跨地裂缝三孔斜交箱涵结构受力性能和变形规律研究

以西安站改扩建项目为工程背景,完成足尺三孔斜交箱涵结构受力性能数值模拟研究,分析荷载与地裂缝协同作用下结构的受力过程与可能破坏形态,开展缩尺比例为1∶15的三孔斜交箱涵缩尺模型静载试验,与有限元结果进行对比分析,明确变形缝斜交和板墙开洞等复杂条件下箱涵结构的裂缝发展、位移变形和应力分布规律,验证了数值分析的可行性,并提出设计建议。结果表明:足尺数值模型与缩尺试验模型的应力路径和裂缝分布吻合较好;最不利工况下,箱涵顶板混凝土开裂部位较多,纵向挠度变形较小;斜交变形缝处,钝角较锐角处更易产生应力集中现象,各部位易出现应力集中的顺序依次为跨中、钝角、锐角和板墙隅角;采用平行于变形缝的斜向布筋方式可降低因钢筋截断而产生的应力集中,优化传力路径;建议在顶板洞口横向位置处增设暗梁,洞角布置斜向钢筋,降低洞口周围的局部集中应力。

临江漫滩区超深地连墙成槽变形影响因素分析

为研究深厚砂层地连墙槽壁稳定性特征及其主要影响因素,以南京地铁11号线柳洲东路站地连墙成槽施工为工程依托,通过数值模拟方法建立有限元模型。研究结果表明:地表沉降和槽壁水平位移的发展主要集中在成槽前期,而成槽后期变化较小。成槽结束时地表最大沉降为21.8 mm,产生位置距槽壁距离约3.6 m处,沉降影响范围约为距槽壁10 m范围内。槽壁水平最大位移发生在地面以下4.4 m粉质黏土层中。槽壁加固对于控制浅层土体成槽失稳具有显著效果,地下水位埋深对地表沉降的影响最大,浆面深度、泥浆重度、槽段长度次之,软土层厚度影响最小。浆面深度对槽壁水平位移的影响最大,地下水位埋深、槽段长度、泥浆重度次之,软土层厚度影响最小。

壁厚对波纹钢管涵受力与变形特征影响分析

以桐岳高速六标波纹管人行通道为工程背景,采用有限元数值模拟的方法,分析不同壁厚(5 mm,6 mm,7 mm,8 mm,9 mm)条件下拱形波纹钢涵洞受力及变形的特征。结果表明:壁厚的增加会整体降低管涵的应力;壁厚的增加对管涵侧面的应力变化控制效果要好于管涵顶部和底部区域;壁厚的增加可以减小波纹钢管涵的变形,当壁厚增加至一定的值时,减小的变形量较小;若仅考虑壁厚对结构的受力及变形这一影响因素,本工程中波纹钢管涵的较佳壁厚选择为7 mm。

中小学校大跨操场屋面结构常见工程问题及新型楼盖体系介绍

随着近些年深圳中小学校建筑新建筑形态和功能布局的不断变化,学校使用方陆续反映新建筑中的大跨度操场屋面结构存在诸多工程问题。对此提出了相应的解决思路和办法,同时推荐了一种新的高效且高舒适度大跨楼盖结构,为该类建筑提供了一种新的结构解决方案。进一步通过实际案例的数据对比分析,说明了该结构的诸多优势,如该结构体系将大部分构件的弯剪内力转化为轴向力,使结构材料的利用率提高、工程量减少、工程造价大幅降低;又由于大部分构件的弯剪变形也转化为轴向变形,使得结构的总体变形得到较好的控制,楼盖的舒适度也有了较大的提升,因此是一种非常适合于这种大跨操场屋面的结构。为了更好地推广该结构,最后提出了该大跨结构的设计构造措施要点和避免屋面裂缝的应对措施。

