基于Von-Mises屈服准则的结构安定性研究

基于静力安定定理提出了一种服从Von-mises屈服准则的静力安定分析方法。该方法将经典的安定理论与有限元方法相结合,通过构造自平衡的残余应力场,并利用有限元程序求解弹性应力场,避免了线性规划方法的维度障碍。将车辆与路面的接触应力简化为三种荷载分布形式:Hertz荷载、均布荷载和梯形荷载,研究了荷载形式和路面材料参数对结构安定行为的影响。研究结果表明,路面摩擦系数和材料屈服应力对结构安定极限的影响较大,摩擦系数越大,安定极限值越小;安定极限随着材料的屈服应力基本呈线性增长。当摩擦系数相对较小时,Hertz荷载下的安定极限值最大,而梯形分布荷载下的安定极限值最小。研究结果可为路面结构的设计提供一定的参考价值。

移动荷载作用下结构弹塑性安定分析方法及其应用研究

为了研究移动荷载作用下结构的安定性问题,以Melan静力型安定定理为基础,通过构造满足静力平衡条件的最佳残余应力场,并求解移动荷载作用下结构中的真实弹性应力场,发展了一种弹塑性安定性计算方法.该方法摆脱了传统安定性分析方法中的数学规划运算,解决了计算中维数障碍的问题.通过与前人研究结果对比,说明本方法的正确性.基于此方法,研究了列车荷载直接作用下路基的静力安定极限的第一类上限kI和静力安定极限kSD,进行轮载间距L和铁轨间距B对路基安定极限的敏感性分析,发现当轮载间距L和铁轨间距B大于等于10a时,轮载间距L和铁轨间距B对路基安定极限不再产生影响;通过分析材料泊松比v和内摩擦角φ对安定极限的影响,表明安定极限随着路基泊松比的增大略有减小,但随着内摩擦角的增大而有明显增加;并提出了一种基于安定极限荷载包络图的路基安定性评价方法和设计方法,据此可对铁路路基进行设计指导和安全性评价.

正交异性道路的安定分析

基于弹塑性理论的安定分析能确定结构在循环荷载作用下的最大承载力,因此可被用于分析柔性道路结构在长期车辆荷载下的极限承载力(安定极限值)。但以往的安定分析通常假设道路材料为各向同性,从而忽略了材料各向异性对道路承载力的影响。本文在考虑材料弹塑性正交异性的情况下,采用静力安定定理并结合有限元数值模拟,估算成层道路结构的安定极限值。研究发现,假设材料各向同性可能过高估计了道路在长期车辆荷载下的极限承载力。

移动简谐荷载作用下层状道路结构的安定下限分析

为了研究移动简谐荷载作用下层状道路结构的安定性问题,先通过傅里叶变换方法和数值积分求得三维层状道路结构在时间–空间域内的动力响应,然后考虑饱和土层的有效应力场而不是总应力场,对现有的静力安定理论和安定极限求解方法进行改进,提出了有效安定极限的概念,并与考虑总应力的安定极限求解方法进行了对比分析。此外,针对饱和土层选取不同的有效内摩擦角,分别研究了荷载移动速度、荷载频率以及道路面层刚度对层状道路结构的有效安定极限和有效临界深度的影响规律。结果表明:有效安定极限与考虑总应力的安定极限求解方法得到的安定极限有明显差异;而且在荷载移动速度较大时,有效临界深度比考虑总应力的安定求解方法得到的临界深度更深。有效安定极限的求解方法更适用于包含饱和土层的层状道路结构设计和安全评估。