考虑附加弯矩后的大直径螺栓承载能力研究

为获得大直径螺栓典型连接结构的承载特性,在有限元分析的基础上开展地面试验研究,获得大直径螺栓的轴力与附加弯矩,揭示其破坏机理。分析及试验结果表明,附加弯矩是影响大直径螺栓承载能力的重要因素,考虑附加弯矩后,等效轴力是原始轴力的数倍。提出了考虑附加弯矩影响后的大直径螺栓强度计算公式,提高了预示精度。此外,开展了降低大直径螺栓附加弯矩的方法研究,指出了结构优化方向。

火箭对接面爆炸螺栓直径对螺栓截面载荷的影响

爆炸螺栓是箭体结构对接面承载最主要的薄弱环节之一。进行舱段静力试验时考虑到传感器安装空间等原因,通常采用直径较小的螺栓替代爆炸螺栓测量螺栓截面载荷。为得到螺栓直径对螺栓截面载荷的影响,推导了相同加载条件下爆炸螺栓截面载荷与螺栓直径的理论公式。建立不同直径螺栓连接的舱段对接有限元模型,完成舱段对接下不同直径螺栓截面载荷测量试验,将有限元分析结果、试验结果和理论计算结果进行了对比。分析结果表明:爆炸螺栓截面轴力与螺栓直径关系较小,螺栓截面弯矩与直径的平方近似成正比。

配流盘节流槽对斜盘力矩波动的影响

斜盘式轴向柱塞泵的振动噪声主要来源于其斜盘力矩波动、配流过程中高低压的转换、出口流量的波动等诸多因素。针对轴向柱塞泵工作时斜盘力矩脉动,基于AMESim软件结合轴向柱塞泵斜盘的力矩数学模型,建立斜盘力矩仿真模型。分析研究V形和U形结构节流槽对斜盘力矩的影响。结果表明:在柱塞腔与油腔连通的过程中,柱塞对斜盘力矩的大小与节流槽过流面积呈负相关,但其过流面积过小会配流盘节流槽的升压能力变差,从而导致轴向柱塞泵的斜盘力矩波动变大。节流槽过流面积变化会影响柱塞腔圧力,柱塞腔圧力变化会对柱塞对斜盘的力矩产生影响。结合U形槽和V形槽的优点,提出一种VU组合型配流盘节流槽,有效减小了轴向柱塞泵斜盘的力矩波动。

公路边坡施工过程中桩板式挡土墙受力变形特征计算分析

基于有限元软件Midas GTS NX,对公路边坡施工过程中桩板式挡土墙受力变形情况进行数值计算,查明了边坡填筑过程中桩板式挡土墙受力变形特征。结果表明:桩板墙桩身水平位移随着距桩顶距离的增大而减小,其悬臂段的变化幅度大于锚固段,桩顶水平位移随着边坡填筑高度的增加而增大;边坡填筑完成后,桩板墙桩身整体呈受压状态,随着距桩顶距离的增大,轴力先增大后减小;悬臂段剪力随着距桩顶距离的增大呈S形变化,最大值出现在锚固段与悬臂段交界处,锚固段上部剪力变化幅度不大,下部剪力变化幅度随边坡填筑高度的增加而增大;悬臂段上部的弯矩随着距桩顶距离的增大呈先增大后减小的变化规律,接近地面时,弯矩急剧变化,并在锚固段呈S形变化,最大值出现在悬臂段与锚固段交界处;在边坡填筑高度较低时,悬臂段桩身弯矩为0,锚固段随边坡填筑高度的增加逐渐由左侧受压转变为左侧受拉。

腰部设置横梁的双排桩受力分析

双排桩用于填方工程时,可在其腰部增设横梁,以提高填筑工程中双排桩的整体性。在介绍施工方法的基础上,基于有限元法,对腰部设置横梁的双排桩进行对比分析,计算结果表明:双排桩腰部设置横梁后,腰部横梁以上前排桩与后排桩的轴力与弯矩最大值均大幅度减小,故腰部横梁以上前排桩与后排桩的截面积、配筋均可大幅度减小。

基于OrcaFlex的海洋柔性管水动力分析

柔性管水动力分析的准确性与保守性直接影响着其疲劳性能计算。文章针对一种非黏结性柔性管,通过OrcaFlex对其进行整体水动力分析,得到载荷曲线;并通过波浪筛选提取典型波浪工况,将其施加到OrcaFlex分析模型中,得到了柔性管各位置处的载荷响应;最后提取了柔性管的最大弯矩和拉伸力数据,为下一步疲劳性能计算提供了数据支持。