污水处理厂超深基坑锚索施工方案应用研究与分析

为研究深大基坑多层锚索的施工期间对深基坑周边地表的沉降影响规律和支护结构的变形协调作用,以合肥市钟油坊污水处理厂超大深基坑工程为依托,结合实际工程中支护结构和周边环境的监测数据,采用FLAC 3D对该基坑每层锚索施工阶段进行数值模拟分析,并对比研究每层锚索施工过程中的支护结构侧移、周边地表沉降以及支护方案空间效应,揭示锚索施工期间基坑变形规律.研究结果表明:锚索支护体系可有效控制基坑周边地表沉降和支护结构顶部的侧向位移;锚索支护体系具有明显的空间水平约束效应,锚索施工期间基坑周边围护桩都呈现中间水平位移大、基坑拐角水平位移小的特点;随着施工的进行,各层锚索轴力逐渐增大,先施工的锚索轴力普遍大于后施工的锚索轴力;由于后施工锚索轴力平均损失率较大,虽然能保证锚索的正常施工,但对基坑周边地表沉降产生明显的影响,影响范围约为基坑深度的2倍.

隧道衬砌混凝土/岩石组合体动力学特性数值模拟研究

为探讨混凝土-花岗岩组合体的动态破坏机理,采用LS-DYNA软件建立分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)数值模型,模拟了组合体在不同冲击荷载、主动围压、节理接触面积(JMC)、锯齿形状和界面倾角下的σ-ε关系、强度特性和能量特性。结果表明:组合体的抗压强度与围压、JMC和冲击压强呈正相关,随界面倾角α的增大(0°→90°)呈“U”形变化,倾角α接近材料破坏角45°时组合体破坏最严重,耗散能最大;界面的存在使得应力波在混凝土-岩石试件中传播更为复杂,组合体动态峰值抗压强度的大小主要取决于混凝土,具有明显的应变率、围压增强效应;同一入射能作用下,其值接近组合材料屈服极限时,混凝土-花岗岩、花岗岩-混凝土组合体和混凝土单体的反射能接近,相比混凝土单体,波阻抗大的岩单体透射能大,吸收能小;组合体破碎形态主要表现为混凝土的劈裂和压剪破坏。研究结果有助于理解组合岩层的动态破坏规律。

地下车库外侧天井做法剖析

混凝土挡土墙在工程中应用广泛,但是设计人员往往重视不够,通过对实际工程中的地下车库外侧天井结构方案比选确定采用混凝土挡土墙结构为最优结构方案,从而引入对混凝土挡土墙设计工作的具体分析,列举了挡土墙计算简图选取的误区以及施工方式对结构计算简图的影响,工程师要考虑施工对结构受力最不利情况,同时应在设计文件中对施工提出合理要求。通过设置挡土墙基础结构拉梁的方式在不影响其他专业的前提下确保结构挡土墙稳定性并且满足天井结构抗浮要求,利用挡土墙受力弯矩图节省结构材料达到降低工程造价的目的,结构师采用结构计算理论应符合工程实际情况,脱离实际的理论计算会对工程造成安全隐患。并建议利用计算机辅助设计的方法提高设计人员的工作效率,最终得到获得业主满意的工程。

土体固化在桩基施工中的应用

主要介绍土壤固化剂在桩基施工中的应用,结合项目所在地的土体情况,对比分析土壤固化剂加固土体、碎石换填以及混凝土硬化3种土体加固方案,确定项目桩基施工前采用土壤固化剂进行土体加固,并通过试验验证该方法在桩基施工中基底土层承载力满足施工要求。

爆炸荷载作用下大跨度动被覆结构荷载分布规律

为了研究常规武器爆炸作用下大跨度被覆结构的荷载分布规律,首先通过现有经验公式的计算对比,指出了现有公式的适用范围和局限性;其次利用岩(土)中地冲击经验公式,计算得到了不同跨度和不同爆距时环向各点自由场应力的分布规律和峰值应力包络图,并将部分计算结果与数值模拟进行对比,规律基本一致;最后将拱结构环向各点自由场径向峰值应力乘以反射系数,计算得到大跨度动被覆结构径向荷载的分布规律。研究表明,跨度的增加使常规武器爆炸荷载的局部作用效应更加显著,成类三角形分布,结构的荷载形式应简化为三角形荷载。

