Three-dimensional modelling of shear keys in concrete gravity dams using an advanced grillage method

Contraction joint shear keys are resilient features of gravity dams that can be considered to increase the sliding safety factors or minimise seismic residual sliding displacements,allowing costly remedial actions to be avoided.This paper presents a novel,robust,and computationally efficient three-dimensional(3D)modelling and simulation strategy of gravity dams,using a series of adjacent cantilever beam elements to represent individual monoliths.These monoliths are interconnected in the longitudinal direction by 3D no-tension link elements representing the lumped shear key stiffness contributions at a particular elevation.The objective is to assess the shear key internal force demands,including the axial force,shear,and moment demands.Shear key demand-capacity ratios can then be assessed with related multi-axial failure envelopes.The 3D link element stiffness coefficients were derived from a series of 3D finite element(FE)solid models with a detailed representation of geometrical features of multiple shear keys.The results from the proposed method based on advanced grillage analysis show strong agreement with reference solutions from 3D FE solid models,demonstrating high accuracy and performance of the proposed method.The application of the proposed advanced grillage method to a dam model with two monoliths clearly shows the advantage of the proposed method,in comparison to the classical approach used in practise.

简谐荷载作用下井字梁楼盖动力特性试验研究

以某工业厂房井字梁楼盖在大型动力设备运行时存在的异常振动问题为例,提出了增加井字梁高度、增大楼板厚度2种减振加固方案,通过缩尺模型试验研究了简谐荷载作用下不同加固方案对井字梁楼盖结构的减振效果,并通过有限元分析软件ABAQUS的数值模拟对缩尺模型试验结果进行了验证。结果表明,2种加固方案均能降低楼盖结构的竖向振动,其中增加井字梁高度比增大楼板厚度的减振效果更加显著。

大幅变宽连续箱梁桥受弯性能研究

为研究大幅变宽度连续箱梁桥的宽跨比对其力学特性的影响,以湖南省长益高速公路互通匝道变宽预应力混凝土连续梁桥为工程背景,分别建立梁格模型与单梁模型,对其弯矩、挠度及应力进行分析。研究结果表明:在仅考虑自重与二期荷载作用下,随着宽跨比的增加,各纵梁沿横截面承担的弯矩逐渐趋于均匀,各纵梁承担的应力相对平均偏差增大,空间效应明显;与增加箱室宽度而变宽的主梁相比,通过增加箱室数量而变宽的主梁的挠度与弯矩分布更加均匀。

基于广义梁格法的整体化铺装加固空心板桥荷载横向分布系数计算方法

由于整体化铺装加固后的空心板桥的铺装层较厚、横向整体性更突出,因此荷载横向分布系数的计算必须考虑整体化铺装层的影响。基于此提出采用广义梁格法考虑整体化铺装层的影响,在足尺模型试验和有限元计算的基础上,对基于广义梁格法的整体化铺装层加固后的空心板桥荷载横向分布系数计算方法进行验证。结果表明,广义梁格法的计算结果可以准确考虑采用整体化铺装层加固空心板桥的荷载横向分布规律。不同宽度、不同跨径的空心板桥,铺装层的高度折减系数取值在0.5~0.8之间时,计算结果更加精确。桥越宽则折减系数取值越大,跨径越大则折减系数取值越小。

城市高架桥斜交跨河设计研究

城市高架桥是城市立体交通网络的重要组成部分,具有提高路网交通效率和融合新老城区、城乡区域等优点,在新型城镇化发展过程中发挥着重要作用。鉴于高架桥的桥型需服从总体线路的走向,在跨越河流或地面道路等桥下构造物时,其桥墩往往需斜交并在两侧引桥转正交接顺。以广州市某高架桥为例,对此类跨河桥型进行了结构选型优选,介绍了斜交转正交变高连续箱梁的构造点及不同腹板预应力钢束异性化布置方案,并对该类型斜交桥的梁格和下部抗震计算问题进行了探讨,从而为同类桥梁设计提供一些参考方法和思路。

基于梁格法的单箱多室箱梁桥偏载系数研究

【目的】为了探究单箱多室宽桥面箱梁桥的偏载效应,明确相关影响因素对偏载系数的影响规律,以湖南省长沙市港子河大桥为例开展数值仿真与对比研究。【方法】基于商用有限元软件Midas Civil构建桥梁的有限元梁格法模型,研究单箱多室箱梁桥偏载效应,分析偏心距等影响因素对偏载系数的影响规律。【结果】研究表明,正应力偏载系数最大值为1.25,出现在跨中截面,剪应力偏载系数普遍在1.5左右,经验系数法对于类似宽桥面单箱多室箱梁桥偏载系数的估计严重偏低。活载偏心距对偏载系数有较大影响,且偏心距越大偏载系数越大,两者近似线性相关。【结论】梁格法能够较为准确地模拟单箱多室箱梁结构偏载效应,尤其是现代城市中宽桥面单箱多室箱梁桥,而经验系数法对类似桥梁并不适用,预测结果严重偏低,增大了箱梁桥开裂的风险。

