100 m~150 m跨混凝土拱桥基于特定钢拱架的预拱度快速计算方法

针对100 m~150 m跨混凝土拱桥所采用的特定钢拱架的预拱度计算问题,提出了一种用拱圈自重变形和钢拱架变形比值快速计算钢拱架预拱度的方法。为了得到不同矢跨比和拱轴系数下的钢拱架变形比值,编写了通过导入MCT文件建立Midas/Civil有限元模型的辅助程序,实现从单元、边界条件、施工阶段和施工阶段联合截面定义的全过程快速建模,对拱圈混凝土分底板、腹板、顶板三环浇筑,考虑钢拱架与拱圈的联合作用,给出了钢拱架预拱度计算公式。计算结果表明,对于常用矢跨比和拱轴系数的混凝土拱桥,拱圈分环浇筑变形与拱圈自重变形比值的平均值为4.37~4.88,为方便钢拱架弹性变形计算,建议变形比值统一取5.0。将该方法应用于一座净跨径为135 m的混凝土拱桥钢拱架预拱度计算中,得到的钢拱架弹性变形与空间模型结果最大误差为4.30%,满足工程精度要求,表明该方法合理可行,可在混凝土拱桥钢拱架预拱度计算中推广应用。

三心拱断面地下管廊结构地震动力响应分析

针对地下管廊抗震的问题,以郑州市耿河变电站到博文变电站之间的三心拱断面地下管廊为研究对象,利用ANSYS Workbench软件建立三维实体模型,对其进行前6阶的模态分析,发现该管廊存在纵向振动、竖向振动、横向振动以及转动。基于模态分析,对管廊在水平地震和竖向地震作用下的位移响应、加速度响应和主应力响应进行分析。结果表明:最大的水平和竖向位移峰值分别为-24.222 mm和-8.954 mm;最大加速度峰值分别为3354.2 mm/s^(2)和1646.0 mm/s^(2);第一主应力峰值分别为514.7 kPa和244.15 kPa;第三主应力峰值分别为-608.15 kPa和-256.71 kPa,可得出水平地震占主导作用。对管廊的横向地震动力时程进行分析,改变频谱特性、结构材料强度、结构埋深等参数,分析其对管廊抗震性能的影响。得到研究的管廊结构在地震波频谱特性约为1.1 Hz时最为敏感;混凝土强度的改变对管廊结构的动力响应影响不大;随管廊埋设深度的增加,周边土压力加大,使其内力逐步上升。

考虑弹性压缩的弹性支承抛物线拱内力解析解

为解决非理想边界约束的拱结构内力理论计算问题,将非理想边界约束简化为弹性支承,基于弹性中心法对其力法方程进行简化,考虑弹性压缩的影响,采用精确曲线积分,推导了竖向移动荷载作用下计算弹性支承抛物线拱刚臂长度、常变位、载变位和内力的解析解,研究了弯压刚度比、矢跨比和水平弹性约束对支承处水平推力的影响规律,以及水平弹性约束对拱轴内力分布的影响。研究表明:该文提出的解析解物理概念清晰、正确可靠,可以显式地明确呈现弹性支承相关参数对内力计算的影响过程;不考虑拱肋弹性压缩影响导致的水平推力计算误差随弯压刚度的增大而增大,拱趾支承为刚性约束时误差最大,可以达到27.8%;水平弹性支承对拱轴内力分布和水平推力具有显著的调控作用;水平推力影响系数随矢跨比的增大呈非线性增大,当弯压刚度比为1.93、水平弹性支承柔度系数为0.02时,常见矢跨比对应的水平推力影响系数在0.15左右。

郑州国际文化交流中心结构设计

郑州国际文化交流中心项目建筑造型新颖,为规则性超限的复杂高层建筑。其主入口部分含大跨拱支结构,内部为数层大跨楼面结构,与相邻结构单元通过大跨连接体相连,主体采用了钢框架-中心支撑结构体系。主要介绍了结构方案选型、超限结构设计措施,重点论述了主入口的巨拱及相连的观景平台、空中连接体的结构设计要点。采用相应的结构分析软件对结构进行了不同水准地震作用分析、抗震性能化分析、巨拱稳定分析及关键节点分析。分析结果表明,结构体系传力明确,整体结构安全可靠,经济合理。

