常用连续桥梁桥面铺装局部力学分析

通过对连续桥梁桥面铺装局部进行力学分析,得出常用连续桥梁桥面铺装顺桥向最大纵向拉应力及横桥向最大拉应力数值及位置;竖桥向最大拉应力及最大压应力数值及位置;最大剪应力和最大挠度数值及位置。     

冷再生基层路面结构力学响应分析

针对佛山官西线冷再生路面结构形式,采用有限元BISAR计算软件进行路面力学分析,得到了路面不同深处的位移、应力、应变、剪应力和剪应变.力学分析表明,路面的位移在车轮通过的轮胎正中之轮胎外侧边缘最大,而双轮正中位置的垂直形变最小;竖向应变数值大于水平应变,且3个方向的应变均在路面深度约6 cm处达到最大值;随着路面深度的增加,各计算线的应力趋向一致;最大剪应力和剪应变出现均出现在计算线C的位置处.     

基于病害控制的钢桥面力学响应分析

针对中小跨径钢桥面刚柔复合铺装层裂缝和刚柔层层间破坏问题,提出铺装层表面拉应力和刚柔层层间剪应力的力学控制指标,应用有限元软件ANSYS建立局部分析模型,分析不同位置荷载下的力学响应,从而确定最不利荷载位置,研究超载以及制动力对剪应力的影响。结果表明:以铺装层层间最大纵向剪应力和最大拉应力作为刚柔复合铺装层设计控制指标时,最不利荷位横桥向是U形肋中心上部,纵桥向分别是1/4跨和跨中位置;严格控制车辆载重和汽车制动力会减少刚柔复合铺装层破坏的可能性。     

基于粘弹性本构的CFRP加固RC梁数值仿真分析

为探讨胶黏剂粘弹性对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)梁力学行为的影响,以Burger模型表征胶黏剂的应力-应变-时间关系,利用Laplace变换和逆变换推导了Burger模型Prony级数形式的松弛剪切模量;采用ABAQUS对粘贴CFRP加固RC梁进行数值模拟,分析了胶黏剂粘弹性对界面应力、CFRP轴力、RC梁弯矩和加固梁挠度的影响.研究结果表明:胶黏剂的粘弹性对加固梁的力学行为有一定的影响,随着持载时间的增加,界面峰值剪应力和峰值正应力均减小,CFRP轴力减小,RC梁弯矩增大,加固梁挠度增大;当胶层厚度为0.2 mm时,加载30 d后,界面峰值剪应力减小了40.1%,界面峰值正应力减小了33.0%,加固梁挠度增加了3.7‰,距离CFRP端部20 mm处截面上CFRP轴力减小了15.8%,RC梁弯矩增加了17.4%.     

弹性车轮压装过程仿真计算

建立包含橡胶件的弹性车轮有限元模型,基于Abaqus软件仿真模拟弹性车轮组装过程.分析橡胶材料的力学特性,采用Mooney-Rivlin本构模型模拟其超弹性特性,考虑橡胶件大变形且不可压缩特性,建立多个接触关系和变步长反复迭代方法以保证计算收敛和缩减计算规模,研究压装过程各部件应力变化情况.仿真结果显示:压装完成后弹性车轮整体最大von-Mises应力为129.1 MPa,出现在压环与轮心过盈配合面处;最大径向应力为143.3 MPa,出现在轮心辐板圆弧过渡处.压装完成后弹性橡胶件最大von-Mises应力为8.1 MPa,径向应力均处于压缩状态.压装完成后轮毂与橡胶接触面应力在边缘位置处较大,轮缘侧应力略大于另一侧,且边缘位置应力大于中心位置处应力3倍.压装过程中轮心辐板位置最大应力随压装进行逐渐变小,最大应力位置逐渐靠近辐板厚度较薄的圆弧过渡处.压装应力作为车轮运营过程中的预应力.     

