非对称独塔斜拉桥索塔锚固区受力机制研究

为研究索塔锚固区的受力机制,以浙江湖州风荷桥非对称独塔式双层钢桁架斜拉桥为背景,基于位移相等理论推导斜拉索水平分力在钢锚梁和混凝土塔柱之间传递比例的计算公式;结合全桥模型分析结果,对索塔锚固区受力最不利节段采用ABAQUS建立有限元模型,分析斜拉索水平分力在钢锚梁和混凝土塔柱之间传递的比例,并对锚固区施加设计荷载,模拟各工况下混凝土塔柱的受拉情况。结果表明,采用位移相等理论推导的水平分力在钢锚梁及塔柱中传递比例计算公式的计算结果与有限元模型模拟结果的误差在1%以内;钢锚箱、钢牛腿的焊接处会产生较大焊接应力,锚垫板及钢锚箱是整体受力较大的构件;跨径较小的斜拉桥混凝土塔柱内不设置环向预应力可满足运营阶段的要求。

浅埋下穿高速公路黄土隧道管棚变形监测及受力机制分析

依托郑西客运专线阌乡隧道,开展浅埋大跨黄土隧道长大管棚受力机制的研究。对隧道进入下穿高速公路前的管棚纵向变形进行监测,根据实测结果分析长大管棚在隧道开挖过程中的受力特性与作用机制;建立浅埋暗挖黄土隧道管棚受力的双参数地基梁模型,对长大管棚受力机制进行分析。计算结果与实测结果有较好的一致性。研究结果表明:掌子面前方约15 m处管棚开始受力,掌子面过后约15 m处管棚的受力趋于稳定,管棚的纵向变形总体上呈凹槽形分布,掌子面处管棚受力最大;同时,管棚变形与开挖面位置、开挖进尺、管棚及岩体物性指标等因素有密切关系。研究结果为隧道下穿段管棚工法及施工方案的优化设计提供理论依据,并在下穿段沉降监测中得到验证。

浅埋暗挖隧道管棚变形监测及受力机制分析

在土江冲隧道进口段采用应变计对管棚纵向变形进行监测,根据现场测试结果分析管棚在隧道开挖过程中的受力特性,讨论管棚的作用机制。对管棚的刚性固定端Winkler弹性地基梁模型进行改进,建立浅埋暗挖隧道管棚受力的弹性固定端双参数弹性地基梁模型,推导出管棚的扰度方程及应力、应变计算公式,提出求解方法。将弹性固定端双参数弹性地基梁模型应用于土江冲隧道管棚作用机制的分析,计算结果与实测结果吻合较好,说明采用弹性固定端双参数弹性地基梁模型分析管棚受力特征是可行的。

板桩加固护岸受力机制的现场试验研究

结合长湖申航道湖州段板桩加固护岸实体工程,在板桩预制过程中将土压力计埋入板桩侧面,底板施工时将土压力计埋入底板下,测试了在板桩混凝土凝固硬化过程中土压力计的受力情况、护岸荷载下板桩桩身两侧土压力的分布规律及护岸底板下土压力分布规律。试验结果表明,混凝土凝固硬化过程对埋入板桩两侧的土压力计会产生较大拉压应力并逐步趋于稳定,板桩两侧土压力及底板下土压力受施工荷载的影响在沉桩及底板施工初期存在较大调整并逐步趋于稳定;板桩靠岸侧和临水侧土压力分布存在明显差别,靠岸侧主动土压力分布呈现先增大后减小、然后增大的非线性分布规律,临水侧被动土压力基本呈线性分布。《板桩码头设计与施工规范》[1]中推荐的土压力计算方法计算靠岸侧主动土压力和临水侧被动土压力标准值均较实测值小,基本呈现随着深度的增加差别逐渐增大的规律;在护岸荷载作用下底板下土压力呈现两端大中间小的抛物线分布规律。

