承受非比例荷载的结构稳定分析

本文讨论了承受非比例荷载的结构临界荷载计算,导出了有限元分析的修正单元刚度矩阵。本文方法对工程结构设计有实用价值。

竖向荷载作用下砂土中裙式吸力基础承载特性

针对一种新型吸力基础形式——裙式吸力基础,采用有限元数值模拟方法和模型试验手段,以传统吸力基础为参照,得到基础荷载-沉降关系曲线,分析基础周围土体变形规律。研究表明:裙式吸力基础竖向承载力较传统吸力基础显著提高,吸力基础各部分承受的竖向荷载比例不同,基础顶板、主桶内外壁分担了约90%的竖向荷载,其余则由尖端部分和裙内外壁承担;随着桶体高径比增加,桶体内外壁所承受的摩阻力逐渐增加,而尖端阻力和裙内外壁侧阻力所占比例始终小于10%;基础周围土体隆起量随裙高的增加呈减小趋势,但随裙宽的增加不断增大;裙宽对竖向承载力的贡献要比裙高大得多,但裙高能有效限制土体隆起。

全跨和半跨荷载组合下两铰抛物线钢拱平面内承载力计算方法对比

全跨和半跨荷载组合作用下钢拱结构内力分布会随荷载比例发生较大变化。现有钢拱结构平面内稳定承载力计算式多是针对各单一加载模式进行分析得到的,缺乏对其在全跨和半跨组合荷载下适用性的充分考虑。针对此不足,以两铰抛物线钢拱结构为研究对象,考虑荷载组合比例、矢跨比、截面等不同参数的影响,对比分析了现行钢拱结构技术规程方法、基于完善拱模型的有限元方法和基于一致缺陷拱模型的有限元方法等多种方法的承载力计算结果。分析结果表明:当全跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计会较为保守;而当半跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计则会偏于不安全。

复合式衬砌隧道模型试验及其承载特性研究

中国山岭隧道常采用复合式衬砌支护,探究复合式衬砌的承载特性对矿山法隧道支护设计具有重要意义。设计了大型隧道结构模型试验系统,开展了毛洞、喷锚组合支护和复合式衬砌支护的大尺寸隧道模型试验,通过监测隧道破坏全过程,分析不同支护形式下隧道的破坏模式和支护结构受力特征,揭示了复合式衬砌的承载特性。结果表明:复合式衬砌支护较喷锚组合支护相比设计承载力提高了33.3%;两种支护形式下,围岩可承受约60%~75%的外荷载,施加二次衬砌后,二次衬砌可分担约15%~80%的围岩压力;喷锚组合支护较复合式衬砌相比能更好的发挥锚杆的效果。

承担全部设计荷载的隧道初期支护的设计计算方法

针对当前隧道初期支护设计存在不能承担全部设计荷载、以初期支护仰拱闭合的有利结构而不是以仰拱未闭合的最不利结构为最终设计目标而造成结构存在安全隐患以及给不出锚杆锚固力设计值和现场围岩变形很大使得采用岩体力学进行设计初期支护不具备条件的问题,提出按照"荷载-结构"的计算模型,采取结构力学力法对隧道初期支护承担全部设计荷载、对应施工"三台阶"法、对型钢钢架和喷射混凝土按变形协调条件确定各自承担荷载的比例系数、就钢架和喷射混凝土承载能力分别进行计算分析,明确在各部施工时对喷射混凝土强度以及锚杆的锚固力的要求。计算结果表明:1)采取除中心夹角60°范围外其余均匀布置分布锚杆、采用"型钢钢架+分布锚杆+喷射混凝土"支护型式的隧道初期支护完全具有承担全部设计荷载的能力,且仰拱开挖不会威胁支护的稳定; 2)应将锚杆作为支护结构的链杆支座来确定锚杆锚固力; 3)锚杆和喷射混凝土3 h的强度对支护结构的承载能力影响很大。

等截面连续宽箱梁桥横梁模型研究

预应力混凝土宽幅连续箱梁桥外形美观,整体受力性能好,行车舒适性高,在工程建设领域应用较为广泛。为了对宽箱梁桥的横梁进行合理的钢束设计,以台州湾循环经济产业集聚区路桥桐屿至椒江滨海公路工程37m+37m+37m+37m等截面连续箱梁桥为工程案例,采用有限元分析软件MIDASFEANX2022建立相关的实体模型,提取单箱多室连续梁横梁各道腹板的荷载分配比例,研究了宽箱梁腹板的受力特点,得出了单箱多室宽横梁恒载工况下边腹板受力小于中腹板、支座间距以及横梁与纵梁的相对刚度对箱梁腹板内力分配有影响的结论,为今后的同类工程设计提供了一定的借鉴。

