上承式悬带桥力学特性实验和模拟分析

为满足新工科人才培养需求,结合结构力学课程改革,开发了上承式悬带桥力学特性分析的高阶教学模块。针对3D打印制备上承式悬带桥模型开展了变形和破坏性实验,对结构内力和变形进行有限元数值模拟,分析结构的位移-载荷关系等力学特性。教学实践表明,实验、数值模拟和理论结合的高阶模块的探索有助于加强学生对理论知识的理解,有利于培养学生解决工程问题的能力。

输电铁塔主材内力与基础水平位移关系式的研究

铁塔基础在遭遇地质灾害的情况下会发生垂直和水平位移;相比于水平位移,人们多关注基础垂直位移对塔构件内力的影响,但水平位移对杆件内力影响同样不可忽略,研究输电铁塔基础水平位移与铁塔安全性的关系具有重要意义。为了推导基础水平位移与铁塔主材内力的解析式,运用梁和杆的刚度等效方法和能量法,给出了单腿水平位移作用下四个塔腿承受弯矩的比例关系,推导出主材在第一横格面处的最大弯矩,通过简化模型推导出单腿基础水平位移作用下铁塔各塔腿主材最大轴力表达式,并通过有限元计算对最大轴力表达式进行修正。输电铁塔受上部荷载在主材中主要产生轴向拉(压)应力,而基础水平位移主要产生弯矩应力。本文给出的主材内力与塔腿位移表达式可作为输电线路塔腿基础发生水平位移后铁塔的安全评估的依据。

高应力炭质板岩隧道开挖支护结构受力评价研究

为探究高应力下炭质板岩隧道开挖过程中围岩位移、支护结构内力变化规律,依托渭武高速木寨岭公路隧道,采用有限差分软件FLAC3D建立三台阶七步开挖法下炭质板岩隧道的数值模型,提出强、中、弱3种支护方案;分析开挖距离对围岩位移、支护结构内力等因素的影响,并对支护设计参数合理性评价。研究结果表明:开挖过程中围岩累计沉降和收敛变形量比较:强支护<中支护<弱支护;开挖相同距离下,随着支护强度上升,支护提供的弹性抗力越强,围岩沉降和收敛变形减小;以强支护为例,支护结构轴力呈现先增大后减小的趋势,最终轴力不断上升但趋势变缓的特征,开挖距离50 m趋于稳定;支护设计参数评价时,开挖距离(50 m)结束,强、中、弱3种方案钢架受压安全系数最小值分别为3.903、3.718、3.264,#1拱顶处强支护钢架较喷射混凝土先破坏,混凝土安全系数最小值分别为3.491、2.987、2.666,#2左拱腰处喷射混凝土较钢架先破坏,故选择中支护方案,材料I25b×C25、初衬厚度26 cm、钢架距离0.8 m。研究成果可为类似软岩隧道开挖和支护结构的设计提供一定参考。

地下联通通道基坑工程上跨既有隧道施工控制技术

某地下联通通道工程与已建地铁区间隧道并行距离长,通道底部距离区间隧道顶部仅为2.03~3.32 m,基坑深度为6.8~7.6 m,只能采用明挖法实施。为研究项目实施对既有工程可能产生的影响,通过MIDAS有限元软件,将地下联通通道整体开挖过程按照8大块、16步开挖的施工步序进行模拟,系统分析工程实施对隧道变形稳定性的影响与变化规律。根据既有工程经验和模拟结果,验证“小分块、快开挖、早封闭、勤量测”实施建议的合理性,通过对相邻既有工程在位移和内力上的变化证明地铁隧道的分析合理性。经过工后评价对比,证明实施建议很好地控制了超近距离施工对既有工程的影响,并将其影响控制在允许范围。研究对类似条件下工程项目提出相关建议,为同类项目的设计与施工提供参考。

基于模拟退火算法优化的支持向量回归机对内螺旋槽切削力的预测

鉴于内螺旋槽加工领域缺少预测精度良好的切削力预测模型。基于ABAQUS软件对内螺旋槽的切削加工过程进行了有限元仿真,并由此得出切削力数值;通过模拟退火算法对支持向量回归机预测模型进行参数寻优,得出最优参数以及最优切削力预测值,为刀具设计提供依据,并经切削力实验对预测值进行验证。通过仿真以及切削力实验可知,模拟退火算法优化的支持向量回归机预测精度比优化前的预测精度提高了50%以上,且模拟退火优化的支持向量机模型能够应用于实际内螺旋槽的切削加工中。

地铁隧道斜穿施工对桥桩影响的数值分析

地铁隧道穿越施工引起既有桥梁桩基沉降变形及承载力损失,可能会严重影响桥梁正常使用.采用数值方法研究了隧道斜穿施工对既有桥梁桩基位移变形和内力的影响.通过与现场实测结果进行对比,验证了数值模型的准确性.研究结果表明:拱顶上方的桩基沉降量最大,沉降变形对合位移的贡献率达98.7%,而桥梁右幅桩基以横向挠曲变形为主;斜穿施工引起的桥桩变形空间效应显著,合位移方向与隧道轴线呈一定角度,该角度与埋深、桩-隧水平距离有关;桩身弯矩受桩-隧水平距离影响显著,桥梁上部结构对桥桩变形约束作用不能忽略;桥桩轴向受力状态不同,拱顶上方桥桩基本受拉,而其他位置桥桩以受压为主;衬砌厚度、衬砌后注浆范围对桥梁沉降变形影响规律相似,而地表加固深度对桥梁沉降的影响规律较为复杂.