抗滑桩-锚索框架组合结构受力机制研究

研究目的:目前对抗滑桩-锚索框架组合结构的受力机制还不清楚,本文以四川省东北部某一锚索框架加固边坡的滑坡为分析对象,提出抗滑桩-锚索框架组合结构加固边坡的方案。采用三维有限元程序MIDAS/GTS模拟锚索框架加固边坡的稳定性,进而模拟抗滑桩-锚索框架组合结构加固边坡方案的稳定性,分析在不同强度折减系数下抗滑桩、锚索的受力特性,以及抗滑桩和锚索的荷载分担规律,以探讨该组合结构的受力机制。研究结论:(1)采用强度折减法计算的锚索框架加固边坡的滑动面位置与实际滑坡情况一致,稳定性系数接近极限状态,计算得到的抗滑桩-锚索框架组合结构加固边坡方案稳定性系数满足规范要求;(2)随着土体强度折减系数增大,锚索承担边坡下滑力的比例减小,而抗滑桩承担边坡下滑力的比例增大,设计时不应人为地规定抗滑桩和锚索的荷载分担比例;(3)由于抗滑桩需要在边坡坡体产生一定量的位移后才能充分发挥作用,应将抗滑桩设置在牵引式滑坡的下缘或推动式滑坡的上缘,使之与锚索框架支护协同发挥抗滑作用;(4)本研究成果可为抗滑桩-锚索框架组合结构的设计提供理论依据。

高地应力深埋层状围岩隧道非对称变形受力机制研究

为深入研究高地应力层状围岩中隧道和支护结构的非对称变形受力特性和机制,以绵茂公路篮家岩隧道为工程背景,采用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究不同层理角度和地应力方向下隧道变形、钢拱架应力以及二次衬砌弯矩和轴力的变化规律。结果表明:1)层状围岩中隧道结构受力的最不利位置常出现在层理面法向方向; 2)隧道的非对称变形机制在于地应力对层理面产生的法向挤压作用和切向滑移作用,当层理面角度缓倾时,隧道拱顶和拱底承受较大挤出变形,当层理面角度陡倾时,地应力方向与层理面夹角越小,隧道衬砌在主应力作用位置产生的滑移变形越大。最后,根据层状围岩隧道变形和衬砌受力特征,提出合理的支护优化措施。

跃移砂粒起跳的受力机制

根据作者拍摄的高速电影摄影实验发现,沙粒起跳后垂直加速度均为负值,亦即沙粒跳离地面后再无大于重力的、向上的外力作用于其上,从而排除了八种起跳学说中的五种有关非接触力的起动学说,即:升力起动说、压差起动说、湍流起动说,负压起动说和涡旋起动说。在余下的三种有关接触力的起动学说中,作者估算后认为:跃移起跳是斜面飞升与冲击碰撞相结合作用的结果。在凸凹不平的地面上滚动的沙粒只需很小的速度(厘米/秒量级)就可离地而去,并从风中获取更多的能量。在地面上滚动或在空中飞行的沙粒,以不同的角度冲击其它颗粒,能以锐角和钝角反弹飞开。运动沙粒的动能只需有1/10转换为转动动能,就可使沙粒获得数百以至上千转/秒的转速。

浅埋大跨黄土隧道管棚受力机制分析

以郑西客运专线阌乡隧道为依托工程,进行浅埋大跨黄土隧道长大管棚受力机制的研究。对隧道进入下穿高速公路前的管棚纵向变形进行现场监测,根据测试结果分析管棚在隧道开挖过程中的受力特性,得到浅埋黄土隧道长大管棚受力变形规律:掌子面前方约15 m处管棚开始受力,掌子面过后约15 m管棚的受力趋于稳定,管棚的纵向变形总体上呈凹槽形分布,掌子面处管棚受力最大。通过有限差分程序FLAC3D计算不同管棚参数条件下的施工方案,为隧道下穿段管棚工法及施工方案的优化设计提供理论依据,并在下穿段沉降监测中得到验证。

夹板木剪力墙的抗侧力性能及受力机制

对8组双剪钉连接试件进行单调荷载试验,分析了板端距、面板厚度和加载方向对其抗剪切性能的影响。随后针对6组夹板木剪力墙试件开展了单调加载和往复加载试验,分析了夹板木剪力墙的受力机制,且着重研究了墙骨柱间距、墙面板厚度和钉间距等构造参数对墙体弹性抗侧刚度和抗剪强度的影响。研究结果表明:板端距和板厚决定了墙骨上双剪钉连接的破坏模式;增大面板厚度和减小钉间距能提高夹板木剪力墙的抗侧刚度和抗剪强度,而墙骨柱间距的变化则对其几乎没有影响。夹板木剪力墙在中高层木结构建筑中有着广阔的应用前景。

