整体式无缝桥梁新技术初步试验研究

传统的无缝桥梁搭板末端常出现路面裂缝或路面接缝。针对这个问题,在某一采用沥青混凝土铺装的中小整体式无缝桥梁,我们提出了采用斜置搭板和加筋接线路面结构等两项新措施,取消了搭板末端的路面接缝,而梁体的伸缩变形在接线路面以下被安全吸纳.有限元模型计算揭示了斜置搭板与接线路面的相互作用问题;室内小尺寸模型试验初步验证了加筋路面的受力变形机理,并探讨了加筋材料的选择问题,推荐使用土工格栅.我国第一座整体式无缝实验桥梁4年安全运营和长期监测结果均表明这种设计思路的有效和可行.     

中低设防烈度地区全无缝桥梁抗震性能分析

为了准确地模拟接线路面特性,对其荷载-变形和损伤进行了分析,提出了接线路面板集中弹簧简化模型.基于此,采用SAP2000建立了某座全无缝桥梁动力计算模型.对该桥进行了模态分析和地震时程分析,并与对应连续梁桥进行了对比分析;同时还进行了桥长和接线路面刚度敏感性分析.研究结果表明:中低设防烈度地区,全无缝桥梁的地震响应只有连续梁桥的24%～35%,主桥处于弹性无损状态.可见,全无缝桥梁能大幅提升中低烈度地区公路中小桥梁的抗震性能.     

连续配筋混凝土路面凸形地梁锚固有限元分析

凸形地梁锚固是连续配筋混凝土路面(CRCP)端部处理中一种简单、实用的型式，采用有限元法计算与分析了锚固力作用下凸形锚固地梁的应力和位移。以端墙顶端位移、端墙最大拉应力和路面板最大拉应力为主要控制指标，提出了墙高、端墙间距、墙宽的确定方法，分析了土基弹性模量、端墙高度、端墙间距、端墙个数等参数对计算结果的影响。用室内模型试验对有限元结果进行了验证，并给出了供CRCP端部锚固设计使用的诺谟图。还发现了墙后土压力的分布形式，从而推翻了以往错误的墙后土压力分布假设，对得出准确的计算结果有重要意义。     

基于双层Euler梁理论的土工格室加筋体变形计算

针对路堤工程中车辆荷载直接作用于路面板,再经路堤填土传递作用于土工格室加筋垫层的荷载传递实际,并考虑路堤填土刚度、地基土的排水固结效应对土工格室加筋体受力变形的影响,将土工格室加筋体视为置于Kelvin地基上的下梁、路面板视为置于Winkler地基上的上梁,基于双层Euler梁理论,建立考虑路面板-路堤-土工格室加筋垫层-地基土相互作用的上下梁挠曲变形微分方程并求解.将本文解答所得格室加筋体内力位移与传统弹性地基梁法计算结果进行比较,两者吻合良好.在此基础上,分析了格室体刚度、路堤填土刚度、地基反力系数、地基土固结度等因素对路面板及格室体挠曲变形的影响.结果表明:路面板及格室加筋垫层的挠曲变形会随着格室体刚度的增大及地基反力系数的增大而减小,随地基土固结度的增大而增大;此外,路堤填土刚度增大会减小路面板的挠曲变形但会增大格室加筋垫层的挠曲变形.     

复合加筋土高挡墙的有限元分析

采用有限元方法,对复合加筋土高档墙的最大主应力、最小主应力、水平位移、竖向位移、面板所受弯矩、剪力以及拉筋拉力进行分析计算.计算结果表明,选择锚索单元模拟加筋材料是合理、可行的;加筋材料对于应力的重分配具有一定的作用;依据面板受力及拉筋受力情况,提出了施工过程中的处理措施.     