不同方向卸载对基坑支护位移内力的影响

基坑的开挖是一个水平和竖向压力同时卸载过程;为了研究不同方向卸载对基坑支护位移内力的影响,通过修正的邓肯-张模型模量公式,分别考虑只有水平和竖向卸载情况,对某基坑开挖进行了有限元模拟,发现水平卸载是产生水平位移的主要因素;与考虑水平卸载相比,只考虑竖向卸载时能够使支护产生负内力。通过分析,对支护结构上的实测内力总是小于设计值的原因作出了解释。

水平梯形分布荷载桩双参数法的数值解

为提高现有水平梯形分布荷载桩设计计算水平,提出了地基系数按双参数抗力模式表达下的水平梯形分布荷载桩位移和内力计算的有限差分数值分析方法,并详细推导了桩身位移的差分格式。基于这些公式,编制了全桩位移、内力及侧土抗力的计算和图形处理程序,可适用于滑坡抗滑桩和深基坑悬臂支护桩的设计计算。算例表明,该方法方便可靠,当有限差分段划分得足够小时,可使数值解接近于真实解。通过调整地基系数进行试算,可实现桩身位移和内力计算结果与实测或实际值较好吻合,从而为有试桩资料的条件下反算地基抗力系数提供了一种验算方法。计算程序的自动图形处理有助于桩身结构设计的优化和经济效益的提高。

高烈度地区多跨长联连续梁桥抗震体系研究

为研究高烈度地区多跨长联连续梁桥采用不同抗震体系时的抗震性能,以韩江特大桥主桥[(55+4×90+55)m连续梁桥]为背景,分别采用传统抗震体系、延性抗震体系和减隔震体系进行抗震设计,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,比较采用不同抗震体系时桥墩在罕遇地震作用下的地震响应。结果表明:在罕遇地震作用下,连续梁桥采用减隔震体系时,摩擦摆支座顺桥向来回滑动,形成稳定、饱满的滞回环,支座耗散地震能量显著;采用延性抗震体系时,固定墩墩底滞回曲线为完整的滞回环,地震能量通过塑性铰的滞回机制进行耗散;采用减隔震体系时,桥墩的顺桥向位移较传统抗震体系大幅降低;采用延性抗震体系时,桥墩的顺桥向位移比传统抗震体系下大;采用减隔震体系或延性抗震体系时,固定墩的内力响应较传统抗震体系下都大幅降低,且采用减隔震体系时减震效果更好。

辅助墩对多塔斜拉桥力学行为的影响

为改善多塔斜拉桥受力性能,在边跨设置辅助墩,采用有限元法分析辅助墩对多塔斜拉桥力学行为的影响,讨论辅助墩对不同结构布置的四塔斜拉桥的静力行为的影响。结果表明,设置边跨辅助墩能在一定程度上降低多塔斜拉桥的塔顶水平位移、跨中挠度、跨中弯矩和塔根弯矩,对提高结构刚度有一定效果;对已采取其它加劲措施的四塔斜拉桥,设置边跨辅助墩有利于进一步提高结构整体刚度。

幕墙索网结构有限分析计算方法的研究

建立幕墙由m根横向索、n根竖向索组成的正交索网结构的计算力学模型,在网点分配荷载及预张力作用下,列出钢索变形后的平衡方程、位移方程和弹性变形位能与外力作功方程,用有限分析方法将竖向索包含n个由2m+5变元组成的非线性方程组,将横向索包含m个由2n+5变元组成的非线性方程组寻求数值解。每一网点要求满足受力平衡及位移连续条件计算钢索的张力和位移。设计有限分析计算程序并进行数值计算,最后给出算例。

某基坑框架预应力锚杆柔性支护结构的数值模拟分析

框架预应力锚杆柔性支护结构是当前基坑工程中常采用的一种支护方式,但是对其进行数值模拟分析目前未见报道。结合工程算例,运用有限元软件ADINA,选择合理本构模型,对某基坑框架预应力锚杆柔性支护结构进行了数值模拟。结果表明:基坑最终水平位移最大值出现在基坑顶部,锚杆预应力值和作用位置对坑壁水平位移影响显著;基坑地表沉降和坑底隆起均随基坑开挖深度的增加而增大;锚杆轴力随基坑开挖深度增加而增大,且沿长度方向呈曲线分布,其最大轴力作用点连线近似于基坑滑移面曲线,锚杆轴力最大值沿基坑深度方向呈"弓形"分布。数值模拟表明框架预应力锚杆柔性支护结构在深基坑支护工程中控制变形的效果显著,值得进一步推广应用。