云南大坪金矿床控矿断裂受力机制分析

本文通过断裂带构造形迹和结构面力学性质分析、节理统计以及定向薄片显微分析,采用岩组分析法和石英变形纹费氏台测量,测得成矿前期i应力σ_1的产状为NE45°±5°,侧伏角为40°±5°;成矿期主压应力为NW70°±5°,侧伏角35°±5°;成矿期后主压应力转变为SE20°左右,侧伏角约45°。研究表明,成矿期NW向断裂具张扭性。

高切坡超前支护锚杆受力机制研究

超前支护锚杆能在边坡开挖前对危险性高切坡进行超前加固,可以有效地降低边坡开挖施工期间的破坏,是边坡工程加固的新思路。采用有限差分软件FLAC2D,分析了超前支护锚杆与高切坡相互作用中超前支护锚杆上轴力、剪应力的大小、分布特点及与开挖面的距离关系。研究结果表明:超前支护锚杆轴力呈"抛物线"形式分布,剪应力总体上呈"正弦线"形式分布。剪应力在中性点处为零,轴力在中性点处最大。

考虑微拱效应的隧道管棚受力机制分析与支护效果评价

考虑管间微拱效应、初期支护滞后效应、应力释放时空效应和基床系数变化特性,将管棚在轴向上划分为不同受力区段,建立深浅埋隧道管棚的力学理论模型,进而通过参数分析揭示管棚力学响应受影响规律。研究表明:(1)管棚在环向上表现为微拱效应,具有承载减跨效果,管棚外载为管间微拱转移的岩土压力;(2)管棚轴向上体现为长梁效应,发挥荷载传递作用,将超前围岩荷载传递至后方初支;(3)基于Pasternak弹塑性地基梁理论,推导了管棚挠度和内力的理论解,较既有理论解更贴近实测结果;(4)提出了围岩/初期支护承载比和管棚挠曲变形以量化评价管棚支护效果,为合理控制管棚变形并有效传递围岩荷载,软岩大跨隧道开挖进尺不得大于2m,拱顶附近30°范围内的管间距较其他部位应缩短5~10 cm。

传统木构建筑螺栓拼合木梁受力机制

为研究传统木构建筑中螺栓拼合木梁修缮方法的可靠性,对螺栓拼合木梁的受力性能进行研究。基于传统木构建筑修缮中的螺栓拼合作法,对螺栓拼合三架梁模型、螺栓拼合五架梁模型、螺栓拼合檩条模型进行了力学分析,得到3种类型拼合梁的中性层位置及梁受弯时的危险点位置,用材料力学方法推导出这3种螺栓拼合木梁的极限弯矩、螺栓剪力和轴力的计算公式,并利用ANSYS有限元软件进行模拟分析,有限元分析结果与理论分析结果较吻合。研究成果可为传统木构建筑螺栓拼合木梁受力计算时参考。

水电站明钢管受力机制及加强构件的参数敏感性分析

从力学机制和承载特性阐明了水电站明钢管的计算模型和典型断面;利用解析法和有限元法对水电站明钢管4个典型断面进行应力计算,通过对比分析明钢管4个典型断面的应力,揭示了两种计算方法的异同以及明钢管各部位的受力机制;进一步研究了支承环和加劲环两个部位的应力特点,并分析讨论了支承环和加劲环尺寸对这两个部位的影响。结果表明,随着支承环与加劲环高度与厚度比例的增加,支承环与加劲环及其近旁管壁单元的Mises应力值逐渐减小,且水电站明钢管的支承环和加劲环处受力情况复杂,解析法得到的等效应力值比有限元法的大,存在一些不合理的地方,因此建议采用有限元法对水电站明钢管结构进行受力分析。

大开口车辐式索承网格结构构建及其受力机制和找形研究

提出了大开口车辐式索承网格结构,其适用于体育场、足球场等大跨空间屋盖结构体系。介绍了该结构的型体构成和基本受力原理,并对结构的受力机制进行探讨。该结构由刚性网格、索杆体系、内环带桁架及内环悬挑网格组成,其中张拉索杆为刚性网格提供竖向支撑,刚性网格起到压环作用,结构在水平面内为一自平衡体系;内环带桁架将径向索承结构联系在一起,增加结构的空间整体性,提高了结构的刚度和承载力;内环悬挑网格增加刚性网格压环宽度,进一步提高了结构的承载力。分析了现有找形方法存在的问题,提出了适用于该结构体系,并可保持撑杆竖直、控制撑杆高度的找形方法,并编制计算程序,通过算例验证了该找形方法的有效性。