滑动层摩擦因数对斜向预应力水泥路面板的影响

滑动层摩擦因数对斜向预应力水泥路面板结构受力及变形的影响较大,设置满足路面结构受力及变形要求的滑动层,是决定斜向预应力水泥路面铺设成功与否的关键因素之一,建立斜向预应力路面结构1/4有限元模型,基于此模型分析了斜向预应力水泥路面板在车轮荷载和温度梯度荷载作用下,滑动层摩擦因数对其路面结构受力与变形的影响;运用解析计算法,研究了滑动层摩擦因数对路面板内温度伸缩应力的影响,以及温度应力作用下滑动层摩擦因数对路面板伸缩量的影响;并进行了斜向预应力路面板屈曲验算。研究结果表明:车轮荷载作用下,斜向预应力路面滑动层摩擦因数对路面板内应力及变形影响较小,可忽略不计;温度梯度荷载作用下,斜向预应力路面滑动层摩擦因数在0.3~1.2范围内变化时,路面板内最大主应力均小于水泥混凝土抗弯拉强度5 MPa,不会引起斜向预应力路面板开裂;温度荷载作用下,滑动层摩擦因数小于1.04时,路面板内伸缩应力不会引起路面板开裂,且滑动层铺设初期摩擦因数越小越有利于减小路面板内温度应力值;增大滑动层后期摩擦因数,有利于减小斜向预应力路面板端伸缩量,但不应大于1.04;斜向预应力路面板最不利屈曲临界温度为48.166℃,在通常外界环境温度下,斜向预应力水泥路面板不会发生屈曲失稳破坏。     

移动荷载作用下连续配筋混凝土路面三维有限元分析

利用有限元软件ABAQUS建立了连续配筋混凝土路面的三维有限元模型,利用用户子程序VDLOAD模拟了行车荷载的动力加载作用,分别采用梁单元和rebar单元模拟CRCP面板中的纵、横向钢筋的加筋作用,取得了较好的计算效果.计算分析中考虑了交通荷载、车速、纵向配筋率、钢筋布置位置和面板厚度等不同的内外影响因素,以路面结构的应力、应变与竖向位移为主要评价指标,揭示CRCP路面的动力响应特征.分析认为:CRCP路面的动力响应对于交通荷载的大小较为敏感;从纵向钢筋的受力角度看,宜在面板上部配置钢筋;钢筋在动力作用下发生屈服或者破坏的可能性较小,应该关注路表裂缝渗水所引起的病害;低纵向配筋率时,增加CRCP面板厚度的方法不可取,而薄板高配筋率的建设方案更加有利于今后路面的维护和改建.     

某拱坝线弹性有限元法坝体应力分析

本文采用线弹性有限元法计算了某拱坝正常蓄水位+温升、正常蓄水位+温降工况的坝体应力,除温升工况上游坝面的主压应力外,拉、压应力均满足应力控制标准。线弹性有限元法与拱梁分载法计算的坝体最大应力、位移值为同一量级,但具体数值和出现部位有差别,体现了不同计算原理和计算模型带来的差异。     

静压单桩施工对道路影响的数值模拟研究

为了进一步认识静压桩施工对周边道路的不利影响,采用三维实体模型,综合考虑了桩、路面与土体的摩擦以及大变形、非线性等因素,使之更加符合实际工程,在无道路和存在5 m宽道路两种情况下,分别进行静力压桩数值模拟,分析了两种情况下土体位移的变化以及存在道路时路面板的位移及应力变化.得到结论:存在道路情况下,地表土体水平位移减小,而深部土体水平位移增大;有路情况下土体竖向位移较无路情况的发生了较大变化;路面板在近桩端下沉,远桩端上翘等.     

考虑地基-混凝土非线性相互作用关系的CRCP端部锚固力计算方法

在分析温度荷载作用下连续配筋混凝土路面（CRCP）端部变形与受力特点的基础上，根据地基与混凝土接触面剪切变形非线性相互作用关系，求得端部力计算的解析解，分析了不同条件下端部CRCP温度应力及其变形，并与线性模型的计算结果进行了对比，结果表明非线性模型的计算结果更加符合实际，通过分析设计参数变化对计算结果的影响；提出了端部锚固力实用计算方法。     

地震作用下桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道纵向动力响应分析

为研究地震作用下桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道系统的动力响应,以11×32 m简支梁桥为例,基于有限元法和梁-轨-板相互作用原理,建立了桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,分析了不同地震波及地震动强度对系统受力变形的影响.研究结果表明：与El-Centro波相比,天津宁河波对系统动力响应有显著的增强效应,钢轨应力曲线均关于跨中呈反对称分布,最大拉压应力为206.5 MPa;各层间构件受力变形曲线均关于桥梁纵向呈轴对称分布,钢轨位移线形平滑,在中跨桥右侧1/3处达到最大,为100.6 mm;轨道板、自密实混凝土层、底座板位移随桥跨数的增加呈阶梯增减变化,最大值出现于第6跨桥,轨板相对位移在最右侧梁缝处达到最大,各结构的纵向力较小;随着地震动强度的提高,系统受力变形显著增加;与设计地震相比,罕遇地震下轨板相对位移最大值增加了146.9%,可达85.5 mm,极易导致轨下胶垫窜出引发扣件失效;左侧桥台与相邻固定支座墩顶最大位移差值显著,为96.6 mm,增加了落梁风险;对于地震区桥上无缝线路,需加强对薄弱位置处轨板相对位移以及相邻墩/台顶位移的关注.     