带桩基防空地下室底板上等效静荷载的确定

参照静力荷载作用下桩与承台共同承担竖向荷载的试验与研究，结合核爆动荷载作用的特点，给出按单桩允许荷载设计时，非饱和土及饱和土中带桩基防空地下室底板上等效静荷载值。并附带阐明了在底板静荷载组合中是否应计入水压力的问题。

大型冷却塔双塔组合表面风压干扰效应试验

针对圆截面双曲线冷却塔双塔组合展开刚体模型测压风洞试验,研究双塔在不同间距不同来流方向下的表面动静态风压分布情况.通过与单塔刚体模型测压试验结果进行对比,分析双塔组合风压干扰因子和等效风荷载比例系数随塔距及风向角的变化关系.同时,对双塔在几种典型布置形式下的表面动静态风压分布和绕流状态进行了深入的分析.研究发现:即使塔间距L/D≥3,干扰因子仍大于1.2,且干扰效应与来流风向有重要关系.当以阻力系数均值为指标时,双塔布置与当地主导风向夹角宜在0°～40°之间.

上下翼缘同时受荷的工字形钢梁整体稳定性分析

现行钢结构规范中没有工字形钢梁在上翼缘均布荷载、下翼缘跨中集中荷载作用下整体稳定的计算方法.采用能量法推导出这两类荷载作用下双轴对称工字形钢梁的临界承载能力计算公式,总结了荷载比例系数对临界弯矩的影响规律.并采用有限元方法对该理论公式进行验证,在荷载比例小于3时,计算结果与理论公式吻合较好.在此基础上,通过计算分析提出了这类荷载作用下工字形钢梁的等效临界弯矩系数的计算公式,该公式具有较好的计算精度.

上下翼缘同时受荷的HM,HW型钢梁整体稳定性分析

现行钢结构规范中没有给出HM,HW型钢梁在上翼缘承受均布荷载、下翼缘承受跨中集中荷载作用下整体稳定的计算方法.根据能量理论得到的结果,考虑屈曲前变形对弯扭屈曲影响,得出上述荷载作用下双轴对称HM,HW型钢梁的临界承载能力计算公式,总结了荷载比例系数对临界弯矩的影响规律.采用有限元方法对该理论公式进行验证,在荷载比例小于3时,有限元解与理论解相差基本在5%以内.提出了这类荷载作用下钢梁的等效临界弯矩系数的计算公式.该公式最大误差不超过8%,平均误差在3%左右.

小净距公路隧道支护时机对围岩稳定性影响研究

随着西部高速公路的大规模建设,受地形和施工场地的限制,小净距隧道已越来越多地在工程实际中使用。由于小净距隧道施工工艺复杂,围岩变形和破坏机理也较为复杂,隧道的施工和支护时机对围岩和支护结构的稳定性影响很大。结合正在施工的沪-蓉-西高速公路漆树槽分岔隧道小净距段的施工特点,开展隧道在不同荷载释放比例下不同支护时机对围岩稳定性影响的研究。研究结果表明:支护越早,衬砌和锚杆承担的荷载越大,围岩的塑性变形和塑性区范围越小。及时施作二次衬砌,可以显著控制岩柱部位的变形,改善围岩的应力状态。研究成果将对同类条件下小净距隧道的施工和设计具有指导意义。

高速铁路路基基底应力计算方法研究

介绍了高速铁路路基基底自重应力的三种计算方法,即弹性土堤法、比例荷载法、均布荷载法。通过对不同坡度及不同高宽比断面的基底应力分析对比,探讨了影响基底应力大小及分布形式的因素,并以五个高速铁路路基典型工点实测值为基准对这三种方法的计算结果进行了分析对比,提出了上述三种计算方法的使用范围,并对均布荷载法的计算公式进行了修正。

梁拱组合结构桥梁梁拱挠度分承比研究

本文将梁拱组合桥梁跨中挠度与同结构纯连续梁跨中挠度的比值定义为梁拱分承比,并用力学方法推导了连续梁拱组合桥在中跨均布荷载作用时梁、拱荷载分承比的求解公式。以实桥实测值验证了该梁拱荷载分担比例,并通过改变结构参数进一步验证了公式的精度;分析了基于挠度的梁拱荷载分承比的影响因素。基于挠度的梁拱组合桥梁梁拱荷载分担比例能够利用易测量的跨中挠度进行计算,可以衡量梁拱作用机理,对于掌握实桥的梁拱荷载分担比例具有一定的参考价值。

