串联型粘弹-粘塑性沥青混合料本构模型的有限元分析

为将串联型粘弹-粘塑性本构模型移植到有限元计算中,使其能够对沥青路面结构与时间相关力学行为进行有效模拟和计算,通过编制材料子程序对本构模型进行了有限元实现。三维广义Maxwell粘弹性模型采用遗传积分进行表征,利用Prony级数特性推导出卷积方程的递推公式,在应变增量条件下更新应变,获得迭代过程的刚度矩阵;微分型粘塑性本构方程基于径向回退法建立积分子步下的变量演化方程,通过N-R迭代算法解决了收敛性问题,并利用本构模型的离散化推导,建立了整体迭代过程的一致切线刚度矩阵。通过典型算例对室内试验的与时间相关性行为对比分析,验证了有限元实现的合理有效性,为沥青路面结构计算提供理论基础和实例分析。     

“公桥规”函数拟合实现收缩徐变递推计算的研究

本文利用初应变法推导出由徐变增量和收缩应变增量产生的单元等效结点力增量,将“公桥规” (JTG D62-2004)中给出的混凝土徐变系数和收缩应变表达式用指数函数进行拟合,得出收缩徐变递推计算公式.该公式简洁统一,可实现收缩与徐变的同步计算.     

有限变形条件下刚—粘塑性本构方程的隐式时间积分算法

在有限变形条件下，基于刚－粘塑性本构方程，提出了计算塑性应变增量的稳式时间积分方案，与传统的显式算法对比，此方案具有明显的优点，适用于有限变形大增量步的有限元计算，其数值精度令人满意。     

基于原位试验的桥梁施工过程应力修正

针对混凝土桥梁施工过程结构真实应力识别需要,通过现场测试与原位试验,埋设无应力传感器试件,对弦振式传感器测量的混凝土应变增量中的温度与收缩徐变影响进行有效修正,研究有效扣除温度自由应变,混凝土收缩徐变的方法,找出应变增量与混凝土应力应变的关系,形成混凝土桥梁施工过程结构真实应力监测实用方法,指导弦振式传感器现场测量应力修正。     

钢管混凝土受压构件徐变分析

混凝土徐变使钢管混凝土构件发生应力重分布。根据弹性徐变理论,按龄期调整的有效模量法,导出了轴心受压和小偏心受压构件长期作用下钢管与核心混凝土徐变应力增量计算公式,计算值与试验结果吻合较好。进一步的数值分析表明,截面含钢率变化会显著影响钢管应力增量值的变化,但对核心混凝土应力增量影响不大;随着偏心率的增大,相同含钢率下钢管与核心混凝土应力增量几乎均呈线性变化。增大截面含钢率可降低钢管由徐变产生的附加内力,但根据截面内力按刚度分配的原则,钢管更多地承担外力,使钢管的总内力呈增大趋势,核心混凝土承受的外力显著减小,不利于钢管混凝土构件性能的发挥。     

采用简化样条元的剪力墙非线性分析

针对高层建筑结构的变形特点，提出一种简化样条元，应用这种单元，并考虑加载过程中应力主轴发生旋转影响的各向异性非线性弹性混凝土双轴本的构关系模式，以及应变表示的双轴破坏准则和描述混凝土开裂后非线性现象的经验公式等，导出了利用剪力墙非线性分析有的有限元列式，编成了计算机程序。文中算例的计算结果与已有的实测结果符合良好。     

混凝土T梁桥拓宽的长期效应分析

为了分析拓宽后桥梁的时间效应,研究了每一时段内由混凝土收缩引起的应力的连续变化和混凝土的弹性模量变化,根据能量原理推导了混凝土收缩徐变的位移法基本方程,按增量法分析了徐变应变的变化,编制了相应的计算程序。为验证理论计算的正确性,与小试件的试验结果作了比较。在拼接缝处的受拉区,应变计算值与实测值的相对误差为10%,计算精度比代数法高。在新梁混凝土的收缩应力和新梁自重应力的徐变作用下,3 a后新梁翼板的拉应力为2.67 MPa,可能会引起混凝土开裂。为减少收缩徐变对新旧梁受力的影响,建议新梁脱模后至少放置6个月后再进行拼接处理。     

徐变作用下混凝土结构力学行为的ANSYS分析

针对混凝土结构徐变效应的问题,采用按龄期调整的等效模量方法结合ANSYS有限元商用软件包,将"单元生死"技术引入混凝土结构节段施工过程的徐变分析中,解决了节段施工过程之间数据传输问题,并基于ANSYS参数化设计语言APDL,编制了命令流,将徐变效应分析问题转化为伪弹性分析问题,计算简单。以经典三节段施工连续梁桥为例,采用现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的徐变系数计算公式,分析了节段连续梁桥徐变以及徐变对连续梁桥内力和变形的变化,并与现有计算结果进行了比较,证实了本文方法的可行性和有效性。     

