基于壳单元的盾构隧道参数化结构计算与验证

三维壳单元较二维梁单元能更精细地模拟管片结构受土体作用下的力学行为。为了推广三维壳单元隧道结构计算模型在大直径盾构隧道结构计算中的应用,提出基于壳单元的参数化隧道结构建模方法(Shell element-based Parametric Tunnel Structure Modeling,SPTSM)。SPTSM基于隧道中轴线及截面半径参数,能自动生成由壳单元所组成的隧道模型。在模型中,相邻环之间的壳单元公共边被定义成线性铰,以此模拟管片环缝间的接头刚度;管片纵缝间的接头刚度通过均质圆环法引入折减系数进行替代;壳单元节点被施加荷载压力、地层弹簧及约束支座,以模拟管片结构与围岩之间的力学行为。SPTSM提供了结构自动建模算法和壳单元节点荷载的自动计算算法,并通过调用Karamba3D有限元结构计算内核,实现盾构隧道结构的建模−计算一体化。将SPTSM应用于杭州某大直径盾构隧道工程76 m区间段,对比结构变形的计算和实际检测结果,验证SPTSM的合理性。SPTSM能自动建立精细的三维壳单元盾构隧道结构模型,并同时完成荷载压力、地层弹簧、线性−铰刚度以及约束支座的布置和设定。对比点云扫描的结构位移检测结果和SPTSM计算出的结构变形结果,SPTSM输出的结构变形云图属于合理范围,结合SPTSM输出的内力云图和荷载分布云图,SPTSM可以近似反映隧道结构局部位置的变形或位移趋势。综上,SPTSM可为盾构隧道的智能化结构设计提供有力支撑。

土建类专业结构计算模块教学中整体式工程情境的创设

工程情境创设作为土建类专业课程教学设计的重点,关系到学生工程意识的建立及工程应用能力的培养。针对土建类专业结构计算模块教学中工程情境创设存在课程间工程情境创设联系不密切、课程思政教育与工程情境创设间协同性弱等问题,进行以总体教育观为指导,思政教育融入视角下的整体式工程情境的创设与实践探索,并以土木工程专业建筑工程方向为例,系统地介绍课程体系间、课程间、课程内整体式工程情境创设的具体路径及实施方法。实践结果表明:整体式工程情境的创设,有助于学生结构计算能力的培养、结构观的建立及家国情怀的塑造。以总体教育观为指导,思政教育融入视角下的整体式工程情境的创设,能够弥补现阶段土建类专业结构计算模块教学中工程情境创设的不足,有利于具有深厚家国情怀的高素质应用型人才培养。

钢管束混凝土现浇楼板结构计算及优化

某项目采用混凝土现浇楼板结构,支模工序以钢管桁架结构代替传统支模工艺,并针对不同房间尺寸设计6种不同尺寸的标准节钢管桁架结构。采用结构力学求解器对桁架结构在浇筑混凝土楼板时的受力情况进行计算,对结果分析显示3700mm标准节结构承载能力不能满足设计使用需求。在提出优化方案后,分别对3种方案进行分析对比,得出增加钢管壁厚的方案经济效益最好。

填土钢板桩围堰结构计算及关键施工技术

结合龙门大桥东引桥下构施工现场情况,提出了适用于半海半岛区域的填土钢板桩围堰施工工艺。采用有限元计算软件Midas Civil对填土钢板桩围堰在不同工况下的受力进行验算,验证填土钢板桩围堰结构的承载力。优化填土钢板桩围堰工艺的工艺流程,得出相应关键施工技术。

装配式后浇竖缝剪力墙结构计算及有限元分析

针对装配式后浇竖缝剪力墙的结构性能表现,文章制备了四组剪力墙试件,对L型和凸型竖缝形式进行了正交试验,探究了不同轴压比(0.2和0.3)下的性能,计算得到墙体与地梁、加载梁连接的强度,通过施加荷载作用,模拟弹性至弹塑性状态的转变,分别对剪力墙的正截面和斜截面的刚度和承载力进行计算分析,采用ANSYS有限元软件,模拟分析了荷载作用下的开裂行为和峰值荷载响应,为装配式后浇竖缝剪力墙的工程实践提供了技术支撑。

市政BIM正向设计中结构计算应用探讨

BIM技术从提出到现在,已经有十多年的时间了,它最早在建筑业中被广泛地应用,并且凭借其可视化和信息化等显著特征,在水运、城市道路、市政等工程领域不断地发展和创新。BIM是将大数据、人工智能、物联网等高新技术与传统基础设施产业结合起来的一个关键节点,所以BIM技术在基础设施建设中的应用十分有意义。 当前,BIM的应用一般都是采用2 D CAD进行设计,再绘制出 BIM模型,再将其用于演示、仿真、分析和检验等方面。这个BIM反向设计的方法仅仅是 BIM的一个发展过程,它的使用要朝着积极的设计发展。面向城市建设,BIM正向设计是基于BIM的城市道路规划、道路平面设计和结构设计,在高精度3D地貌(Dem)中实现。