面-基层界面粘结强度对路面力学响应的影响

由于沥青面层与基层材料存在较大差异,其接触位置存在强度突变界面,而界面的粘结强度对路面的力学响应有较大影响.首先基于BISAR3.0软件,对层间粘结强度的表征指标进行介绍,其次通过对行车荷载的模拟,分析不同层间粘结强度条件下,路面结构内部的剪应力、拉应力、弯沉等力学响应,为提高面层-基层界面粘结强度提供理论基础.     

不同荷载作用下半刚性沥青路面力学响应规律

基于半刚性基层路面典型结构建立三维力学模型,综合考虑常载、常载+刹车、超载和超载+刹车4种组合荷载,采用双轮最不利矩形接触面形式,并运用特征路径分析方式,数值模拟了路表及深层内力学响应规律。结果表明:刹车对路表弯沉和路基顶面压应变影响较小,超载影响显著;刹车主要对面层弯拉应力影响较大,并使上面层出现较大拉应力,对基层基本无影响,超载使基层弯拉应力增大显著;超载和刹车对剪应力峰值增大明显,特别是刹车使剪应力增大极其显著;在不同荷载作用下,从路表沿深度方向力学响应峰值位置会发生变化,在进行沥青路面结构设计和力学分析时应取相应位置处的值作为力学控制指标。     

盾构千斤顶不良顶推作用下地铁管片衬砌开裂特性

为指导地铁区间隧道施工盾构掘进控制和管片衬砌防裂设计,建立考虑接头-管片的盾构隧道装配式衬砌结构数值模型,基于混凝土弥散开裂本构模型,研究直线段管片衬砌在千斤顶轴向倾斜以及千斤顶端面侧移两种不良顶推作用下管片衬砌的开裂特性.研究结果表明：在上述2种不良顶推力下,顶推导致的管片衬砌裂缝主要分为封顶块螺栓孔裂缝、手孔纵向裂缝和管片环面纵向裂缝3类;当千斤顶出现轴向倾斜致裂时,拱顶封顶块环向螺栓孔处的裂缝宽度最大,且当轴向倾斜角度达到3°时,3类裂缝宽度均已超过施工的允许值;当千斤顶端面侧移致裂时,衬砌环面及封顶块环向螺栓孔位置处的宽度最大,其中端面整体向下侧移是最为不利的情况;管片衬砌开裂将导致裂缝位置处钢筋应力增大,相同开裂位置处的钢筋应力-裂缝宽度关系基本不受顶推力倾斜角度变化的影响,裂缝的宽度与钢筋的应力呈正相关关系.盾构施工时,应严格控制盾构掘进不良顶推作用,对容易产生裂缝的位置建议加强配筋以控制裂缝的发生.     

钢-混凝土组合梁温度效应的解析解

针对考虑和不考虑界面滑移2种情况,在任意温度分布作用下,推导了钢-混凝土组合梁界面剪力、相对滑移和温度应力理论计算公式,采用有限元模拟对考虑界面滑移的公式进行了验证,并在钢-混凝土温差模式(模式1)、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)温差模式(模式2)和英国规范BS5400温差模式(模式3)下,对比了温度效应的计算结果。分析结果表明:采用考虑界面滑移的剪力理论公式计算出的组合梁界面剪力分布与有限元计算结果规律一致,3种模式下剪力最大偏差分别为1.15%、2.65%和3.41%;组合梁界面剪力服从双曲余弦函数分布,界面滑移服从双曲正弦函数分布;不考虑滑移与考虑滑移计算得到的界面最大剪力基本相等,最大偏差仅为1.22%;组合梁跨中温度应力计算值的最大偏差小于1%,但组合梁端部温度应力计算值偏差较大,模式3温差为20℃时,考虑滑移时的混凝土底部温度拉应力为不考虑滑移时的1.9倍;组合梁的界面温度效应与温差成线性关系,斜率与温度分布模式有关,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移的变化速率最大,分别为9.138kN·℃-1、0.067MPa·℃-1和5.263×10-3 mm·℃-1;温差为30℃时,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移变化速率均为模式3的3倍以上,因此,不考虑钢梁温度梯度会使组合梁界面剪力、相对滑移与温度应力计算结果产生偏差,且偏差会随温差的增大而增大。     