Efficiency of employing fiber-based finite-length plastic hinges in simulating the cyclic and seismic behavior of steel hollow columns compared with other common modelling approaches

The accuracy and effi ciency of the modelling techniques utilized to model the nonlinear behavior of structural components is a signifi cant issue in earthquake engineering. In this study, the suffi ciency of three diff erent modelling techniques that can be employed to simulate the structural behavior of columns is investigated. A fi ber-based fi nite length plastic hinge (FB-FLPH) model is calibrated in this study. In order to calibrate the FB-FLPH model, a novel database of the cyclic behavior of hollow steel columns under simultaneous axial and lateral loading cycles with varying amplitudes is used. By employing the FB-FLPH model calibrated in this study, the interaction of the axial force and the bending moment in columns is directly taken into account, and the deterioration in the cyclic behavior of these members is implicitly considered. The superiority of the calibrated FB-FLPH modelling approach is examined compared with the cases in which conventional fi ber-based distributed plasticity and concentrated plasticity models are utilized. The effi ciency of the enumerated modelling techniques is probed when they are implemented to model the columns of a typical special moment frame in order to prove the advantage of the FB-FLPH modelling approach.

压力容器筒体在计及轴向力或弯矩作用下开孔补强方法

介绍了国内外标准中圆筒体常见开孔补强方法、补强原则和存在问题。基于大平板开小孔应力集中原理和开孔接管数值模拟,分析了筒体在不同方向应力比对开孔补强处应力集中的影响,发现了筒体应力比与应力集中系数的线性化规律。指出当前标准中计算方法基于纯内压工况,而实际中筒体会在弯矩或轴向力作用下改变筒体应力比,与内压下应力集中情况并不相同,如果不对现有方法进行修正,会带来安全风险和不合理设计。基于研究,提出基本解决思路、标准修订建议和适用于开孔率ρ≤0.2时的计算方法,并阐述了塔器、覆土式储存容器以及管壳式热交换器壳程等圆筒体在弯矩或者轴向力组合作用下开孔补强工程设计建议。

深埋隧道复合式衬砌内力和位移的荷载结构法

研究目的:研究任意形状的深埋隧道复合式衬砌的内力和位移具有重要理论意义和工程应用价值。本文首先通过弹性力学理论,导出轴对称荷载作用下,圆形隧道复合式衬砌的轴力和位移的解析解,并与数值解进行比较,确定初支、二衬间相互作用的杆单元弹性模量的合理取值;之后分析了Ⅳ级围岩中非圆形隧道复合式衬砌的轴力、弯矩和位移,围岩对初支、初支与二衬间的约束作用均采用杆单元模拟,其弹性模量分别取地层和初支的弹性模量;最后讨论了侧压系数对非圆形隧道复合式衬砌力学性能的影响。研究结论:(1)轴对称荷载作用下,圆形隧道初支和二衬的轴力和位移的解析解与数值解的误差不到5%,确定了使用杆单元模拟非圆形隧道初支和二衬间相互作用时,其弹性模量可以采用初支或二衬的弹性模量;(2)非圆形隧道二衬的轴力和弯矩均比相应位置处初支的大,初支和二衬分别在拱腰和拱底取得轴力最大值,均在拱脚取得弯矩最大值,均在拱底取得竖向位移最大值;(3)对于侧压系数在0.1到0.3范围内的Ⅳ级围岩,侧压系数的改变对非圆形隧道二衬最大的轴力、弯矩和位移的影响都比较小;(4)本研究结果可应用于隧道、竖井、管桩等工程结构。

基于拆除构件法的大跨度预应力网架屋盖-框架结构的内力重分布分析

采用有限元软件SAP2000对大跨度预应力网架屋盖—框架结构失去长跨中柱前后的构件内力时程变化,并选择沿拆除柱纵跨方向和横跨方向的构件为研究对象,得出结论,在柱轴力变化方面,长跨中柱的失效主要会导致沿纵跨方向的相邻一跨柱的轴力增加幅度较大,其余柱变化幅度较小,且会随距离增大逐渐变小;在梁端弯矩变化方面,与失效点相连梁端弯矩变化最大,沿纵跨方向的梁在柱失效后呈一端上部受拉,另一端下部受拉的状态,而沿横跨方向的预应力梁则是连接端弯矩有增大,另一端弯矩曲线在初始值处波动,弯矩最后无明显变化,其余梁则随距离增大,所受影响越小;在杆件轴力变化方面,上弦杆轴力在纵跨方向随着离失效点距离变远而变小,曲线变化规律明显。