装配式斜转正桥梁结构受力分析

受桥下道路条件及经济因素影响,斜转正桥梁的应用越来越广泛。斜转正桥梁同一跨各片梁的长度差异较大,通常受到弯扭耦合作用,受力情况比正交桥梁复杂得多,进行桥梁设计时需要分析每片梁的受力情况。文章以广东某高速公路项目为背景,针对高速公路装配式斜转正桥梁建立梁格模型进行受力分析,进而指导斜转正桥梁设计,通过实际项目案例验证装配式斜转正桥梁在高速公路建设中的可行性,旨在为今后类似项目提供参考。

高陡边坡锚杆格构梁双排脚手架施工技术探究

随着我国基础设施建设的发展,山地建筑及基础设施项目日益增多,高陡边坡施工越来越普遍,由于边坡陡峭,脚手架的安全与施工显得尤为重要。文章结合工程实例,详细探究高陡边坡锚杆格构梁双排脚手架施工技术。

斜交连续箱型钢混组合梁受力性能分析

文章以深圳外环高速一座(47+47)m斜交连续箱型钢混组合梁为工程背景,采用Midas Civil有限元软件分别建立单梁模型和梁格模型,对比分析了结构支反力、变形及纵横向应力变化情况,给出了两种模型的受力特性差异,得出单梁法不能准确反映横向各纵梁之间差异的结论。同时分析构造设计对主梁受力的变化的影响,结论可作为同类型桥梁设计的指导。

水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应机理

以某型水面舰船防护结构的膨胀舱为原型设计板架试验模型,依药量和爆距不同进行7个工况的水下近距和接触爆炸试验。采用光子多普勒测速系统测量模型典型位置的速度时程,收集试验产生的飞片,并对试验后板架的破口形态进行记录。结合数值方法对试验结果进行对比分析,验证试验结果的一般性及数值计算方法的准确性。根据试验和数值计算结果对水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应开展研究。研究结果表明:板架结构容易在加强筋、隔板处发生剪切或撕裂破坏形成飞片,飞片的形成与药量、爆距、板架的结构形式均有密切关系;爆炸载荷驱动下板面上各点速度以爆心投影点为中心沿板面向外呈指数衰减趋势;当爆距大于2倍装药半径后,不同药量在相同的距径比下,板架结构上正入射点处速度峰值基本相当。

基于RGB-D深度图像的船体板架非结构面模型重建方法

[目的]为准确、快速地重建船体板架非结构面三维形状,便于船体结构变形的高精度高效率测量,设计一种基于RGB-D深度图像的模型重建方法。[方法]首先通过随机抽样一致性算法与最小二乘法相结合的方式剔除点云集中的异常数据,再利用RGB彩色图像棋盘格标靶位置信息对结构多视角点云进行配准;其次将结构物面进行区域网格划分并对点云进行聚类,运用最小二乘法原理对每个网格点云子集进行空间曲面拟合,实现点云融合,在此基础上采用高阶面元实现船体结构外板表面的三维重建;最后,通过试件重构模型与激光扫描点云进行对比,验证模型重建方法的精确性。[结果]结果显示,试件三维重构模型较激光扫描点云随机点的均方根误差为1.02 mm,建模精度满足船舶建造工程需求,同时结构RGB-D深度图像数据获取时间相比于激光扫描可忽略不计。[结论]研究表明,提出的模型重建方法能够准确高效地完成船体板架非结构面三维重构,为船体结构变形测量提供了有力的数据支撑。

局域共振船体板架超结构低频隔振特性研究

声学超材料独特的亚波长带隙特性使其在船舶工业低频减振降噪领域呈现广泛的潜在应用价值。针对船舶机械设备低频振动和噪声控制问题,采用Solid-Shell多物理场耦合有限元法研究局域共振船体板架超结构弯曲波传播特性,分析船体板架超结构弯曲波带隙机理与减振特性,研究局域共振子的宽度与高度、面板厚度对弯曲波带隙特性与减振特性的影响。研究结果表明,相比典型船体板架结构及阻振质量船体板架结构,局域共振船体板架超结构在低频范围内存在弯曲波带隙,显示出优良的低频隔振性能,可以有效隔离船舶机械设备低频振动激励源。

半穿甲战斗部对不同结构形式板架侵彻效应

针对半穿甲战斗部高速侵彻不同结构形式舰船板架时,弹体侵彻能力和引信加速度响应规律认识不清的问题,采用数值模拟的方法研究弹体侵彻等效钢板、单一加筋板和十字加筋板的力学响应和过载特征,分析不同板架结构的毁伤效果和能量吸收,弹体及引信的剩余速度和过载信号。结果表明,不同结构形式板架破口大小一致,靶板的整体变形很小,加强筋产生较多的结构碎片;加强筋对弹体速度的衰减作用影响较小,但可以吸收比靶板更多的能量;加强筋主要影响弹体过载峰值,T型材面板使得弹体过载信号产生“双峰”形态;加强筋使得引信过载信号更为振荡和粘连。