砌体剪压复合强度的试验研究

为避免现有砌体结构剪压复合作用下较为繁琐的双向控制强度测试模式，采用一种以单向加载替代传统双向加载的改进试验装置，借助试件角度旋转获取了不同应力比下砌体剪切滑移破坏、受拉破坏、受压破坏3种破坏形态；通过数值分析对试验现象进行对比验证，揭示了不同剪压复合应力状态下砌体抗剪强度的破坏规律；以0.2和0.6为界限采用三段式剪压相关曲线构建出不同应力条件下剪压复合强度破坏准则，以0.2为界限提出了砌体剪压复合受力状态下材料应力应变关系. 结果表明:改进试验方法简捷高效误差小，理论计算与试验结果之比的均值为1.07，变异系数为0.180；试验结果丰富了砌体材料本构关系，可为砌体结构破坏准则的完善与数值分析模型的构建提供理论依据.      

Analysis of stress and strain fields of laser cladding process on ring circular orbit

The cracking of coatings and the deformation of base frustrate the application of laser cladding technology especially on surface of the ring circular orbit. In order to solve the two problems above, the stress and strain fields of the laser cladding process on the ring circular orbit were analyzed through the finite-element method, based on the temperature field. The wedge module of the ring circular ring was the subject investigated. The calculating results show that during the cladding process the crank point tends to generate the transversal crack; the centre point on the coating/base interface tends to generate longitudinal crack; the intersecting edge of the coating and base tends to generate toe crack. Moreover, the cracking tendency of the outer marginal point is obviously greater than that of the inner marginal point. The rather high stress appears at the border position where the constraint exists, and the stress on the point in front of molten pool under the range of laser irradiation is large as well. And the displacement becomes larger as the cladding process proceeds.     

基于元胞自动机的开裂混凝土氯离子扩散模拟与分析

为获得氯离子在开裂混凝土中的浓度分布以及分析裂缝形状、分布形式、偏转角度对混凝土中氯离子扩散效应的影响,根据氯离子在开裂混凝土中的扩散机理,利用元胞自动机和均匀化等效分析方法,建立了模拟开裂混凝土中氯离子扩散过程的元胞自动机模型,并利用数值试验对模型中元胞尺寸进行了优化.研究结果表明:在不影响计算精度的情况下,为提高模...     

不同滑带角度滑坡作用下隧道衬砌结构受力特征

随着越来越多的隧道工程穿越滑坡区，滑坡与隧道相互作用过程的研究尤为重要. 为研究不同滑带角度滑坡对隧道衬砌结构受力的影响，以大（同）准（格尔）铁路南坪隧道为例，采用室内模型试验、数值模拟的方法，对0°、10°、20°、30°、40°、50°不同滑带角度条件下滑坡推力作用下隧道衬砌结构受力的影响特征及变化规律进行研究. 研究结果表明:滑带角度越小，隧道变形越大，作用在隧道衬砌结构上的弯矩、剪力及土压力越大，并在拱脚处出现最大值，形成隧道拱结构左右受力不对称特征，呈现偏压现象；通过计算隧道拱结构左右两侧的竖向偏压应力比显示，在拱肩位置且滑带为0时，偏压应力比为1.17，随着滑带角度的增大，隧道衬砌拱结构左右应力差越来越小，趋于平衡拱；在拱脚位置，偏压应力比随滑带角度的增大而逐渐增大，隧道衬砌拱结构左右两侧所受应力差越来越大，趋向于偏压隧道，最小偏压比和最大偏压比分别为1.08、1.87.      

