凝土梁与车辆的耦合振动分析程序,并以开裂的钢筋混凝土简支梁为例进行开裂梁车致振动分析。研究表明:在相同的车辆荷载作用下,钢筋混凝土梁开裂前后的挠度变化趋势相同,但裂缝的存在会使挠度变大。考虑呼吸裂缝的闭合效应后,移动车辆荷载作用下开裂截面刚度呈"U"形变化,开裂混凝土梁会发生亚谐振动,且亚谐振动的频率幅值会随着车辆荷载的变化发生迁移。所提出的混凝土裂缝的变刚度模型能够更加真实地体现裂缝的本质,可以用于开裂混凝土梁的动力分析,发现的开裂钢筋混凝土的亚谐振动现象可为桥梁结构的裂缝损伤的识别提供一种思路。     

一种新支点横隔板设置下的斜交连续钢箱梁桥受力特性分析

为简化斜交连续钢箱梁桥在中间墩处结构构造,方便工厂标准化制造,通过将中墩支座支承在独立的横隔板上,提出一种新型支点横隔板设置方式。以某(30+35)m跨线斜交连续钢箱梁为工程背景,建立梁-墩-桩一体化混合有限单元模型和全桥板单元有限元模型,系统分析恒载、竖向活载、温度、基础沉降、地震荷载以及车辆荷载作用下结构受力特性以及支座反力传递规律,并探讨结构的扭转刚度。研究结果表明:所提出的新支点横隔板设置方式满足结构受力要求,可为类似桥梁的设计提供参考;新设计下结构支座反力、弯矩、挠度和桥墩支点位移时程以及扭转刚度等整体受力特性与原设计的基本相同;新设计和原设计中,结构纵梁分担的荷载一致,可作为于支点横隔板的弹性支承;在车辆荷载作用下,结构中支点位置局部等效应力在35 MPa以内,且新设计结构支点横隔板局部应力集中程度比原设计的小。     

纵向裂缝对隧道钢筋混凝土衬砌结构影响的试验

基于荷载 结构模型,开展了钢筋混凝土衬砌的加载试验.通过分析钢筋混凝土衬砌加载过程中结构的变形和裂缝展开规律,获得了纵向裂缝深度与结构转动刚度的关系曲线,提出了单一裂缝情况下钢筋混凝土衬砌的计算模型.该模型根据连接弹簧单元来模拟衬砌裂缝,弹簧单元的参数根据衬砌结构试验结果和理论分析确定.通过该模型得到的承载安全系数可以评价带裂缝衬砌是否需要进一步加固,对实际隧道工程具有指导意义.     

混凝土结构裂缝的动力稳定性损伤与断裂

为了得到裂缝尖端损伤产生、发展直至失稳扩展的规律,基于混凝土结构的Brooks损伤演变方程与Loland损伤演变方程,采用有限元软件Ansys,计算混凝土三点弯曲梁在冲击、周期、地震等动荷载作用下的应变;将有限元计算得到的裂缝口张开位移与已有实验结果进行对比分析,并将2种损伤演变方程应用于工程实例Koyna重力坝,建立坝体三维模型,计算地震荷载下的应变,分析其薄弱部位,研究坝体裂缝尖端损伤产生、发展直致失稳扩展的过程。结果表明:有限元计算得到的裂缝口张开位移与已有实验结果数据比较吻合,验证了模拟计算的合理性;结构对不同作用形式的动荷载响应相差很大,其中地震荷载对结构的破坏最显著;坝段在达到起裂损伤后稳定发展,随后达到失稳损伤,裂缝扩展,形成新的损伤区域;2种损伤模型的计算结果相差不大,损伤因子均随时间稳定增长,发展规律一致,说明2种模型均可用于动荷载下混凝土结构裂缝的扩展至失稳的计算和分析。     

基于非均布荷载的柔性基层沥青路面纵向开裂分析

为研究柔性基层沥青路面纵向裂缝的产生机理和发展规律,实测了子午线货车轮胎在不同轴重和胎压下的接地印迹与应力。借助实测的子午线轮胎接地面积和简化的非均布轮载应力,建立了轮胎-路面非均布条形荷载力学计算模型,对不同沥青层厚度的柔性基层沥青路面结构进行了三维有限元分析,计算超载和设计轴载工况下2种路面结构最大拉应力和最大剪应力值及其发生位置,并依托级配碎石基层沥青路面足尺试验路进行了加速加载破坏试验,得到了中低温环境下沥青层开裂类型、发生位置和发展变化规律,提出以轮胎胎纹间隙处的最大剪应力作为沥青路面自顶向下开裂的力学指标;基于力学分析指标和足尺试验路疲劳破坏作用次数,构建沥青路面自顶向下疲劳开裂预估模型。研究结果表明:柔性基层沥青路面最大拉应力远离轮迹带,其应力值远小于沥青混合料的容许拉应力,对沥青层自顶向下扩展的纵向开裂无影响;最大剪应力发生在路表或距路表一定深度范围内,轴载越大,最大剪应力越接近路表,水平力越大,最大剪应力越靠近轮底中心;当轮载水平力系数由0增加至0.5时,最大剪应力由轮底边缘移至子午线轮胎第2条凸纹与第3条凸纹间隙处。足尺试验路重轴载加速加载破坏试验时,柔性基层沥青路面最先发生了位于轮底中心、源自路表自顶向下扩展的间断纵向裂缝,随重复轮载作用纵向裂缝逐渐连通,裂缝的扩展方向与轮胎胎纹走向一致,印证了纵向开裂源于轮底轮胎胎纹间隙处的理论分析结果,明晰了柔性基层沥青路面自顶向下开裂的关键破坏源。