预制管廊横向接头刚度理论计算模型及方法

基于已经完成的预制预应力管廊横向接头结构受力性能试验，在考虑预制混凝土应变影响、高强螺栓伸长和接头拼缝张裂形态的基础上，根据变形协调条件和内力平衡方程，提出了管廊横向接头的抗弯承载力以及刚度的理论计算模型.将理论计算结果与试验结果进行对比，两者吻合良好，由此验证了理论计算模型的正确性.该研究成果将为预制管廊安全性的评判以及设计优化提供理论依据.     

直螺栓连接预制综合管廊刚度计算方法

为研究直螺栓连接预制管廊的纵向受力性能,引用隧道纵向刚度计算的纵向等效连续化模型,对其进行改进,使其适用于直螺栓连接的预制管廊,从而得到考虑螺栓预应力影响的纵向等效拉压刚度和弹性弯曲刚度。求得了预制管廊在弹性极限弯矩作用下,截面最大拉应力、截面最大压应力、接头最大变形、接头螺栓最大拉应力和接头螺栓最大变形的表达式。运用所得表达式,结合工程实例参数,分析了管廊截面尺寸、管壁厚度、节段长度和螺栓个数对其受弯矩作用时中性轴的位置和纵向等效刚度的影响程度和趋势。结果表明,管廊抗弯刚度受截面宽高比影响较大;通过增加管壁厚度来提高管廊等效刚度的方法不经济;在满足设计要求条件下,适当增大预制节段的长度和增多连接螺栓数量可以有效提高管廊的纵向刚度,并能够很好的改善管廊截面受力状态,同时不失经济性,为直螺栓连接预制拼装管廊结构的设计合理性和工程适用性提供理论支持。     

预制沟道缆线管廊工作井设缝形式对受力性能影响

工作井作为沟道缆线型管廊的主要组成部分,具有电缆敷设作业、设置电缆中间接头和电缆引出等多种功能。为提高现场施工效率,工程中工作井大多采用加工厂分块预制、现场拼装形式,设缝形式对工作井整体刚度和承载力影响较大,不合理设缝形式将造成结构整体受力性能下降。研究建立一字型、T字型和十字型三种常见沟道管廊工作井有限元模型,针对纵横两种设缝形式分别进行抗弯和抗弯剪受力性能分析,同时与整体现浇工作井进行内力和变形对比。计算结果表明：纵向设缝下一字型、T字型、十字型工作井抗弯刚度分别下降48%、51%和44%;横向设缝下抗弯刚度分别下降34%、32%和26%。研究成果可对预制沟道管廊工作井分块拼装设计和工程应用提供参考。     

预制拼装综合管廊承插式接头抗剪性能研究

地下综合管廊承插式接头抗剪性能直接影响管廊整体结构的安全运营，为研究预制拼装综合管廊承插式接头剪切变形规律，采用有限元软件ABAQUS建立了预制拼装综合管廊承插式接头顺剪与逆剪数值模型，得到接头顺剪与逆剪的极限荷载和极限错台量，并进一步分析接头顺剪与逆剪的抗剪刚度，最后分析了轴力对接头抗剪性能的影响.研究表明：不同剪切工况下承插式接头变形规律与破坏类型均不同，顺剪工况下接头变形分为4个阶段，接头为延性破坏；逆剪工况下承插式接头变形分为3个阶段，接头呈脆性破坏，增大轴力可以提高承插式接头的极限剪切承载力.研究结果为地下综合管廊设计与安全运营提供科学依据.     

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.     

高速公路隧道装配式仰拱接头力学性能研究

为研究公路隧道装配式仰拱结构接头的力学性能,首先建立装配式仰拱接头三维数值计算模型,模拟接头细部结构,分析比较弯螺栓、直螺栓对仰拱接头在不同轴力、弯矩组合作用下接头张开量、转角、螺栓应力以及接触压应力等的变化规律。然后采用大比例尺室内仰拱接头加载试验对模拟结果进行验证。结果表明：接头张开量、转角随着弯矩增加不断增大,接头抗弯刚度不断降低;接头张开量、转角随轴力增加而减小,接头抗弯刚度则不断增大;弯螺栓接头抗弯刚度大于直螺栓接头抗弯刚度;螺栓整体受拉,螺杆受力状态与螺栓形式及接头变形有关,整体上弯螺栓应力大于直螺栓应力。对比分析数值和试验结果,整体变化趋势一致。研究成果为公路隧道装配式仰拱接头设计提供参考。     