斜支撑钢箱梁变形分析

介绍箱形梁变形的特点,分析在不同斜率下斜支撑连续钢箱梁的变形。根据具体的试验规划,建立支撑线与梁横向交角为0°、15°、30°、45°的三跨连续钢箱梁的试验模型。利用ABAQUS通用有限元程序建立与试验相对应的计算模型。其有限元计算结果与试验数据吻合较好。通过试验数据采集和有限元计算,主要考虑钢箱梁在弹性工作状态下的节点竖向位移、纵向位移以及不同斜率下的挠度,对比分析斜率对钢箱梁变形的影响。     

基于构型力断裂准则的骨料干涉作用分析

为研究沥青混凝土内部裂纹初始构型（如裂纹初始偏转角,空间位置）的改变对裂纹扩展路径以及裂纹扩展方式的影响,以裂尖构型力为断裂准则,通过扩展有限元XFEM建立具有不同初始构型的裂纹模型,模拟裂纹经过单骨料和非对称双骨料的情况;从裂纹扩展路径和裂尖构型力变化等方面分析骨料干涉作用下裂纹初始构型对裂纹扩展的影响.结果表明：1）在单骨料干涉作用下,裂尖构型力随骨料与初始裂尖夹角的增大而逐渐增大,表明骨料对裂纹扩展的干涉作用逐渐减弱,当其超过60°后,骨料对裂纹扩展的干涉作用可忽略不计;2）在非对称双骨料干涉作用下,随着骨料圆心连线与x轴夹角的增大,双骨料对裂纹扩展干涉作用愈加明显,当其大于45°时,裂尖构型力明显偏小,即骨料对裂纹扩展表现出“止裂”效果;3）当裂纹初始偏转角发生改变时,单骨料与非对称双骨料对裂纹扩展的干涉作用具有相似性,其裂尖构型力随偏转角增大呈现先增加后减小的趋势;4）当偏转角为45°时,裂尖构型力偏大,意味着裂纹趋于非稳定状态,骨料对裂纹扩展的抑制效果较弱,致使骨料对沥青混合料抗裂性能的提高受到一定限制.     

铁路钢轨裂纹萌生的键型近场动力学预测模型

为克服经典连续介质力学在解决不连续问题时的困难,采用近场动力学方法预测铁路钢轨的裂纹萌生,以避免数学构架在不连续处的失效问题;建立了考虑轨枕支承作用的钢轨形变分析模型,分析了模型参数合理取值及收敛性,计算了车轮滚动接触荷载下的钢轨位移;根据近场动力学损伤理论,以键伸长率为指标,分别研究了车轮全滑动、粘着-滑动及无摩擦状态对铁路钢轨裂纹萌生的影响规律。计算结果表明:近场动力学模型和经典连续介质力学模型的钢轨形变计算结果十分吻合,最大计算误差均在8%以内,验证了所建近场动力学模型的正确性;当裂纹萌生于钢轨轨头时,其启裂位置不在钢轨表面,而在钢轨表面以下约2 mm的位置,与现场观察结果一致,验证了近场动力学方法在模拟铁路钢轨疲劳裂纹萌生时的适用性;当车轮荷载位于钢轨跨中时,在车轮状态由全滑动向无摩擦转变的过程中,钢轨疲劳裂纹的萌生起点位置由轨头转移到轨底、由接触斑前端转移到接触斑中心,裂纹类型由局部滚动接触疲劳裂纹转变为整体结构疲劳裂纹,键最大伸长率由1.1×10-3降低到8.1×10-4,因此,增大切向接触应力会降低钢轨裂纹萌生寿命;当车轮荷载位于轨枕上方时,随车轮滚动状态的改变,钢轨裂纹的萌生位置始终位于轨头。      

6号对称道岔脱轨机理及影响因素

编组场内使用的主型6号对称道岔发生多起脱轨事故，其安全问题一致未得到有效解决. 为探索脱轨原因、提出合理应对措施，首先基于准静态轮轨接触理论分析道岔区轮轨接触特征，进而建立车辆-道岔耦合动力学模型，以车轮动态抬升量为评价指标分析车辆、轨道、道岔结构参数对爬轨性能的影响特性. 结果表明:轮缘贴靠尖轨尖端时接触角仅为53°，脱轨系数临界值不足0.73，是导致6号对称道岔脱轨风险较高的根本原因；尖轨顶宽5 mm处降低值由14 mm减至10 mm、转辙角由1.1° 降至0.9°、无轨撑扣件的垫板刚度由150 kN/mm降至50 kN/mm等措施，均可使得车轮抬升量保持在3 mm以下；道岔前端设置长度不小于3 m直线段、保持良好的轴箱定位状态、尖轨侧面摩擦系数保持在0.3以下也有利于防止脱轨事故发生.      