基于联合静动力修正模型的斜拉桥换索方案

采用梁格法建立了双主梁有限元模型,以联合静动力法实测结果构造了多目标优化函数,采用非支配排序遗传算法进行求解,对运营多年的某混凝土斜拉桥进行了模型修正。基于此,对该桥梁进行了换索的敏感性分析,并通过对多种换索方案进行比较,确立了最优的换索方案。研究结果表明:模型修正后的静力位移和自振频率计算值与实测值吻合较好,能更好地反映出结构实际工作状态;对平行钢丝斜拉索斜拉桥,混凝土主梁下缘拉应力超限是首要考虑的问题,换索存在较大风险,换索前需采用必要的加固措施。

船体板架-模型冰碰撞模型试验与数值仿真

船-冰碰撞时船体的结构响应是极地船舶结构安全性研究的关键问题。制备非冻结模型冰、采用合理的缩尺比构建船体板架模型、基于合理的监测方法进行模型试验,试验完成后通过数据处理对结果进行分析;再利用相同的结构模型参数进行数值仿真,对比2种船冰碰撞研究方法。结果表明:各测点最大应力以及碰撞力吻合较好,验证了非冻结冰模型与板架力学模型的合理性,数据监测及处理方法的正确性以及所采用的数值模拟方法的准确性。

变载荷作用下船舶板架结构冲击评估方法

船舶身处海洋环境,在航行过程中常会因复杂的海况而遭受到诸如干/湿交替侵蚀、海洋盐雾腐蚀、海浪拍打等冲击。其结果不仅会对船舶的维护及检修造成巨大的经济损失,同时也会影响到船舶设备的使用寿命与安全性。部分船舶服役的舰载机在每次升降的过程中,其冲击载荷也会使船舶板架结构产生损伤和裂纹,不仅会降低飞机的力学性能,同时也会造成其在降落时因冲击载荷而导致结构寿命缩短。为此,本文以38CrMoAl钢材料作为研究对象,从变载荷的作用机制入手,分析38CrMoAl钢材料在海洋环境下的冲击动态力学行为,完善船舶板架结构冲击的评估方法,为船舶承受冲击载荷结构的寿命评估奠定基础。

船体板架纵骨错位对焊接变形及应力的影响

在船体板架的焊接工序中,由于制造误差产生的纵骨错位问题对焊接过程及焊接质量产生不利影响。以典型船体板架为例,在纵骨强制对齐的基础上采用顺序耦合的热弹塑性有限元法对其焊接过程进行数值仿真分析,研究纵骨错位量对焊接变形和应力的影响规律。结果表明,随着错位量的增加,错位纵骨两侧板格焊接变形分布的不对称性逐渐增强,左右两侧板格变形差值最大可增加3.7倍,且当错位量一定时,外板厚度越小纵骨错位的影响越大。此外,纵骨强制装配产生的应力与板架焊后残余应力均随错位量的增大而增加,当错位量为10 mm时,残余拉应力与压应力分别是纵骨未错位情况下的4.4倍与4.9倍。

基于梁格桥梁模型的过桥车辆轴载识别

中国交通量随着经济发展整体处于上升趋势,对交通基础设施的使用性、耐久性和安全性造成了很大的压力。因此,有效地识别移动车载对公路交通基础设施的安全性具有重要意义。基于空间梁格桥梁模型建立移动车载识别模型,相比于单主梁模型和实体模型,能够有效地考虑车辆不同横向行驶位置对车载识别的影响。以一座简支T梁桥为例,通过数值模拟探究了应变测点数、信号噪声、车速、路面粗糙度和车轴载作用位置对车辆动载和静载识别精度的影响。结果表明,基于空间梁格法的动轴载识别误差在10%-19%的之间,静轴载识别误差在8%以内。动轴载与静轴载的识别误差值变化规律一致:识别误差值随着测点数的增加而减小,随着噪声的增大和路面粗糙度等级的增加而增大,车载作用位置离桥梁中线越近,动轴载识别精度越高。然而,车速变化对动轴载的误差影响无明显规律。

预应力混凝土多室宽箱梁桥单梁模型与梁格模型有限元对比分析与研究

在路线线形受限的条件下,为追求城市桥梁简洁协调的美观效果,弯桥、宽箱梁桥以及斜交桥梁的上部结构截面形式更多的采用箱形截面,这些小曲率半径或者变宽斜交的桥梁与常规的直线或者大曲率半径上的桥梁在相同荷载作用下,结构的内力等方面差别较大。梁格法能够更加真实的反应出宽桥的实际受力情况,但是计算较为繁琐,耗时较久。通过分析单梁法及梁格法计算结果,以期通过提高单梁法分析结果富余量的方式来确保结构设计满足规范要求。

箍筋加密区检测评价的新思路

目前对于混凝土构件箍筋加密区的检测,规范方法是通过箍筋平均间距检测值与设计值的偏差大小是否满足规范要求来对加密区进行评价,此方法在某些特殊情况下,将不在精准。为此,通过分析某工程井字梁端箍筋加密区长度的实际检测数据,提出了三种梁端箍筋加密区长度实测值的取值情况,并对箍筋加密区长度不满足设计值要求时的加固设计进行分析,然后归纳总结了箍筋加密区长度实测值的取值原则,最终提出了以箍筋加密区长度实测值为依据对箍筋加密区进行评价的新思路。