预制矩形箱涵受力性能模拟及其潜在的破坏模式

以沈阳市浑南新城区综合管廊工程预制拼装施工段为研究背景,针对城市地下综合管廊预制矩形箱涵单个管节,通过通用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟,研究分析其在不同埋深下的结构变形和应力分布规律.建模中为了尽可能地贴近预制箱涵的实际受力情况,参照实际工程应用对其进行了配筋.本模型中通过改变施加于顶板和侧壁板的荷载大小来模拟埋深的变化:对综合管廊顶板施加均布压力,对侧壁板施加线性变化的侧土压力,最终分析预制箱涵在不同埋深下的结构变形和应力分布,并提出结构安全隐患存在的部位和其潜在的破坏形式,为复杂条件下预制综合管廊的设计和施工提供理论参考.     

铝合金板式节点初始刚度

铝合金板式节点变形分为节点板中心区域变形、节点板与杆件错动以及杆件自身变形三部分.对铝合金板式节点的受弯机理进行分析,得到节点初始弯曲刚度公式.在试验基础上,分析试件的抗弯性能,得到弯矩-转角曲线.采用ABAQUES软件对节点进行数值模拟,数值结果与试验结果吻合较好.通过参数分析得知节点板厚度、杆件截面高度、螺栓数量及节点板半径对节点初始弯曲刚度的影响.最后将理论结果分别与数值结果和试验结果进行比较,验证了公式的合理性.     

基于土-钢共同作用模型的覆土波纹钢板拱桥施工过程受力分析

通过积分计算波纹钢板截面特性,并利用刚度等效的原则将其简化为平钢板,建立了平面二维土体与结构共同作用模型,计算分析了土体参数对结构受力的影响.采用有限元分析技巧,对一座实际波纹钢板拱桥的施工过程进行了模拟,计算分析了施工过程中关键截面的变形和内力变化规律.计算和分析结果表明,波纹板截面特性的积分算法具有很高的精度,通过刚度等效方法建立的土-钢共同作用模型可以考虑土与结构相互作用.施工过程的模拟结果说明,覆土波纹钢板拱桥施工过程中变形和内力变化较大,施工中应严格分层,对称回填、压实,并应特别注意覆土回填至拱顶附近时的位移和内力变化.     

影响深基坑围护墙内支撑系统因素的状况分析

在深基坑开挖过程中,内支撑对稳定基坑及控制基坑变形有重要意义。以某深基坑工程为研究背景,借助数值模拟方法建立了基坑开挖力学模型,考虑内支撑截面、支撑作用点位置、支撑作用点形式和支撑刚度四个影响因素,对内支撑对围护结构内力及变形的影响进行了探讨。分析结果表明:钢支撑截面的选择应视情况而定,且支撑长度不宜大于25 m;支撑位置的设置对支护结构受力及变形有较大影响,在基坑设计中应当予以重视;改进的内支撑作用点形式对改善基坑受力、控制基坑变形有积极作用;通过增加内支撑刚度的方式以减小基坑变形不是最有效的方法;研究成果可为工程实践及理论研究提供参考。     

负弯矩作用下UHPC湿接缝桥面板裂后性能研究

针对预制拼装桥面板接缝处受力复杂、易开裂等问题,提出了一种新型超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete, UHPC）燕尾榫接缝.通过负弯矩作用下荷载模型试验,研究了不同接缝材料和预应力水平对UHPC湿接缝桥面板极限承载力、破坏形式及裂缝分布等的影响规律.基于试验验证的数值仿真模型,对比分析了不同接缝位置、接缝形式、纵筋率、材料强度及板件厚度等参数对湿接缝受弯性能的影响.研究结果表明：预应力由0 MPa提高到5 MPa,板件开裂应力和极限承载力分别提升40.0%和5.5%;燕尾榫接缝较直角榫接缝与平接缝的开裂应力分别提高7.5%和16.0%,承载力分别提高5.4%和16.0%.燕尾榫接缝整体性好,改变接缝位置对湿接缝受弯性能影响较小;板件开裂应力和极限承载力随材料强度增大而提高,材料强度超过120 MPa时增幅减小;UHPC接缝初裂刚度约为初始刚度的90%,剩余刚度约为初始刚度的25%;初裂后,结构刚度迅速下降,纵筋屈服后,结构刚度退化速度明显减缓,最终刚度保持在剩余刚度;提出了用极限荷载对应位移与开裂荷载对应位移之比为表达形式的UHPC湿接缝桥面板裂后延性系数,本文板件裂后延性系数为10.0~20.0,表明UHPC湿接缝桥面板具有较好的裂后变形能力.     