极端温度作用下桥上纵连式无砟轨道台后端刺受力变形特性

为研究极端温度下台后Π型端刺锚固体系各结构部件之间的相互作用,以某高速铁路一般地段端刺区结构为研究对象,采用ABAQUS有限元分析软件建立路桥过渡段纵连式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,研究高温和极寒条件下轨道结构、摩擦板、过渡板以及端刺的受力特性与变形规律,揭示结合部离缝以及锚固体系脱空等端刺区典型结构伤损的发展机制。研究结果表明：在极端温度作用下,过渡板所受纵向应力最大,摩擦板的竖向变形趋势与底座板的竖向变形趋势保持一致,且越靠近桥台各端刺顶部,纵向位移越小;端刺锚固体系受其上轨道结构宽窄接缝构造影响显著,对应的摩擦板与过渡板区段在高温条件下纵向压应力急剧增大,而在极寒条件下纵向拉应力急剧增大;“高温-极寒”温度循环作用易导致过渡板与路基支承层结合部产生离缝与挤压破裂,同时由于锚固体系在极端温度荷载作用下的超量变形,造成摩擦板、端刺与周围地基土体在接触界面产生脱空,且纵向脱空较竖向脱空更为显著。     

U型锚固对BFRP加固混凝土梁作用效果研究

目的研究端部U型锚固和沿全梁U型锚固对玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁的作用效果.方法以两种U型锚固方式的BFRP加固钢筋混凝土试验梁为研究对象,采用扩展有限元模拟混凝土裂缝扩展,利用界面粘结单元计算BFRP与混凝土之间的界面应力,分析两种U型锚固形式下BFRP加固混凝土梁的裂缝扩展、界面应力、BFRP应力以及加固梁的失效机理.结果端部U型锚固下BFRP加固梁的极限承载力高于全梁U型锚固的加固梁,随着荷载的增加,裂缝位置的局部高应力向两侧移动,界面应力和BFRP布的拉应力沿全梁分布更均匀,加固梁易产生界面剥离破坏;而全梁锚固的加固梁U型箍间裂缝位置处的BFRP局部应力增加迅速,易发生局部BFRP布拉断破坏.结论当BFRP加固混凝土梁只产生剪切裂缝时,全梁U型锚固的加固效果好于端部U型锚固方式,全梁U型锚固下BFRP加固混凝土梁的承载力更高、变形更小.     

加筋锈蚀对氯离子侵蚀海底隧道锚固支护结构影响分析

由于长期氯离子侵蚀及干湿交替环境作用,海底隧道锚固支护结构易于加筋锈蚀,造成支护结构强度的降低.结合某海底隧道Ⅲ级和Ⅳ级围岩锚固支护结构设计,基于前人研究理论及试验成果,采用数值分析软件FLAC3D及有限元强度折减思想,探讨加筋锈蚀对锚固支护结构体系承载作用的劣化影响.研究表明,(1)锚杆锈蚀削弱了锚固支护结构的支护强度;随着加筋锈蚀的增加,隧道加锚围岩的变形逐渐增大;锈蚀对隧道加锚围岩起拱线处的收敛变形影响最明显,Ⅲ级围岩位移锈蚀影响度最大可达56.7%,Ⅳ级围岩位移锈蚀影响度最大可达62.98%.(2)锚杆锈蚀降低了锚固支护结构的锚固作用,锈蚀对锚固注浆体的黏结作用的损失影响比对锚杆应力作用的损失影响大;Ⅲ级围岩锚杆最大应力锈蚀影响度最大为11.6%,锚固注浆体最大剪应力锈蚀影响度最大达18.6%;Ⅳ级围岩锚杆最大应力锈蚀影响度最大为12.3%,锚固注浆体最大剪应力锈蚀影响度最大达20.1%;说明锈蚀对Ⅳ级围岩锚固支护结构影响比Ⅲ级围岩略大.研究结果可为海底隧道锚固支护结构运营风险评估提供一定的数据依据.     