圆钢管自应力钢渣增强混凝土柱的受力机制及承载力计算

为研究圆钢管自应力钢渣增强混凝土(钢渣/混凝土@圆钢管)柱的受力机制,设计了8根钢渣/混凝土@圆钢管柱进行轴心受压加载试验,其中短柱试件6个,中长柱试件2个。试验考虑钢渣/混凝土膨胀率、径厚比和长径比共3个变化参数。观察试件的受力破坏全过程,获取应力-应变曲线、峰值应力等重要参数,分析各变化参数对钢渣/混凝土@圆钢管轴压柱受力性能的影响。结果表明:钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱的破坏形态表现为中部鼓曲状剪压破坏,而钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱则呈弯曲屈曲破坏;各试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、缓慢上升段等历程,与普通钢渣/混凝土相比,各试件的峰值应变和峰值应力明显提高,且钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱试件较钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱试件提高更为显著。根据极限平衡条件和全过程分析,提出钢渣/混凝土@圆钢管柱承载力计算公式。在试验研究基础上,建立钢渣/混凝土@圆钢管柱的应力-应变关系模型,理论计算结果与试验实测数据吻合较好。研究成果可为钢渣/混凝土@圆钢管柱的进一步研究和工程应用提供参考。

地震作用下抗滑桩-预应力锚索框架组合结构受力机制

为了解抗滑桩-预应力锚索框架组合结构在地震作用下的受力机制,基于四川省东北部某滑坡治理工程,采用MIDAS/GTS有限元程序建立抗滑桩-预应力锚索框架数值模型,利用位移时程曲线法对加固边坡进行稳定安全系数计算,而后输入不同峰值地震加速度(peak ground accelerations,PGA)的Wolong地震波,分析了加固边坡的加速度响应、桩锚结构内力变化以及荷载分担规律.研究结果表明,加固边坡的稳定安全系数满足规范要求,在地震作用下其上部存在潜在浅层滑面,中部和下部存在潜在深层滑面,与静力条件下加固边坡的潜在滑面分布不同,这是加速度高程放大效应所致;随着输入地震波PGA增大,加速度高程放大效应明显加强,且抗滑桩桩身弯矩和剪力增大,但其最大值出现位置不变,桩身正、负弯矩最大值分别位于距桩顶约0.7 L和0.4 L处,最大正、负剪力分别位于距桩顶约0.9 L和0.7 L处,实际工程中需注意防范抗滑桩在滑面附近发生破坏;同时随着输入地震波PGA增大,桩锚承担的荷载逐渐增大,但抗滑桩分担的下滑力比例增大,而锚索分担的下滑力比例减小,故实际工程设计中不应固定桩锚荷载分担比例.

基于PSB钢筋的高强度锚杆精细分区抗浮及受力分析

随着建筑物地下室的埋深增加、地下水位升高以及极端恶劣天气的影响,对抗浮锚杆的性能提出了更高的要求,传统抗浮锚杆的局限性日益明显。为了解决建筑物因不同区域结构自重和地下室底板埋深差异带来的抗浮难题,本文通过精细分区抗浮设计,采用精轧螺纹钢筋代替普通钢筋的高强度扩大头抗浮锚杆解决了抗浮问题,其单根抗浮锚杆的抗拔承载力为560 kN,在最大试验荷载840 kN作用下锚头最大位移仅为5.25~9.97 mm,平均值为7.91 mm,卸荷后回弹率为18.09%~46.26%,未出现破坏,展现了优越的性能。高强度扩大头抗浮锚杆存在3种类型的应力-应变模式,(压密)-预应力抵消-扩大头端压是抗浮锚杆的理想应力-应变模式,其在1120 kN荷载作用下仍能保持正常维持收敛,且抗拔承载力为560 kN时仅处于预应力抵消阶段,仍具有很大的承载潜力。

钢筋混凝土框架节点受力机制及加固方法评述

混凝土框架结构中节点承继梁柱内力,受力复杂,如需对节点进行加固,则必须先充分认识节点的受力机制,然后根据实际情况采用适宜的加固方法。对钢筋混凝土框架节点受力机制及常用的加固方法进行了叙述。