横腭杆在正畸临床中的应用及其力学机制的研究进展

横腭杆是一种在正畸临床中应用广泛的固定矫治器的辅助装置。本文就横腭杆在正畸临床中的应用及其力学机制进行综述,为临床医师提供参考。与传统观念不同,单独使用横腭杆并不能有效加强支抗,将其与其他传统支抗加强装置联合使用可以在某些情况下提供充足的支抗。同时,横腭杆可以辅助唇侧固定矫治维持牙弓宽度,辅助排齐牙列,纠正不良习惯,使矫治效率得以提高,副作用减少。用作主动矫治装置时,横腭杆可以使单侧或双侧磨牙在三维方向进行移动,尤其适用于改正磨牙旋转和宽度不调。应用力学原理对横腭杆与双侧磨牙连接构成的双力偶系统进行分析,可以增进对于矫治机制的理解,提高矫治结果的确定性。近年来,横腭杆常常与种植体支抗联合使用以压低磨牙或整体近移或远移上牙列。未来研究者可探讨更多横腭杆与种植体支抗、上颌骨性扩弓装置等结合方案以进行正畸治疗。

古地下隧道砌体高拱结构受力机理的研究

历史名胜古迹曹操地下运兵道已有千年历史,该结构为砌体高拱结构,属于小型隧道。根据《公路隧道设计规范》(JTG 3370.1—2018),该隧道为深埋隧道,由此确定了结构的荷载模型。通过受力机理分析研究,采用弹性中心法绘制内力图,并利用ANSYS软件进行有限元模拟。结果表明,弹性中心法和有限元法计算结果一致;在不考虑路面荷载时,拱圈满足承载力要求,竖直墙体弯矩较大,导致墙体变形;考虑路面荷载后,拱顶处出现较大的正弯矩,拱腰处出现较大的负弯矩,容易导致上部拱结构发生脆性破坏,竖直墙体弯矩变大,致使墙体产生更大的变形,与现场破坏情况十分吻合;高拱结构可视为三次超静定结构,结构中发生开裂的位置形成类似塑性铰的机制,使得内力重分布,过多的开裂点会使得结构丧失承载力。

深部巷道U型约束混凝土拱架力学性能及支护体系现场试验研究

针对处于深部、断层构造破碎带等条件下的难支护巷道,提出U型约束混凝土（UCC）拱架新型支护技术。对拱架的承载特性及变形规律等进行数值及室内试验研究,并明确新型拱架失稳破坏的关键部位,综合分析UCC拱架支护体系的作用机制。研究结果表明：UCC短柱具有较好的延性和后期承载能力,极限承载力相对U型钢短柱提高127%~196%;UCC拱架承载能力是对应U型钢拱架的2.16倍;UCC拱架支护体系作为一种新型的三维立体支护体系,围岩控制效果显著,该支护体系下巷道围岩变形量最大为53 mm,仅为U型钢拱架的20.6%,且UCC拱架能够提供高强支护阻力,有效保证支护体系的安全性。

方钢约束混凝土拱架力学性能及破坏机制

针对处于深部、高应力、构造破碎带等条件下的困难支护巷道,提出了方钢约束混凝土(SQCC)新型支护体系,并对其主要组成部分方钢约束混凝土拱架进行了深入研究。推导出任意节数直腿半圆形拱架的内力计算公式,结合工程实际计算出现场采用的4节拱架在均布荷载作用下的内力分布,得到内力最大的部位为拱腿上部和拱顶;通过SQCC构件强度分析对可能的关键部位进行校核,得到拱架均压作用下最先破坏的部位为拱腿上部以及拱架的极限承载力为1 315 k N。采用地下工程约束混凝土拱架1∶1大型试验系统对SQCC全尺寸拱架进行了力学加载试验,结合利用ABAQUS软件对SQCC拱架进行的数值试验,分析了极限承载力误差率δFe-Ft=-7.1%,δFe-Fn=-1.1%和关键破坏部位、内力以及应力应变等多个结果,从而对拱架力学性能和变形破坏机制进行了研究,同时也验证了理论计算和数值试验的正确性。

