开采与均布载荷条件下无粘结双层叠梁变形-开裂-垮落的数值模拟

采用已开发的拉格朗日元方法、变形体离散元方法及虚拟裂纹模型耦合的连续-非连续方法,开展了开采及均布载荷条件下无粘结双层叠梁变形-开裂-垮落的数值模拟研究,研究了开采间隔(可比拟开采速度)、均布载荷(可比拟开采深度)及单梁叠放顺序的影响。叠梁由上软下硬或上硬下软两单梁构成。研究发现:随着开采间隔的增加,叠梁的位移值先增加后基本不变,首次开裂对应的开采距离减小,开裂位置增多,但增速变慢;随着均布载荷的增加,在开采过程中,叠梁先后呈现出弹性变形、开裂及垮落,离层变得不明显,叠梁的位移值增大,但不超过采高,首次开裂对应的开采距离减小,开裂位置有增多的趋势。当均布载荷较小时,上硬下软叠梁的开裂位置多于上软下硬叠梁的;但当均布载荷较大时,二者大小不确定,这反映了叠梁开裂后岩块之间复杂的相互作用。当均布载荷较大时,单梁叠放顺序的影响变小。

具有弹性夹层的文克勒地基上双层叠合梁的解

将双层叠合梁之间的接触状况拟合为一符合 Goodman假设的弹性夹层 ,导出了Winkler弹性地基上双层叠合梁的微分方程组及其解析解。通过引入“广义夹层反应模量”计入了夹层水平和竖向反力引起的梁截面的剪切和拉压形变效应 ,它有效地提高了计算精度 ,尤其是在双层梁结构有间断的场合。

具有水平摩阻力的弹性地基上双层叠合梁的解

将双层叠合梁之间的接触状况拟合为一符合Goodman假设的弹性夹层,并对Winkler地基模型加以推广,把地基视为具有水平和竖向反力的弹性支承体,进而,导出具有水平摩阻力的弹性地基上双层叠合梁的微分方程组及其解析解.随后,提出了考虑梁截面竖向拉压和水平剪切效应的夹层和地基广义反应模量的概念和计算式.最后,通过几个算例来考察地基水平摩阻力对叠合梁挠度、截面总弯矩力和最大弯拉应力的影响.结果表明,地基水平摩阻力的影响将不能被忽略.

移动质量作用下双层叠合梁的动力学分析

主要分析了移动质量作用下双层叠合梁的振动特性。在分析中移动质量的加速度是任意的。基于一些假设,列出了系统的应变能和势能,并利用广义哈密尔顿原理导出了横纵耦合的动力学方程,然后利用有限元法和Newmark法求解了该方程。数值算例表明:移动质量的速度越大,双层叠合梁的中点横向位移就越大;当移动质量位于梁中点时,中点的纵向位移为零。在其他条件相同情况下,双层叠合梁比单层梁具有较高的刚度-重量比。所得结论为设计强度高且重量轻的结构提供理论依据。

顺层双层岩质边坡屈曲性态研究

视顺层双层岩质边坡为叠梁结构,以其地质背景及力学作用机制为依据,分析了双层岩质边坡变形破坏机理,抽象出岩梁结构简化分析模型。利用梁板屈曲理论,探讨了叠梁的屈曲性态和分叉特性,建立了岩层结构的灾变判据。分析表明,对于顺层双层岩质边坡,这种计算模型和判据更接近实际情况,为边坡稳定性分析提供了一种理论依据。

盾构隧道双层衬砌结构弯矩分配的解析模型

考虑盾构隧道双层衬砌结构中二次衬砌的结构性功能,研究盾构隧道双层衬砌结构弯矩分配特性,推导了弯矩分配比例的解析表达式。并采用有限元方法数值模拟了盾构隧道双层衬砌结构3个典型的例子,将解析解与有限元数值模拟结果相比较,验证了所推导解析解的正确性。研究表明,二次衬砌混凝土的所分担总弯矩与初次衬砌管片所分担总弯矩的比,近似等于各自截面惯性矩的比。在常规设计的双层衬砌厚度条件下(管片厚度h_1=0.5m,二次衬砌混凝土厚度h_2=0.2m),初次衬砌管片所分担总弯矩94%以上,而二次衬砌混凝土所分担总的弯矩仅仅占6%以下,二次衬砌对结构的承载能力贡献较小。

沥青加铺层温度应力研究(Ⅰ)：力学模型

研究比较了3维有限元模型、平面有限元模型和弹性地基上双层叠合梁模型在分析旧混凝土路面上沥青加铺层温度应力的适用性,指出加铺层路面结构变形视二垂直方向变形之叠加是可行的.由于旧混凝土路面接缝造成的结构间断,加铺层层底应力集中现象明显,收敛较其截面内力(弯矩和轴向力)困难,加铺层受力状况宜用其截面内力表征.调整双层梁的水平剪切变形和竖向拉压变形效应系数,弹性地基上双层叠合梁模型的加铺层截面内力计算结果与2维平面模型的结果具有很好的一致性.

沥青加铺层温度应力研究(Ⅱ)：内力及层间反力近似解

将旧水泥混凝土路面板温度变化引起的沥青加铺层路面结构的变形效应,分解为旧水泥混凝土路面板收缩引起的拉压效应、翘曲引起的弯曲效应,以及已知层间水平摩阻应力引起的弯曲效应三种,推导这三种效应的解析解;讨论旧水泥混凝土路面板收缩和翘曲时上述三种效应的组合及相互影响,给出沥青加铺层截面内力、层间接触应力的计算显式,并论证用这种先分解后组合的方法求解旧水泥混凝土路面板上沥青加铺层温度应力是可行的,且具有足够精度.