螺栓滑移引起的铝合金板式节点网壳变形研究

板式节点螺栓滑移会引起铝合金网壳结构发生明显变形,变形主要取决于节点轴向变形,可通过节点轴向刚度模型来模拟螺栓滑移.为考虑实际工程中螺栓尺寸的随机误差,提出节点轴向刚度的随机多折线模型,分析发现,考虑螺栓尺寸误差计算得到的网壳挠度,可采用理想四折线模型结果拟合. 基于轴向刚度四折线模型,分析网壳挠度随螺栓预紧力的变化规律,发现当预紧力高于特定临界值时,网壳变形很小,反之网壳挠度会迅速增大. 进一步分析发现：最大网壳挠度与螺栓孔径差、网格环数呈正比,受跨度、矢跨比和支座形式影响较大,与杆件截面及节点板尺寸、荷载大小相关性较小. 基于此,提出螺栓滑移引起的最大网壳挠度计算公式,并对工程中常见的拉铆钉和普通螺栓,给出孔隙优化建议.     

组合楼板对装配式钢框架节点抗震性能的影响

为了解决装配式钢框架中节点区域构造复杂和传力机制不明的问题,提出一种考虑组合楼板作用的端板螺栓连接节点。设计并制作了2组端板连接的装配式梁柱节点,进行了低周往复循环荷载试验,建立了节点试件的数值模型,分析组合楼板对节点的破坏模式、滞回性能、承载能力、半刚性性能、受力特征的影响作用。结果表明,端板连接节点主要破坏模式为端板的弯曲变形,组合楼板的加入会使滞回曲线产生一定的捏拢现象,同时会产生组合楼板开裂破坏现象;增加组合楼板后,端板连接节点的初始转动刚度、极限承载力、耗能能力分别增加了约22%,13%,22%;组合楼板和钢梁上翼缘共同作用时,荷载通过组合楼板传递至柱腹板;与闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点相比,采用开口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点初始转动刚度和极限承载力分别提高13%和9%。组合楼板能有效提高端板连接节点的抗震性能,扩大节点核心区的传力范围,增强梁柱传力机制,可为进一步提高装配式节点性能提供参考。     

基于相对转角与位移的空心板桥铰缝损伤识别

在考虑剪切传递和侧向力基础上,建立弹簧铰缝的铰缝力学模型,推出铰缝损伤程度计算公式,代入相对挠度、剪力和相对转角,计算出铰缝损伤程度,定位损伤位置。研究发现,铰缝真实力是复杂的,因此若只考虑剪切传递并不完整,铰缝的侧向力也十分重要。依据既有铰接板理论,考虑铰缝的侧向力、损伤和变形,提出相应假设,绘制铰缝机械性模型和空心板桥计算模型。基于侧向力和剪切力产生的板梁相对转角和相对位移,建立提出了弹簧铰缝的力学模型,推出铰缝损伤程度的计算公式,并结合数值比较分析验证了计算理论的有效性,将相对挠度、剪力和相对转角代入公式,计算损伤程度,可有效发现铰缝损伤部位和计算损伤程度。结果表明,加载区域越接近损伤位置,损伤定位的精确性越显著,损伤程度识别结果的准确性越高。     

考虑弹性支承和剪切变形影响的单跨斜梁温度次内力分析

在考虑端横梁弯曲和支座变形对斜主梁提供的弹性抗扭支承和竖向弹性支承以及斜主梁剪切变形的基础上,导出了考虑支承刚度以及剪切变形影响的单跨斜梁温度次内力的计算公式,并通过一个简单算例对公式进行了验证,分析了支承刚度、斜度以及剪切变形对斜主梁温度次内力的影响。研究结果表明,在一定范围内,端横梁抗弯刚度的变化会引起斜梁温度次内力的急剧变化;斜主梁的温度次内力可以通过改变端横梁的抗弯刚度进行有效的调整;当斜度等于0°时,剪切变形对次扭矩的影响达到最大,为10.6%。