U型约束混凝土拱架力学性能及变形破坏机制试验

针对深井高应力巷道支护难题,基于常规U型钢拱架设计了一种U型约束混凝土(UCC)支护系统。为明确支护系统核心构件UCC拱架的力学性能及变形破坏机制,采用自主研发的地下工程约束混凝土拱架1∶1力学试验系统,并结合数值计算方法,开展了系统的试验研究。结果表明,均压加载条件下,室内试验UCC29拱架的屈服荷载为1 230 k N,极限荷载为1 310 k N,数值模拟与室内试验结果相差仅为8.86%和12.5%,拱架整体呈现"拱顶上升,拱腿内敛,整体变瘦高"的变形形态,最大变形部位在拱腿中部至起拱点位置。拱架变形破坏机制为局部强度破坏造成拱架整体失稳。现场应用效果显示,UCC拱架具有显著的围岩控制效果,为深井高应力巷道提供了一种新型支护形式。

钢筋混凝土拱桥拱箱现浇施工力学行为分析

钢筋混凝土拱桥拱箱在无支墩拱架上现浇施工时,对裸拱架和已形成部分拱环2个阶段分别进行了流水压力静力计算、自振特性分析和屈曲分析,表明先期形成的拱环与拱架的横向联合作用明显。对先形成2个边箱和先形成底板及部分腹板2种分环方案进行了比较,发现分环方式不同,其横向联合作用的强弱也有差别,后者要优于前者。选择合理的分环方式并利用已形成的拱环与拱架的横向联合作用,可以有效提高施工中拱架的横向稳定性。

混凝土现浇箱形拱圈与拱架联合作用研究

混凝土箱型拱桥在无支墩拱式拱架上现浇施工时,采用分环分段的施工方法,可以利用拱圈与拱架的联合作用,减少钢拱架的用钢量,达到节省施工成本的目的。通过大型通用有限元软件MSC.Marc2005的模拟及实桥测试数据的分析,发现先期浇注的混凝土拱环与拱架的联合作用明显,拱圈可承担其自重的43%,即拱架只承担拱圈重量的57%,利用联合作用可节约用钢量达30%。同时提出了一个估算拱架承担拱圈重量的公式,该公式简便实用,并通过两种施工工艺的计算结果验证了该公式的准确性,可用于指导初步设计。

曾家沟大桥拱架设计与分析

在施工中利用钢拱架进行混凝土预制块砌筑拱圈,钢拱架的工作性能直接影响到砌筑拱圈的安全性。利用有限元软件M IDAS,对钢拱架施工的受力状态进行了数值分析。分析结果表明,在主拱圈砌筑的各个节段,钢拱架的应力均满足强度要求。利用钢拱架在山区水深狭谷地形修建圬工拱桥是一种经济的施工方法,克服了搭设满堂支架对施工场地的要求,可供同类工程参考。

连拱隧道中隔墙设计与施工力学行为研究

在连拱隧道施工中,中隔墙扮演着至关重要的角色。中隔墙上方作用荷载大小,不仅关系着连拱隧道在施工期间结构的安全,还直接影响工程造价以及隧道建成后衬砌结构的长期安全性。结合连拱隧道施工期间中隔墙的实际受力过程,建立中隔墙作用荷载的计算力学模型;采用FLAC程序,在0.5～2.0D埋深条件下,采用三导洞法和中导洞法对连拱隧道施工力学过程的II～IV类围岩的21种工况进行非线性数值模拟。同时,提出应用于中隔墙设计的作用荷载计算表达式及各类围岩相适应的施工工法。研究结果直接指导金丽温高速公路二期工程多座连拱隧道的变更设计,对今后国内连拱隧道中隔墙的设计施工有一定的参考价值。