钢桥面板纵肋与横隔板焊接细节疲劳开裂的加固研究

为研究钢桥面板疲劳开裂部位栓接角钢的加固方法，采用足尺模型试验对纵肋与横隔板焊接细节疲劳裂纹的加固效果进行研究，采用ANSYS建立了含有疲劳裂纹的有限元模型，并基于断裂力学理论对比研究疲劳裂纹不同长度条件下的加固效果. 研究结果表明:纵肋与横隔板焊接细节的疲劳裂纹起裂于焊趾并沿纵肋腹板扩展，采用栓接角钢加固后可以使开裂部位关键测点的主拉应力和裂尖各测点的应变分别降低56%和80%，能够有效抑制疲劳裂纹的扩展；栓接角钢加固后裂尖的应力强度因子幅值最少降低80%，裂纹扩展速率显著降低；对贯穿纵肋腹板前不同长度的疲劳裂纹进行加固，裂尖应力强度因子幅值均降低60%～90%，但随着疲劳裂纹长度的增加，栓接角钢的加固方法对裂纹扩展的抑制效果不断降低，加固时机的合理选取是影响加固效果的关键因素之一.      

溶蚀岩体各向异性力学性质的试验研究

溶蚀岩体通常对岩体工程稳定性具有关键控制作用. 为了揭示富含层理溶蚀岩体各向异性力学性质演化规律，分别针对不同溶蚀率（K = 0%，5%，10%，15%，20%）的岩体进行室内单轴抗压试验，获取每种溶蚀率条件下不同夹角（α = 0°，30°，45°，60°，90°）抗压强度和弹性模量，分析岩体破坏特征，依据试验结果建立含层理溶蚀岩体抗压强度和弹性模量的预测模型，并进行实验验证. 结果表明:抗压强度在α = 0°，90° 时最大，α = 45° 时最小，整体呈现对称U形；弹性模量在α = 60° 最小，α = 90° 最大，整体呈现不对称U形；完整岩体抗压强度以及弹性模量的各向异性指数最大，分别为1.98、3.05，随着溶蚀率增大其值逐渐减小，K = 20%时，分别为1.10、1.36；溶蚀率较小岩体变形破坏受岩体基质和层理控制，以劈裂、错动剪切和滑动剪切为主；随着溶蚀率增大，变形破坏受溶蚀孔隙和骨架控制明显，以骨架鼓胀剪切错动、压碎破坏为主.      

基于离心试验的边坡倾倒变形下弯折带演化特征

边坡倾倒变形过程中岩层弯折带的发育特征与演化规律是研究该类边坡变形破坏的地质过程与力学行为的关键. 为了揭示坡角变化对弯折带发育规律的影响,以澜沧江古水水电站坝前倾倒变形体为原型边坡,概化设计3组不同坡角的试验模型,通过离心模拟试验,尝试再现反倾层状岩质边坡倾倒变形的演化过程,分析边坡内部岩层弯折带的发育特征. 研究结果表明:边坡倾倒变形主要发生在倾倒折断基准面上方,基准面与层面法线的夹角位于12°～16°,该值不随坡角的改变而发生变化;边坡倾倒变形时,弯折带由坡脚开始以参差阶坎状的形式向坡顶延伸直至贯通,坡度陡的边坡会在一级弯折带上方的已倾倒岩体中产生新的次级弯折带,边坡倾倒折断模式由单级折断逐渐转为多级折断;弯折带孕育过程可概化为3个阶段:岩层弯曲变形、坡脚破裂-弯折带向坡顶延伸、弯折带贯通-坡体临界失稳;坡角变化对边坡倾倒变形发育特征有较大影响,随着坡角的增加,边坡倾倒变形范围扩大,程度加剧.