爆炸作用下跨度对地下结构破坏形态的影响

针对爆炸等动载作用下深埋大跨地下结构的动力响应进行研究,应用ANSYS/LS-DY-NA非线性动力有限元分析程序,采用流固耦合算法和透射边界,对不同跨度地下拱形结构在不同垂直起爆距离时进行封闭式爆炸数值模拟,得到了不同跨度地下结构的破坏形态和最大应力变化曲线。结果表明:大跨度地下结构由于自由临空面的增大,破坏形态与小跨度结构的受力状态完全不同,跨度越大,远处爆炸对结构安全及围岩稳定性影响越大,结构的动力学特性会发生本质的改变。

浅埋大跨地下拱结构拱轴力学及数值优化研究

通过力学分析与有限元计算探讨浅埋大跨地下混凝土拱结构合理拱轴形式及拱轴优化问题。首先,基于曲梁平衡微分方程推导出浅埋大跨地下拱结构的合理拱轴微分方程。然后,分别采用SAP2000及ABAQUS有限元软件对相同参数下的不同拱轴混凝土拱结构进行内力比较分析,验证推导所得合理拱轴线的合理性。接着,以最大限度减小拱圈截面弯矩为优化目标,采用迭代法对拱轴进行优化,并以圆弧形拱轴为例进行计算分析。最后,将优化后的圆弧拱轴与本文所得合理拱轴的拟合曲线进行内力比较,得到合理拱轴线的近似最优解。本文的研究可为混凝土拱结构设计提供参考。

加劲索网对超大跨度气承式膜结构性能影响

气承式膜结构质量轻、柔度大、几何非线性强,布置加劲索网可能对其力学性能有较大的影响,但对超大跨度气承式膜结构研究较少,且现有《CECS 158-2015膜结构技术规程》没有给定气承式膜结构风振系数设计建议值.针对这一现状,建立了布置加劲索网与不布置加劲索网的2种大跨度气承式膜结构模型,分析了它们在内压及自重作用下应力及位移的区别.以0°风向角为例,采用CFD技术求得其风压系数并施加到2种气承式膜结构上,对比分析加劲索网对整体结构位移及应力影响.采用完全法进行风振时程响应分析并计算其风振动系数.结果表明:布置加劲索网与否对找形分析结果影响较小,在内压和自重作用下,膜面位移及应力的变化规律大致相同;但在静风作用下布置加劲索网的气承式膜结构最大位移相对减小57.3%,最大应力减小25%,且迎风侧凹陷处明显减小;加劲索网的布置对气承式膜结构的风振系数影响较小,该气承式膜结构的风振系数统一可取1.3.

桥塔抗弯刚度随机性对斜拉桥动力特性的影响

为了研究大跨斜拉桥结构参数不确定情形的动力特性,建立了鄂东长江大桥的平面有限元模型.考虑桥塔截面抗弯刚度的随机性,利用递推随机有限元法,分析了大跨斜拉桥频率和振型的均值和均方差.在此基础上,研究了桥塔截面抗弯刚度随机性对大跨斜拉桥动力特性的影响.研究结果表明,当桥塔截面抗弯刚度变异系数达到0.3时,桥塔截面抗弯刚度的不确定性对鄂东长江大桥平面内第18、19、29、34、37和43阶频率和振型有较大影响.

多维地震波作用下地铁车站及场地的地震反应

研究了不同类型多维地震波作用下地铁车站及软土场地的地震反应特征。以上海软土场地条件下的某双层地铁车站为背景,采用有限元方法建立了描述场地土与地铁车站结构相互作用的二维非线性力学模型,其中利用等效线性化方法模拟了土的非线性。以不同类型基岩的多维(含水平向和竖向)地震波作为输入,运用ANSYS软件数值分析了软土场地中地铁车站结构及场地的地震反应,比较了不同类型地震波作用下地铁车站结构和场地地震反应的差异.算例结果表明:在长周期地震波作用下地铁车站结构的内力响应峰值以及场地地表的加速度响应峰值和位移响应峰值均明显大于普通地震波作用下的相应值;考虑竖向地震动时双层地铁车站底层中柱的柱底轴力较单一水平向地震动作用的情形有明显增大;地铁车站的存在使结构上覆土层加速度响应峰值和位移响应峰值有所降低.