偏压连拱隧道优化施工的研究

针对多数连拱隧道修建中存在浅埋地形偏压结构受力状况,结合金丽温高速公路二期工程20多座隧道实际情况,选取有一定代表性浅埋地形偏压覆土厚度,对不同坡度1:1～1:1.5情况下(Ⅱ类取7种、Ⅲ类取3种)偏压连拱隧道结构受力及围岩屈服破坏等进行了施工步骤优化研究。结果表明,一般情况下,连拱隧道施工存在两种偏压效应:一种是因地形偏压引起,称之为“地形偏压”;而另一种则因连拱隧道的分部施工所引起,称之为“施工偏压”。这两种偏压有明确作用方向,产生结果也不相同。对连拱隧道左右洞,按“先外后里”工序施工,能够利用“施工偏压”来部分程度地“抵消”因地形偏压产生的结构偏压受力的不利情况。因此,采用“先外后里”工序施工,实为浅埋偏压情况下连拱隧道最优施工工序。

特大石拱桥施工拱架结构的设计与计算

某特大桥为主跨146m的空腹式石砌拱桥,净矢高32.44m。本桥施工拱架采用万能杆件和木排架拼组而成,介绍了其施工拱架的构造设计与计算方法。

深埋隧道三心拱洞室平面应变模型试验研究

随着隧道的埋深增加、地应力将进一步增加、岩体变形的非线性效应进一步显现,为研究深埋隧道围岩的受力变形特点,以重庆市共和隧道为工程背景,进行深埋隧道平面应变模型试验研究。自行研制了满足工程围岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度、泊松比、内摩擦角等指标要求的相似材料,应用内窥摄影技术,全程跟踪了模型试验破坏的全过程,采用"过程分析"的方法,研究高应力条件下隧道关键部位的变形特征、裂纹演化特征。试验结果表明,高应力条件下,洞室围岩变形局部化现象严重,变形发展呈现阶段性、延发性和不对称性;初始围岩损伤是后期急剧破坏的诱因,整个破坏过程可以分为:裂纹局部扩展、裂纹急剧贯通、残余强度三个阶段;已破坏岩体仍然具有承载能力,其残余强度对围岩稳定性具有重要意义。

公路连拱隧道中隔墙的若干技术问题

连拱隧道设计、施工过程中,中隔墙起着至关重要的作用。结合近年来国内公路连拱隧道建设的实例,分析总结了中隔墙的结构型式、合理参数选取及其不同施工工艺和工序对中隔墙受力性能的影响和连拱隧道中隔墙防排水系统等关键技术问题的最新研究成果,以指导建设实践。

立式微铣床龙门结构的对比与优化设计

在立式微型铣床的设计初期,需关注机床整体承载结构的设计和布局,为达到设计精度要求提供必要的保障。从提高立式微铣床龙门结构刚度的角度出发,首先利用Ansys软件对四种常见龙门结构模型进行静力学分析和模态分析,并对比了各结构的静动态刚度特性;在对比结果的基础上,提出了一种基于三心拱的新型龙门结构,并通过仿真验证了该结构静动态刚度的优越性。最后在以减小静力变形量和提高一阶固有频率为目标,对新型三心拱龙门结构的高度和跨度参数进行了优化设计,实现了微铣床龙门结构静动态刚度的提升。

拱架现浇钢筋混凝土拱圈浇筑长度研究

分析了拱圈混凝土浇筑过程中拱架的变形规律,提出了以拱架变形量确定拱圈混凝土浇筑长度的新方法,推导了相应的计算公式,得到了在忽略同一环先期浇筑混凝土刚度影响时,整环混凝土浇筑完成后拱架变形是一个常数的结论。基于拱架挠度影响线,应用ANSYS的APDL语言编制了拱架现浇钢筋混凝土拱圈浇筑长度和变形计算程序。该程序能根据指定的变形条件,自动计算出每段混凝土的浇筑长度。算例结果表明:当以拱架变形量为控制目标时,应将每段混凝土浇筑时产生的拱架变形比例控制在0.5～0.6比较合理。

优化弦杆长细比对钢拱架结构行为的改善

将微调拼装式钢拱架的叉形腹板变换成菱形腹板构造出一种新的钢拱架型式,这种新构造出来的钢拱架在材料用量一样的情况下,其上、下弦杆的长细比仅为可微调拼装式钢拱架的一半。利用MIDAS软件建立两种钢拱架的空间有限元模型,对两种钢拱架在拱桥施工中的弦杆压应力进行了对比分析,得到新构造的钢拱架是更为优化的拱架结构型式。