Midas Gen在输水工程水池结构计算中的应用

为解决输水工程大型水池结构计算适用性问题,结合工程实例,采用通用有限元软件Midas Gen对某工程高位水池进行有限元分析,建立高位水池整体分析模型,得到高位水池在各种荷载工况及荷载组合下的变形及内力分布结果。针对水池不同部位,分析其水平向和竖直向弯矩,得出弯矩分布规律,用以进行针对性配筋设计。同时,内力结果不至过大,说明高位水池立柱和梁形成的纵、横向框架结构增强了水池的整体性和受力性能,结构体系是合理的。该计算实例可为类似工程设计提供参考。

公路桥梁荷载试验结构计算影响因素探讨

为响应《国家综合立体交通网规划纲要(2021—2050年)》号召,践行公路桥梁高质量设计建设战略,推动公路桥梁载荷试验结构计算工作的顺利开展,文章进行了深入系统探究。先简要阐述公路桥梁载荷试验结构计算思路,然后分析公路桥梁载荷试验结构计算影响因素,从桥梁支座、截面钢筋、桥面铺装等角度梳理细节,给出对应的优化改进建议,希望能为类似工程的试验计算提供借鉴。

卡布尔哈达水库泄洪建筑物布置与结构计算分析

泄洪建筑物是水利工程中的重要组成部分,对于保障水库安全具有十分重要的意义。以卡布尔哈达水库为分析对象,对其泄洪建筑物进行布置与结构计算。首先,对泄洪建筑物进行总体布置,主要包括:确定溢洪道布置方式与结构设计;其次,对溢洪道进行水力计算;最后,对所布置的溢洪道的稳定性进行计算。结果表明:卡布尔哈达水库泄洪建筑物采用左岸坝肩的正槽溢洪道布置形式,所设计的溢洪道结构稳定可靠,具有良好的泄流能力。

某重油罐区机柜间和外操间抗爆改造结构计算分析

针对某重油罐区机柜间和外操间采取的抗爆改造方案,使用ABAQUS有限元软件进行仿真模拟,对建筑物爆炸荷载作用下结构有限元弹塑性进行时程分析。对建筑物各面墙体、屋面的爆炸变形下支座转角、相应基础承载力、抗倾覆、抗滑移等相关性能指标进行验算,其中,墙体的最大转角为0.13°,屋面位移最大转角为0.26°,基底最大压力P_(max)≤2×f a,基底最小压力P_(min)>0,M抗力>M倾覆,F抗力>F滑移。结果表明,经过改造处理后的建筑物结构安全性能满足现行国家规范的要求,可根据所采用的改造方案对建筑物进行相应抗爆加固。

32.6m钢-混简支站台梁结构计算分析

杭温铁路永嘉站站台梁为钢-混组合结构,四、五站台11#~12#桥墩简支梁梁长32.6m,计算跨度为31.2m。钢梁采用闭口箱型截面形式,组合梁截面由两片闭口箱梁上接混凝土桥面板组成。针对钢混组合梁在铁路站台结构的应用,本文以杭温铁路永嘉站某站台梁为研究对象,通过拟定合理的结构尺寸,分别采用“Midas Civil”、“桥梁博士”有限元软件建立组合梁纵向、横向有限元模型,结合相关规范,对钢主梁、混凝土桥面板以及剪力钉进行计算分析,为同类型的组合梁结构计算提供参考。

装配化思想在建筑结构计算自动化中的应用研究

为实现建筑结构的自动化计算,受装配式建筑启发,文章提出了装配化结构计算技术思想,介绍了该技术思想的基本框架。以某简支型钢梁的强度刚度计算为例,分析了该技术思想实现的方法途径,提出了结构快速计算的新方法——图形对象装配式快速计算模式,并据此开发了一个装配式结构计算软件系统。结果表明,该装配化结构计算技术思想完全可行,装配化结构计算操作简单、灵活高效、结果可靠、自动化程度高,该技术思想可指导土木工程行业软件的开发。

基于midas Civil Designer的乌海某黄河特大桥结构计算示范

由于黄河滩槽断面较宽,河流占地面积较大,因此导致跨越黄河桥梁工程结构复杂、建设难度较大的情况。文章通过midas Civil Designer对某处跨越黄河特大桥梁关键结构进行验算,发现该处桥梁上部结构形式较为复杂,包括40 m先简支后连续预应力砼小箱梁、波形钢腹板混凝土连续梁、现浇预应力砼连续梁。通过对波形钢腹板混凝土连续梁进行结构验算,总结并展示了波形钢腹板结构验算过程中的参数选择、工况选择、模型建立等相关操作,计算方法可作为波形钢腹板桥梁计算的示例,为今后波形钢腹板特大桥梁的结构计算提供重要依据。

