复合主拱圈弹塑性本构关系等效方法

 基于原拱圈和加固层共同工作、协调变形原理，以复合主拱圈加固圬工拱桥的拱段为研究对象，推导出适合有限元分析的混凝土与砌体理想弹塑性本构关系。对加固后的拱段应用推导的本构关系，采用有限元软件ANSYS建立了数值分析模型，并对该本构关系进行实验校核。结果表明，采用混凝土与砌体理想弹塑性本构关系，有限元数值和实测数值非常接近，有限元极限承载力数值比实测极限承载力数值小6.8%～9.2%；建立的混凝土和砌体的理想弹塑性本构关系在复合主拱圈加固圬工拱桥时可靠性较高，可供同类桥梁结构分析应用。     

复合主拱圈加固石拱桥弹塑性本构关系研究

根据复合主拱圈加固石拱桥时截面以承受轴力为主,弯矩较小的受力特点,基于原拱圈和加固层共同工作、协调变形原理,针对加固后的石拱桥,推导出适合有限元分析的混凝土与砌体理想弹塑性复合材料的本构关系.对某复合主拱圈加固的石拱桥应用推导的本构关系,采用有限元软件ANSYS建立了数值分析模型,并对该本构关系进行校核检验.结果表明:采用混凝土与砌体理想弹塑性复合材料非线性计算结果和混凝土与砌体分开的两种材料非线性计算结果非常接近,复合材料非线性的计算值比两种材料非线性的计算值小,轴力小3％ ～5％,弯矩小7％～8％.给出的混凝土和砌体的理想弹塑性本构关系在复合主拱圈加固石拱桥时有足够的可靠性,可供同类桥梁结构分析应用.     

钢筋混凝土杆系结构拉压不对称弹塑性本构关系

根据钢筋混凝土桁架拱桥的各杆件均以承受轴力为主、节点处弯矩较小的受力特点,并基于钢筋与混凝土共同工作、协调变形原理,推导出适合钢筋混凝土桁架单元分析的理想弹塑性复合材料拉压不对称本构关系。对某钢筋混凝土桁架连拱桥,应用推导的本构关系,采用空间梁单元建立桁架连拱数值分析模型,结合静载试验对该本构关系进行校核检验。结果表明:各工况下各测点的变位和应变的计算值与相应实测值比较接近,尤其是非线性计算结果与实测结果非常接近;给出的钢筋混凝土杆系拉压不对称弹塑性本构关系有足够的可靠性,可供同类桥梁结构分析应用。     

下套拱加固石拱桥复合拱圈极限承载力研究

下套拱加固石拱桥形成的复合拱圈由石块、砂浆、混凝土和钢筋四种材料组成,而且属于二次受力结构,受力复杂.采用分离模型和整体连续体模型相结合的方法,提出复合拱圈的极限承载力有限元计算方法.有限元计算结果与试验结果吻合良好,表明有限元计算方法能够反映复合拱圈的受力性能.应用该方法,对某实桥进行了分析,结果表明,复合拱圈在半跨均布活载和L/4集中活载联合作用下的破坏模式为四铰破坏,第二个铰出现时荷载已达极限荷载的77.9%.复合拱圈的极限承载力随着集中活载占总活载的比例的增大而减小,随加固层厚度和配筋率的增大而增大.加固层混凝土的强度对复合拱圈的极限承载力影响较小,因此,加固层不必采用高强混凝土.     

钢管混凝土拱桥弹塑性极限承载力分析的截面内力塑性系数法

结合钢管混凝土的本构关系模型,基于修正的拉格朗日列式单元增量平衡方程,采用单元节点截面内力塑性系数法建立了钢管混凝土空间拱单元弹塑性刚度矩阵,按当前刚度参数法对材料非线性与几何非线性进行分析,研究了钢管混凝土拱桥空间弹塑性稳定极限承载力非线性分析方法;采用初始内力法考虑阶段间体系转换及弹性内力的传递,计算分析了益阳资江三桥主孔钢管拱桥施工阶段及成桥使用阶段空间弹塑性稳定极限承载力,探讨了仅考虑几何非线性稳定安全系数与弹塑性稳定安全系数之间的区别.研究结果表明:几组钢管混凝土轴心受压构件和偏心受压构件弹塑性稳定极限承载力与试验结果较接近,验证了本文方法与程序正确、可靠;对于钢管混凝土拱桥,弹塑性稳定极限承载力比仅考虑几何非线性的弹性失稳临界力要小,必须考虑弹塑性对稳定安全系数的影响.     