局部超挖对内支撑结构的施工效应

为确定基坑开挖时局部超挖量以及控制局部超挖的施工效应,在分析实测数据的基础上,利用PLAXIS 3D数值分析软件,模拟不同局部超挖范围下支护结构的受力和变形特性,分析局部超挖对内支撑支护结构的施工效应影响范围,进而在基坑宽度固定的前提下,提出确定最适合局部超挖范围的方法。结果表明:局部超挖会对超挖区以及邻近非超挖区产生施工效应,主要体现在支护结构侧移、弯矩、支撑轴力上;局部超挖范围增大,相邻区域的内力和侧移也逐渐增大,影响范围与超挖范围存在一定关系;桩后土压力在超挖区内大幅减小,由于土拱及加载作用,邻近超挖段的非超挖区土压力会有小幅上升。

考虑横向性能的盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度计算模型

纵向等效抗弯刚度是采用等效连续化模型进行盾构隧道纵向结构分析的关键参数,其在纵向轴力和弯矩耦合作用下具有明显的非线性特征。在既有盾构隧道非线性抗弯刚度理论的基础上,考虑盾构隧道的横向变形特征,建立考虑盾构隧道横向性能的纵向非线性等效抗弯刚度计算模型,基于椭圆积分严格推导纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道在环缝完全闭合、半张开和完全张开3种变形模式下的纵向等效抗弯刚度,并根据中性轴位置方程得到各弯曲模式的临界轴力和弯矩判据,通过与既有解析模型计算结果、模型试验数据和数值计算结果的对比验证了所提出的模型的可靠性。采用该模型开展了纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横向性能对其纵向刚度的影响分析,讨论了理论模型构建时非严格椭圆积分推导的计算误差,并基于该模型提出了附加荷载作用下盾构隧道横纵向变形的耦合分析方法。研究结果表明:该模型的解析推导是准确可靠的;盾构隧道的纵向等效抗弯刚度与其横向刚度密切相关,且为正相关;在压弯状态下盾构隧道纵向等效抗弯刚度随横向刚度的增大而得到明显提升。提出的模型构建了轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横、纵向刚度的匹配性,为盾构隧道横、纵向结构耦合分析搭建了桥梁。

考虑错位角的角接触球轴承极限承载能力研究

针对角接触球轴承实际安装会出现错位角,与承受过大外载荷会产生接触椭圆被截断的情况,提出一种包含错位角的轴承极限承载能力分析模型。通过改进算法,减少方程数量,降低了模型求解难度;通过与文献、Romax软件的对比,验证了算法的正确性;最后,以角接触球轴承7008C为研究对象,分析了不同参数对极限承载能力的影响。结果表明,增大错位角与径向力、增加滚动体数量、减小滚动体直径会在一定程度上削弱极限轴向力与极限倾覆力矩;增大沟曲率半径系数与挡肩高度可以显著提高极限轴向力与极限倾覆力矩;然而,最小挡肩高度制约了轴承的极限承载能力。

连梁低屈服点钢剪切型阻尼器力学性能研究

连梁低屈服点钢剪切型阻尼器实际处于多种荷载组合作用下,针对连梁低屈服点钢剪切型阻尼器只考虑了剪力的现象,通过ABAQUS对阻尼器施加纯剪切作用、轴向–剪切作用、弯矩–剪切作用,改变阻尼器材料,将公式推导与有限元模拟相结合,研究轴力、弯矩对阻尼器力学性能的影响。研究结果表明:轴力会使阻尼器提前进入屈服,对阻尼器耗能能力影响较小;弯矩的存在会降低阻尼器的屈服荷载、极限荷载,增强阻尼器的耗能能力;材料改变对阻尼器力学性能影响不显著。

一种钢筋混凝土支撑轴力计算方法的优化研究

混凝土支撑是深基坑工程重要的支护构件,其轴力观测值是判断基坑支护体系安全性的重要依据。为提高在实际工程中支撑轴力测量值的准确性,改善传统测量方法计算得出的支撑轴力观测值往往与施工进度或理论计算值不匹配的现状。以混凝土应力、应变呈非线性变化为前提,推导2种混凝土受压条件下应力与应变的关系公式,来实现支撑轴力计算的优化。并通过室内足尺寸试验验证得到:轴力计算中,采用混凝土轴心抗压强度平均值优于采用混凝土强度设计值,采用优化的计算方法计算得到的轴力值比传统方法计算值更接近实际值且偏差在10%以内。