不同受力方向条件下兔直肠黏膜位移量的有限元模拟分析

目的:观测受力方向对兔直肠黏膜位移量的影响。方法:通过测算直肠黏膜内脱垂(IRP)兔直肠黏膜层与黏膜下层的力学指标建立IRP兔肛门直肠有限元模型,模拟在直肠黏膜上施加大小相同方向不同的两种力(一种力垂直向下,一种力平行于直肠黏膜方向),以黏膜脱垂相对明显层面的不同节点为观测对象,计算两种力作用下的节点位移量。结果:测得兔直肠黏膜与黏膜下层的杨氏弹性模量为(4.088 8±0.161 5)MPa、泊松比为0.470 0±0.005 0、剪切弹性模量为(1.390 9±0.059 5)MPa。将数据输入兔肛门直肠有限元模型后,测算得两种力在兔直肠腹侧848与850节点的黏膜位移量无显著性差异(P>0.1),但在直肠中间位852节点、背侧的854与856节点存在显著性差异(P<0.05)。结论:受力方向影响兔直肠黏膜位移量,提示黏膜受力方向的差异可能影响排便。

混合型网壳结构的有限元法分析及受力特性的研究

混合型网壳是一种新型空间结构形式 ,采用板壳元、空间梁单元、杆单元的组合结构有限元法对这种结构的受力特性作了探讨分析。通过分析混合型扁网壳结构的位移、内力分布规律 。

门式刚架中半刚性节点的性能探讨

门式刚架中普遍采用的端板类连接是典型的半刚性节点连接,在介绍各国规范有关端板连接的设计规定和研究现状的基础上,采用转动弹簧来模拟端板连接节点的半刚性,利用ANSYS软件对半刚接门式刚架进行了非线性有限元分析,探讨了半刚性节点对门式刚架内力和位移的影响.算例表明,端板半刚性连接对门式刚架的内力和位移有较大影响.建议在设计中应采取相应措施,考虑节点半刚性的不利影响.

地铁车站围护结构对主体结构内力与位移的影响研究

为提高地铁车站的安全性,利用数值模拟软件研究了围护结构对地铁车站主体结构内力与位移的影响。通过ANSYS建立有、无围护结构两种情况下的荷载结构模型,并采用相同的荷载组合进行数值模拟,得到两种情况下的内力和位移情况,并对两种情况进行对比。研究结果表明:在主要考虑内力的情况下,采用无围护结构的主体结构进行建模较为合理;而在主要考虑位移的情况下,采用有围护结构的主体结构进行模拟比较贴近实际。无围护结构的主体结构模型与有围护结构的相比较,其内力偏大,但具有安全储备,且侧墙的位移会偏小。在实际工程设计中应根据考虑的主要对象选择适当的模型。

基于综合刚度双参数法抗滑桩的数值分析

基于综合刚度原理和双参数方法,提出了进行抗滑桩全桩位移和内力计算的有限差分法,推导了相关公式,编写了实用的计算和图形处理程序。由程序实例计算图形处理结果,探讨了滑坡推力分布形式、双参数m和1/n,以及不同桩底条件对抗滑桩位移和内力的影响,对抗滑桩的设计具有指导作用,有效提高了抗滑桩设计的经济性和安全性。

超大跨径斜拉桥纵向极限风荷载作用下约束体系研究

为研究超大跨径斜拉桥在纵向极限风荷载作用下的合理约束体系,以某主跨1176 m斜拉桥为背景,采用BNLAS非线性有限元软件建立该桥整体结构模型,分析半飘浮体系、单侧纵向约束体系、两侧纵向约束体系及弹性索体系在纵向极限风荷载作用下的纵向位移和内力效应。结果表明:主梁上没有纵向约束的半飘浮体系结构,作用于梁上的纵向极限风荷载通过斜拉索全部传递到桥塔上斜拉索锚固处;主梁上增加纵向约束后,作用于主梁上的纵向极限风荷载大部分通过纵向约束直接传递给桥塔,大大降低了纵向极限风荷载在桥塔上的作用高度,有效减小了结构纵向位移和塔底面内弯矩;在桥塔处设固定支座或弹性下拉索,将主梁与塔连接,主梁上的纵向极限风荷载直接传给桥塔或桥墩,是减小超大跨径斜拉桥纵向极限风荷载作用效应的有效途径。

钢筋混凝土开孔板受力分析

通过对开有矩形孔的钢筋混凝土板在不同支承条件下的有限元数值计算,探讨了开孔板的内力分布及变形特征,并根据计算结果提出了开孔板弯矩计算的简化方法,对开孔板的工程设计与研究有一定的参考价值。

水平受荷桩性能的有限元分析

为了进一步了解单桩在水平荷载作用下的工作性状,本文采用ANSYS有限元软件对水平荷载作用的单桩受力变形进行了三维模拟分析,引入了面-面接触单元,考察了桩、土的不同设计参数对单桩水平受力性能的影响,得到了水平荷载作用下桩身的内力分布和侧向位移分布规律.通过分析比较,为合理优化桩的桩径、桩长和桩身弹性模量等参数,达到降低工程造价提供依据,供工程应用参考.