船体结构计算模型在数字孪生中的应用

为提高船舶设计的精确性、优化建造和运营过程,研究了一种贯穿于从研发、设计、制造、使用的产品全寿命周期的船体结构数字孪生模型及计算模型的方法。研究显示:船体结构计算模型是实现高质量、高效率和可持续船舶设计与运营的关键工具,对数字孪生的实施至关重要。数字孪生的应用能为船舶的全寿命周期管理提供强大的技术支持和决策工具,可推动整个船舶行业的技术进步和数字化转型。

补木水库坝址坝型比选及结构计算

在水库项目规划设计中,坝址坝型的选择,直接影响项目建设经济和效益的发挥,甚至决定项目的成败。针对补木水库,坝址和坝型比选综合考虑地形地质条件、水资源利用、枢纽布局、施工条件和水库淹没情况等多方面因素,经过坝体结构应力计算和抗滑稳定性分析论证,通过重力坝代表坝型和土石坝代表坝型的分析推选,初步得出上、下坝址方案,最终选定上游河段为建坝河段。优选下坝址作为C9015堆石混凝土重力坝方案的推荐坝址。在这种坝址坝型下,坝体结构应力和抗滑稳定性在各种荷载组合工况下都达到了标准要求,从而更加方便建坝和运行维护。设计推选方案在技术上是可行的,在经济上也是合理的。

隧道全自动结构计算软件中“护盾式TBM与盾构隧道”计算模块的研发与工程应用

随着我国基础建设的高速发展,隧道工程大规模增长,特别是以隧道掘进机(TBM)为代表的新型隧道掘进技术大量应用,其隧道结构的新型式、新问题开始不断涌现,计算分析的重要性逐渐凸显。传统结构计算软件操作复杂,计算效率低,需专业结构计算人员花费较长时间才能完成,因此,基于多年经验积累,工程技术人员开发了隧道全自动结构计算软件(TAC),极大地简化了隧道结构计算的操作性,提高了效率。经过多家甲级设计院数百座隧道实际验证,该应用方法方便快捷,计算结果可靠。基于此,本文针对近期TBM隧道的设计应用需求,研发了“护盾式TBM与盾构隧道”计算模块,提高了TBM盾构衬砌的结构分析能力。

压力隧洞设计与结构计算研究进展

针对目前压力隧洞设计现实和设计规范均不是很完善、结构计算缺乏可靠方法以及对内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理研究还不深入的现状,对压力隧洞设计准则、结构计算以及内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理这三个方面的国内外研究进展进行了综述,并指出存在的不足。基于研究现状的总结分析,提出了需要进一步深入研究的课题。研究成果可为压力隧洞的设计和结构计算提供参考。

改进的基于模态参数的结构计算模型修正算法

对基于模态参数的结构计算模型修正算法而言;实验振型扩充是一个必要环节。由于修正问题需要迭代求解,所以以往算法用于振型扩充的系统矩阵一般都来自于上一迭代过程,导致系统矩阵误差传递给用作修正参考值的扩充实验振型,滞缓了迭代收敛速度。针对这一问题,提出一种改进算法,通过给扩充后的振型矩阵添加一个修正项来减小因系统矩阵不精确而导致的扩充振型误差,振型修正项与待修正参数之间的相关关系由求解一个最小化系统特征方程和振型误差的优化问题获得。算例研究表明,改进的算法可以提高修正的收敛速度,且迭代收敛曲线更趋平滑。

基于有限差分法的h型抗滑桩结构计算模型

目前关于h型抗滑桩的结构计算尚无成熟的模型和方法。提出基于有限差分法的h型抗滑桩结构计算模型,把h型桩分成滑动面以下和以上两部分分别建立差分方程,以边界条件为基础,推演出适用于h型抗滑桩计算的有限差分方程组,并进行计算分析。同时,进行h型抗滑桩大型结构模型试验,验证对比了有效差分分析方法。结果表明:采用有限差分法得到的h型抗滑桩关键点的位移和应力数据与结构模型试验结果基本吻合,说明采用有限差分求解h型抗滑桩的位移、应力等桩身参数具有较高的准确性和可靠度;h型抗滑桩前、后排桩的桩身应力均呈交变状态,有效降低了桩的最大应力值,克服了传统单排桩桩身应力过于集中的问题;h型抗滑桩前排桩和后排桩在同一高度上的桩身位移基本相等,具有较优的结构协同工作能力。

结构计算模型修正的区间反演方法

提出了结构计算模型修正的区间反演方法。该方法将计算模型修正问题归结为非线性全局优化问题 ,并采用一种遗传算法进行求解。方法考虑了作为修正参考值的试验模态参数具有一定误差 ,计算结果除可以给出修正后模型的估计值外还可以同时给出其不确定度 ,有利于对修正后计算模型的质量做出直观评价。算例表明本文提出的方法是可靠可行的 ,不仅可以判断采用的信息是否完备 。