矩形加筋板的有限元分析及程序

加筋板结构是船舶、飞行器的一种有效结构形式,它对提高结构强度与稳定性有着十分有利的作用,因此一直引起人们高度的重视.可是,过去对加筋板的理论分析和计算方法,主要是将加筋板简化为正交各向异性板或交叉梁系,再用解析法或数值法进行计算,不能同时分别计算出板、梁应力.本文用有限元法分析矩形加筋板,所编制的程序,一次能分别算出板和梁的内力、应力及挠度,同解析法的结果以及实验模型的实测数值相比,结果比较满意.     

加筋护坡路堤沉降特性及其控制指标研究

为充分利用部分工程性质不良的土体作为路基填料,常采用加筋护坡措施来保障路堤稳定性,但加筋处理与填料差异性使得路堤沉降分布规律变得复杂,通过建立加筋护坡路堤数值模型,分析路面荷载作用下路堤顶面沉降分布形式,提出采用改进的双曲线函数对其拟合,并得到对应的拟合函数参数。基于路面结构有限元模型,分析不同差异沉降作用下路面结构附加应力。根据路面结构承载能力给出相应的差异沉降控制标准,并通过工程实例对此进行说明。研究结果表明:在差异沉降作用下,加筋护坡路堤的路面结构呈上部受压、下部受拉的受力特征,且最大附加应力发生在加筋范围内;路面结构附加应力与最大差异沉降量、双曲线函数拟合参数a/b之间均呈显著线性关系,a/b能够反映沉降分布曲线的几何弯曲程度;以a/b作为该类路堤形式的差异沉降控制指标,辅以控制最大差异沉降量。     

后张预应力混凝土梁钢束锚固损失研究

从分析后张曲线预应力钢束微段的切向平衡条件出发,导出计算锚固损失的精确公式。通过比较在反摩阻影响长度范围内钢束应力相对于端部应力的增量与摩阻损失之间的大小,揭示摩阻作用与反摩阻作用之间的差别。结合数值算例,评价我国现行桥梁设计规范中锚固损失计算方法的近似程度。研究结果表明:反摩阻作用小于摩阻作用;我国现行铁路桥梁设计规范中的锚固损失计算方法具有较高的精度,求得的钢束端部锚固损失计算值大于精确值,但不超过10%;我国现行公路桥梁设计规范中的锚固损失计算方法会导致偏差过大,求得的反摩阻影响长度可超过精确值50%以上。     

格构锚固结构与地基相互作用分析

为了研究格构锚固结构支挡加固松散土层效果,对格构锚固结构与地基土相互作用进行三维有限元模拟．研究松散土体在格构锚固结构作用下的变形及应力分布的变化规律,分析格构锚固结构的受力特征．结果表明,在格构锚固结构的作用下,滑坡体内部受到较均匀的压应力,土体强度提高,在纵横格构梁交叉的尖点处土体存在拉应力集中,塑性区的范围仅限于表层土;预应力锚索加固变形模量小的松散土层与加固变形模量大的岩体同样有效．格构梁的有限元模拟与解析解结果比较表明,按有限元解进行设计比较安全,若按解析解结果设计,建议乘以系数K=1．3．建议格构梁的纵横梁不论是中间梁还是边梁均采用统一的设计方案．     

湛河提篮式拱桥空间静力分析

以平顶山市湛河提篮式拱桥为工程实例,采用Ansys有限元软件建立了该提篮拱桥的空间有限元计算模型,分析了拱肋、系杆梁及吊杆等主要构件的受力与变形性能.计算结果表明:该提篮拱桥各构件的受力与变形基本关于跨中对称;全桥除端部2根吊杆张力较小外,其余吊杆张力分布较均匀,具有较大的安全储备;拱肋、系杆梁总体处于受压状态,在吊杆位置处弯矩发生变化,剪力产生突变;全桥以竖向位移为主,最大竖向位移发生在拱顶,拱肋横向位移偏向桥梁轴线方向,系杆梁竖向位移较小,基本维持在水平状态,该提篮拱桥各方向位移数值均小于规范规定的要求,桥梁线形控制较好.计算结果可为同类桥型设计提供参考.     

桥式起重机端梁三维有限元受力分析

在分析了桥式起重机端梁受载情况的基础上,建立了桥式起重机端梁的三维有限元模型,采用商业有限元软件对算例进行了数值计算．通过分析计算可以显示出端梁的变形情况、最大应力值和位移值,可以读取端梁上任一位置的应力值和位移值．仿真结果表明,该算例的强度和刚度均满足要求,根据计算结果可以对端梁结构进行适时改进．