动荷载对微型桩深基坑开挖稳定性的影响

为研究动荷载对临近桥梁微型桩深基坑开挖稳定性的影响,以中国“一带一路”重点贡献项目格鲁吉亚E60高速公路Ubisa-Shorapani(F3)标段工程为主要依托,通过数值模拟分析列车荷载对基坑土体、支护结构内力及变形影响,并将数值计算结果与现场监测数据对比分析。结果表明:相对于无列车荷载,考虑列车荷载作用下近侧桩体最大位移和土体最大沉降分别增大14.5%、20%,基坑整体安全系数减小0.1,在开挖过程中应充分考虑列车荷载对基坑稳定性的影响。不同列车荷载施加方式下,首道支撑所受影响显著,各道支撑轴力变化幅度随开挖从上到下逐渐减小。列车荷载距离基坑边界5 m时近列车侧土体最大沉降比20 m条件下增大3.61 mm,且当距离为20 m时土体沉降几乎不受列车荷载影响,基坑稳定性较好。动荷载时速为120 km/h、距离为5 m情况下桩体内力受荷载影响较大,弯矩及最大弯矩位置深度随荷载距离减小逐渐增大,最大弯矩相比无列车荷载时增大210 kN·m。

隧道基底深厚软弱地层桩基设计数量选取研究

隧道基底的软弱地层是引起隧道底板病害的重要原因之一。基于某隧道工程,采用有限元数值分析方法,通过建立地层-结构模型,研究不同桩基数量对隧道深厚软弱地层处理效果的影响,得到以下结论:在一定范围内,隧道竖向位移、衬砌内力与桩基数量呈负相关,增加桩基数量能有效控制隧道竖向位移并减小衬砌内力;桩数为某一量值时(最优桩数由工程具体情况决定),桩基加固效果最优,继续增加桩数,隧道位移和衬砌内力不再减少。

盾构隧道正交下穿施工对既有隧道影响的模型试验与数值模拟

在城市地铁工程中,经常出现新建隧道施工近接既有隧道的情况,包括隧道水平、竖直和倾斜平行以及上下正交和斜交等,新隧道的掘进不可避免地对既有隧道产生影响。本文针对盾构法新建正交下穿隧道,以广州地铁3号线大塘-沥滘区间盾构隧道为背景,采用室内相似模型试验和三维有限元数值计算相结合的手段,引入横向和纵向等效刚度折减系数,对盾构隧道正交下穿施工所引起的既有隧道纵向变位、纵向附加轴力和弯矩、横向变形、横向附加轴力和弯矩进行深入研究,得到围岩条件、隧道净距、顶推力等因素作用下盾构隧道正交下穿施工所引起的既有隧道的变形和附加内力分布变化规律。

新建盾构隧道垂直下穿对既有隧道的影响

以某新建盾构隧道拟近距离垂直下穿苏州地铁1号线区间隧道为研究对象,采用有限元分析软件ANSYS对盾构隧道施工过程进行三维弹塑性数值模拟,分析不同间距时新建隧道垂直下穿对既有地铁隧道的影响。结果表明:应力、弯矩、轴力和土层位移均随着开挖步的增加而增加;新建隧道开挖对既有隧道的影响在3倍新建隧道直径范围之内;在条件允许的情况下,新建隧道垂直下穿既有隧道的间距应大于0.8倍新建隧道直径,否则,应采用改变施工参数、加固既有隧道周围土体等施工措施,降低既有隧道截面的应力、弯矩、轴力和土层位移的增加值,确保既有隧道结构的安全和新建隧道的顺利掘进。

圆钢管混凝土截面轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法

为便于有限元分析,建立圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法,基于合理的钢管混凝土数值本构模型,利用截面分层法对圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩-曲率关系进行全过程分析,根据轴压比、钢管屈服强度、混凝土强度等级和含钢率等各主要因素对轴力-弯矩-曲率关系的影响,通过大量参数分析,分别建立圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩相关方程实用计算公式和轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法.通过与圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩相关承载力和轴力-弯矩-曲率关系曲线试验结果的对比,验证该实用计算公式和实用计算方法的正确性.研究结果为圆钢管混凝土结构非线性有限元分析奠定基础.测试结果显示了方法的有效性.