复合主拱圈加固石拱桥极限承载力参数研究

 研究了复合主拱圈加固石拱桥时极限承载力的受力特点。以一座在加固的等截面圆弧拱桥为例,考虑了加固结构二次受力的特点和新旧结构不同材料的力学性能,分析了其主要结构参数,如加固层高度、加固层宽度、加固层纵筋率和加固层箍筋率对加固后主拱圈承载力的影响。经过结构参数计算分析发现,当加固层高度为原拱圈0.25～0.50倍时,承载力增大值较明显;当加固层宽度超过原拱圈宽度的67%,承载力增大缓慢;加固层纵筋率超过1.162%,承载力增大值较小;增加加固层箍筋率对加固后拱桥的承载力影响较小。分析结果为复合主拱圈加固石拱桥设计提供了结构参数选取的建议,可为此类桥梁的设计提供有利的参考。     

东莞水道特大桥面内受力双重非线性有限元分析

提出了飞鸟式钢管混凝土桁式拱桥双重非线性分析有限元计算方法,建立了主跨为278 m的东莞水道特大桥的有限元计算模型,对其面内受力全过程和极限承载力进行了分析.分析结果表明,在极限承载力分析中,应考虑双重非线性问题;飞鸟式拱的钢管混凝土主拱可简化为固定拱计算.     

既有单拱波双曲拱桥承载能力分析方法

以块石和混凝土拱桥作为研究对象,基于Midas Civil软件平台,采用数值分析方法对单拱波双曲拱桥的承载能力进行计算分析。研究过程考虑拱上建筑联合作用、主拱圈空间关系和拱轴线拟合,应用空间有限元模型,结合内力影响线,确定控制截面的静力荷载布置位置,从挠度、内力和应力3个方面探讨单拱波双曲拱桥承载能力的评定方法。研究结果表明:单拱波双曲拱桥拱顶变形较大,块石拱桥比混凝土拱桥变形大;块石拱桥和混凝土拱桥刚度相近,立柱数量对刚度影响较大;在50 t汽车荷载下,拱脚承载力满足规范要求,拱顶截面下缘受拉区发生破坏。     

基于Weibull分布的石砌体单轴受压损伤本构模型

石砌体的本构模型是石砌体力学计算和有限元数值模拟的重要基础和前提条件。为了深入研究石砌体单轴受压下的本构关系,基于损伤力学理论,应用双参数Weibull分布函数反映损伤变量,根据石砌体单轴受压应力-应变全过程曲线的特征条件确定其参数,推导并建立了石砌体单轴受压损伤本构模型,将已有试验数据验证本构模型的正确性,并将本构模型与典型的砌体本构模型进行对比分析,最后应用本构模型对已有石砌体拱桥试验进行有限元分析以验证本构模型的适用性。结果表明：所建模型与已有石砌体单轴受压试验结果吻合良好;所建模型验证了石砌体损伤演化的一般规律,符合典型的砌体本构模型的一般趋势;所建模型可应用于石砌体结构有限元分析计算,适用性良好。     

拱桥的理论极限跨径分析

大跨径拱桥是跨越江河峡谷富有竞争力的桥型之一,近年来,随着施工技术的进步和高性能材料的应用,拱桥正在不断突破自身跨径纪录,研究其理论极限跨径具有重要意义。本文综合考虑强度、面内稳定和面外稳定条件,分别基于抛物线拱轴线和悬链线拱轴线,采用理论推导获得了拱桥的极限跨径的解析公式,并由此考虑高性能混凝土、活性粉末混凝土和高强度钢等新材料的应用,针对混凝土拱桥和钢拱桥,分析其理论极限跨径随矢跨比和材料强度的变化关系。结果表明基于悬链线推导出来的理论极限跨径略小于基于抛物线推导的结果,但结果相差不大。在矢跨比1/5时,混凝土拱桥主拱采用R200活性粉末混凝土时的理论极限跨径可超过2000m,钢拱桥主拱采用Q690高强钢材时的理论极限跨径可超过2500m。     

大跨度斜拉拱组合桥极限承载能力分析

以一种新颖钢管混凝土拱桥斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,考虑钢管混凝土拱在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用统一理论中的钢管混凝土组合构件本构关系及高精度不分层梁单元,对在建的某斜拉钢管混凝土拱组合桥进行了在静力荷载作用下的极限承载力分析,并用钢管混凝土拱模型实验对分析程序及钢管混凝土组合构件建模方法进行了验证,同时分析了斜拉索及斜拉索的初索力对拱桥承载能力的影响.结果表明,斜拉钢管混凝土拱组合桥具有较高的稳定性和极限承载力,斜拉索能够较大提高拱桥的承载能力,斜拉索初张力对稳定承载能力的影响不大.     

钢管混凝土拱桥拱轴线施工误差影响分析

选取单圆管、哑铃型、桁式截面的钢管混凝土拱桥各一座,建立有限元模型,分析了面内外、正反对称拱轴线施工误差对成桥状态下使用受力性能和极限承载力的影响.研究结果表明:目前桥梁施工规范中对钢管混凝土拱桥拱轴线施工误差的限定是较为合理的,其对钢管混凝土拱桥正常使用状态下的受力性能以及极限承载力均影响较小.     