建筑结构设计中的基础设计形式探究

近年来,在整个社会发展的带动下,我国建筑业稳步向前。在房屋建设中,基础设计作为建筑结构设计的主要组成部分,对建筑工程经济安全有着重大影响,本文通过分析建筑基础设计的重要性,设计原则,步骤,形式的探讨,等方面因素,同时例举建筑结构基础设计一些问题并提出相关对策,旨在提升基础的稳定性,提高房屋工程质量,同时在积极优化基础设计方案方面,为房屋建筑经济适用性提供了重要思路。

火灾中受保护钢构件的温度数值计算

利用传热学原理,考虑保护层表面热阻和保护层厚度内温度的非线性变化,建立受保护钢构件在火灾条件下瞬态导热微分方程,并计算其截面温度。

于家堡枢纽站房南段地下结构体系研究

研究目的:天津于家堡枢纽站房南段地下结构为地下火车站,位于长轴跨度143m的贝壳形钢结构网壳下,站台不设柱。为解决重载、大跨、顶板上下结构柱网不对应、上部网壳水平荷载大、顶板超大开洞、洞边板大跨悬臂等技术难点,需对结构体系进行研究。借助有限元,对拱形和框架两种结构体系进行分析。研究结论:(1)与框架体系相比,拱形体系顶梁弯矩小,但主要构件仍超出了钢筋混凝土的承载能力。(2)由于柱距大且不均匀、顶板超大开洞,拱形体系顶梁受拉严重。(3)内拱外平断面的拱效应不如从其下边缘起拱的真正拱。(4)针对于家堡枢纽南段地下结构的特点,框架体系优于拱形体系。

基于三维破坏机制的浅埋硐室塌落面上限分析

鉴于二维破坏机制无法真实反映实际工程中浅埋硐室顶部围岩的三维破坏特征,将二维破坏机制扩展到三维空间中,构建了一种新的浅埋硐室顶部围岩三维破坏机制。通过计算三维破坏机制中的内能耗散功率和外力功率,得到了包含速度间断面方程的目标函数。利用变分法,对该目标函数求极值,得出了浅埋硐室顶部围岩塌落体曲面方程的上限解。在此基础上,绘制了塌落体的三维图像,并分析了塌落体随单一影响参数变化而变化的规律。研究结果表明:当地表荷载较大且支护力较小时,隧道顶部围岩的潜在塌落范围较大,不利于维持浅埋硐室的稳定性。

顶管电缆隧道施工对邻近建筑物和地下管线的扰动影响

采用离心机物理模型试验和有限元数值计算方法探究了软土地区顶管电缆隧道施工对邻近浅基础建筑物和地下管线的扰动影响,并提出修正Peck公式评估顶管施工对邻近浅基础建筑物的扰动影响。首先,通过离心机物理模型试验,定性分析了顶管电缆隧道施工过程中地层损失率变化对邻近浅基础建筑物和地下管线的影响;其次,将有限元数值计算结果与离心机试验数据进行对比分析,验证有限元计算的有效性;最后,通过有限元模拟结果提出用于评估顶管施工对邻近浅基础建筑物扰动影响的修正Peck公式,并与现场监测数据进行对比分析。研究结果表明:顶管电缆隧道施工对邻近浅基础建筑物和地下管线的扰动影响随着地层损失率的增大而增大,地下管线刚度的增加可以有效减小邻近顶管隧道施工的影响;有限元数值方法可以较好地评估不同地层损失率下顶管隧道的施工工况;修正Peck公式能较好地反映在软黏土区域内顶管电缆隧道开挖对周围地层产生的扰动影响。研究结果可为软黏土地区顶管电缆隧道的施工提供一定参考价值。

大跨矿山法隧道新型支护结构受力分析

在城市地下特殊暗挖区间采用新型支护结构形式的连拱隧道代替传统大断面隧道,即左右两单洞平行设置初期支护,侧壁相连形成中墙,二衬结构和防水独立施作.以北京地铁16号线为例,介绍车辆段出入线段内新型支护结构连拱隧道的特点.采用FLAC3D进行三维仿真模拟,结合实际施工监测数据,综合分析新型支护结构连拱隧道在开挖过程中的受力状态,得出了结构连接节点受力转换合理,隧道支护结构稳定可靠的结论,验证了该结构类型的连拱隧道及其开挖工法的合理性.