铁路上承式混凝土拱桥极限跨径的分析

混凝土拱桥的跨越能力取决于混凝土的抗压能力,文章以混凝土拱桥在轴力作用下的压应力达到混凝土容许应力为控制条件,分析得出了主拱自重状态下的极限跨径。在此基础上结合上部结构、二期恒载、活载与拱圈自重的比例关系,得到了铁路上承式混凝土拱桥的极限跨径,并给出了不同标号混凝土的工程实用极限跨度建议值,研究结果可为工程设计人员掌握上承式混凝土拱桥的跨越能力和结构材料选用提供理论依据。

大跨连拱隧道初期支护与二次衬砌相互作用分析

大跨连拱隧道受结构和跨度的影响 ,其初期支护与二次衬砌各自承受不同的围岩压力。通过计算分析 ,二次衬砌所受荷载比初期支护大得多 ,而且在初期支护与二次衬砌间存在不均匀压力 ,二次衬砌是主要承载结构 。

拆除爆破中裸露钢筋骨架的失稳模型

拆除爆破中,框架承重立柱裸露钢筋骨架的失稳,并非单根主筋压杆失稳的简单的数学来迭加,其实质是一小型刚架的有侧向弹性约束的失稳。依此推导了具有一般性的裸露钢筋骨架的失稳临界荷载计算公式。

护拱回填暗挖法隧道支护结构安全性评价

文章依托九景衢铁路荆生坞隧道工程,介绍了护拱回填暗挖法的施工步序,利用弹性理论推导了护拱与初期支护拱部的围岩荷载分担比例计算公式,采用极限平衡理论建立了边墙处围岩受力模型,推导了初期支护边墙附加围岩压力计算公式,最后通过建立荷载-结构模型,计算了护拱和初期支护的内力、安全系数,评价了护拱和初期支护安全性。结果表明:初期支护围岩荷载分担比例与护拱和初期支护的弹性模量、厚度有关,荆生坞隧道初期支护围岩荷载分担系数约为30%;护拱拱脚竖向压力导致边墙上部围岩沿破裂面滑动,对初期支护边墙上部产生一个水平向的附加围岩压力;九景衢铁路荆生坞隧道护拱回填暗挖段护拱和初期支护均处于安全状态,初期支护安全性随围岩荷载分担系数的增大而略有降低。

输电杆塔结构新型桩-板复合基础下压承载力特性模拟分析

为了研究新型桩-板复合基础受下压荷载时,基础的承载性能及桩土互相作用的机制,应用有限元软件开展了大板基础、单桩基础和桩-板复合基础的下压承载力模拟分析。研究表明:新型桩-板复合基础的荷载-沉降曲线为缓降型曲线,下压荷载作用过程中,桩率先发挥其承载力,当板底地基土达到承载力极限时,桩-板复合基础达到极限承载力。结合现有复合桩基的相关理论,提出了一种基于单桩极限承载力Pu的设计方法,适用于新型桩-板复合基础。

岩溶大断面隧道开挖支护方案比选分析

怀邵衡铁路某大断面隧道穿越岩溶破碎带,开挖过程中围岩易产生大变形,甚至出现涌泥涌砂现象,因此选择合理的开挖支护方案显得尤为重要。文章针对该岩溶隧道,采用荷载-结构法的二维有限元模型,分析了隧道采用不同支护方案(两道横向支撑与竖向支撑,仅有两道横向支撑,无内支撑)在不同的荷载释放比例下隧道初期支护的变形与受力特性,对比分析了不同开挖支护方案的优缺点,为选择合理的岩溶隧道开挖支护方案提供参考。研究结果表明:岩溶隧道选择无内支撑支护方案开挖施工,易导致围岩变形和初期支护内力较大,但仍在安全范围以内,可以在保证隧道施工安全的前提下,确保施工进度。最后,现场实测数据验证了该支护方案的有效性。

梁拱组合连续刚构公路桥拱梁活载分承比研究

为研究梁拱组合连续刚构桥在活载作用下拱与梁的分担比例,将吊杆力等效为膜张力作用于梁拱闭合体上,使用力法推导了三跨梁拱组合连续刚构桥在均布荷载作用下的拱肋活载分担比例的解析解,通过与有限元结算结果的对比,提出既定假设条件下解析公式的修正方法,并通过灰色关联分析法研究了拱梁组合连续刚构桥拱肋活载分担比例的敏感影响因素;结果表明:经与有限元结果比较,本文解析公式的计算误差在±10%以内,推导出的既定拱肋荷载分担比例下拱肋截面抗弯刚度的计算公式可以用于梁拱组合连续刚构桥概念设计中;结论:吊杆与拱肋等代刚度比和梁拱弯曲刚度比kba为影响拱肋荷载分担比例的主要因素,增大拱肋截面刚度可以使拱肋分担更多的荷载;在刚梁柔拱的假定下,拱肋至少能承担30%以上的活载,但当拱肋分担的荷载比例超过60%后,继续拱肋截面抗弯刚度已不能大幅提高其分担的荷载比例。