考虑二维界面模型的锚喷混凝土拱桥加固研究

以一座在役圬工拱桥为工程实例,选择锚喷混凝土方案作为加固研究对象。在考虑二维界面模型后,建立实体有限元模型并对加固效果进行评价,得到以下结论:考虑锚杆和混凝土接触的二维界面模型,可以较好地对锚喷混凝土整体粘结效果进行模拟;锚喷混凝土加固圬工拱桥是一种较为有效的拱桥加固方式。     

基于应变斜面斜率的圬工拱桥加固后组合截面承载力计算方法

针对圬工拱桥通过增大截面法、套箍法等加固后组合截面承载力计算问题。在考虑原结构初始应力及材料非线性的基础上,从轴力及弯矩与应变斜面斜率的关系出发,分析了组合截面抗拉极限状态及抗压极限状态下的承载力,提出了存在二次受力的组合截面承载力计算方法;并以上、下缘均加固的矩形组合截面为例,推导了计算公式。通过工程实例进行了验证,结果表明方法可行。     

基于EPS混凝土的双曲拱桥加固方法

以加固时受基底承载力限制的危旧双曲拱桥为研究对象,基于拱上填料表观密度大,整体性不足的特点,提出采用EPS轻质混凝土换填拱上填料加固双曲拱桥的新方法。通过对EPS混凝土的强度和变形特点的分析,阐明EPS混凝土的加固机理;并结合工程实例,建立加固后双曲拱桥的实体有限元模型,对换填前后的结构进行分析。结果表明,采用表观密度小、变形能力大的EPS混凝土换填双曲拱桥的拱上填料,能够对桥梁进行合理卸载,在增强上部结构整体性的同时明显改善主拱圈的受力状态,达到恢复或提高桥梁承载能力的目的。     

双曲拱桥承载能力评估

探讨某双曲拱桥承载能力评估问题。根据双曲拱桥的主拱圈是拱桥主要受力结构的受力特点,采用ANSYS有限元分析程序,对某双曲拱桥进行受力分析和承载能力评估,具体过程为:根据该拱桥的受力特点,将拱肋与拱波形成的组合截面作为主拱圈的截面,将拱上建筑与桥面系作为集中或分布荷载作用在主拱圈上,按桥梁设计规范对拱桥施加活荷载,对桥梁进行力学性能计算,根据计算结果进行桥梁承载能力评估,计算结果表明:该桥在原设计荷载作用下,其轴力、剪力均能满足要求,拱脚及拱顶处的偏心距不满足。所以,应对该拱桥进行加固改造,以满足交通运输发展的需求。     

旧桥病害分析与加固方案的研究

针对湖南省现存双曲拱桥主拱圈的主要病害,分析了病害产生的原因,介绍了加固处治方法.以某大桥为例,阐述了双曲拱桥拱肋底缘利用现浇混凝土底板,将主拱圈封闭形成箱形,从而把双曲拱桥改造成为箱型拱,并通过增大主拱圈的截面面积提高其承载能力;同时将拱式腹拱及拱顶实腹段等拱上建筑拆除后,对腹拱墩加固之后在墩顶设置墩帽重建为连续板式...     

一种非共轴应变硬化本构模型数值应用及离心机试验验证

在土体的剪切变形过程中,当主应力方向产生旋转时,主应变增量方向与主应力方向之间存在显著的非共轴现象.同时,机动摩擦角、膨胀角随着累积塑性偏应变的增长而增加,土体具有应变硬化的特点.传统的弹塑性本构模型不能够反映上述现象对地基承载力特性的影响.为了能够对地基承载力问题进行合理的分析,建立了一种非共轴应变硬化模型,并将该模型运用到有限元计算中.通过与三轴试验和离心机模型试验结果进行对比,对该模型在数值应用中的合理性进行了验证.研究结果表明,该模型能够对不同围压下的应力-应变关系进行预测.对浅基础承载力问题进行研究时,非共轴应变硬化模型的计算结果比传统弹塑性本构模型更加接近于离心机试验结果,验证了该模型的数值应用合理性.     

复杂受力状态下密肋复合墙体框格有限元模拟

基于通用有限元计算分析软件并结合自定义材料子程序模型,对水平往复荷载及轴压力下的密肋复合墙体框格试件进行了梁式建模、壳式建模及梁壳式建模方式下的数值模拟.基于不同有限元建模方式,混凝土材料模型分别选用汪混凝土本构模型和经典混凝土弹塑性+断裂本构模型,而钢筋材料模型统一采用汪钢筋本构模型.通过计算结果与试验结果的对比分析,探讨了影响往复荷载下密肋复合墙体框格数值模拟的主要因素.     

钢管初始应力对大跨径钢管混凝土拱桥稳定承载力的影响

在钢管混凝土拱桥施工过程中,采用不同施工方法合拢成拱,然后再向管内灌注混凝土,钢管中就产生了较大的初始应力．利用初始应力钢管混凝土的本构关系,分析钢管混凝土拱桥稳定承载力影响程度．计算结果表明,钢管初始应力的存在降低了钢管混凝土拱桥稳定承载能力,且不同的荷载工况影响程度不同．分析大跨度钢管混凝土拱桥稳定承载力时,应考虑钢管初始应力问题．