初应变法在节段施工桥梁徐变分析中的应用

利用指数函数拟合“桥规”中徐变系数的数学表达形式,以初应变法为基础,从徐变应变计算的递推公式出发,导出了时步徐变荷载阵的递推公式和两种常用荷载增量的徐变荷载阵的当前项。根据推出的公式、初应变原理和矩阵位移法理论,编制了节段施工桥梁考虑徐变影响的平面杆系桥梁结构分析的通用程序。     

基于ANSYS的桥梁结构收缩徐变效应仿真计算

针对ANSYS中不包含与中国现行规范相匹配的混凝土收缩徐变计算功能的现实,基于收缩应变与温降应变效应相同、混凝土徐变与金属蠕变类似的应力应变等效思想,提出在ANSYS中运用温度效应等效混凝土收缩效应,并采用Creep准则模拟混凝土徐变效应的方法,弥补了ANSYS不能进行收缩应变分析的不足.以两个不同的工程实例为研究对象,对不同有限元软件的计算值和理论值进行了比较,并对其合理性进行了验证.研究结果表明:运用温度效应等效混凝土收缩,采用Creep准则模拟混凝土的徐变是合理、可行的.     

基于徐变试验的斜拉桥有限元分析

结合荆州长江大桥工程实例,探讨了高性能混凝土的徐变试验与斜拉桥施工阶段的分析方法。通过建立有限元分析模型,分析了混凝土徐变对主梁应力状态的影响,将斜拉桥按照CEB-FIP MC90、ACI209(92)与用户定义3种徐变预测模型计算出的数据与实际监测的数据进行对比分析,结果表明:按照CEB-FIP预测模型计算的徐变偏大,采用ACI与用户定义预测模型计算得到的应力与实际监测结果差别不大。     

基于Drucker-Prager准则的岩石损伤本构模型

为解决用对数变换再线性拟合的方法求岩石损伤本构方程参数计算过程复杂、不利于计算机编程的问题,引入岩石应力-应变曲线特征参量,并考虑岩石应力-应变曲线的极值条件,给出了模型参数的解析式,从而建立了新的岩石损伤本构模型.通过与砂岩试件三轴压缩试验结果比较,证明所建立的模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系.通过对参数m和F0的讨论,认为m和F0分别代表了岩石的脆性和强度,而弹性模量是参数m和F0的共同反映.     

海底隧道大体积混凝土温度场及温度应力有限元分析

大体积混凝土的温度裂缝与混凝土的温度场和温度应力分布关系密切。重点探讨了应用有限元法求解大体积混凝土温度场和温度应力发展过程的模拟方法。以厦门南港海隧道为例,提出了大体积混凝土温度应力方程,编制了大体积混凝土温度场和温度应力计算程序。研究结果表明,采用有限元可以模拟大体积混凝土在温度场作用下的应力发展过程,计算结果符合混凝土浇筑过程中的温度应力分布规律。     

岔区轮轨滚动接触理论分析

为研究岔区轮轨匹配关系和经典轮轨接触理论对岔区的适用性，建立了岔区轮轨接触有限元模型，编写了数种岔区法向力及切向力计算程序. 以18号高速道岔转辙区及辙叉区典型断面为例，在法向对比了赫兹、半赫兹、Kalker三维非赫兹滚动接触理论与有限元模型在接触斑面积和接触应力上的差异，切向对比了基于赫兹和半赫兹的FASTSIM算法、Polach模型和CONTACT程序在不同工况下的蠕滑力差异. 计算结果表明:有限元模型考虑了轮轨材料应力应变特性，更接近实际运用工况，赫兹、半赫兹、Kalker三维非赫兹与有限元法接触斑面积分别最大相差50.42%、17.83%和24.78%，最大接触应力相差60.28%、25.25%和32.37%； 各工况下4种切向力模型蠕滑力随蠕滑率的变化趋势相同，同一工况下基于赫兹和半赫兹的FASTSIM算法和Polach模型与CONTACT计算结果最大相差8.08%、5.19%、9.70%； 综合岔区轮轨法向、切向计算精度和计算效率，半赫兹接触理论结合FASTSIM算法在岔区大批量的数据处理中更具优势.      

基于平衡原理的弹性结构可视化内力路径

根据内力路径的定义，推导了一种基于平衡原理、结合有限元法和流线追踪算法确定弹性结构可视化内力路径的算法．利用商用有限元软件Algor13和商用数据处理软件Techplot9．0，把前者得到的结构应力计算结果及对应的有限元网格信息通过数据文件输入后者，确定结构内连续的可视化内力路径．作为例子，用此法得到了悬臂梁的可视化内力路径，并比较了内力路径与主应力轨迹的差异．最后指出，应尽量使弹性结构的内力路径为平行、均匀分布的直线。     

变温度环境下混凝土的三维收缩徐变效应

为准确分析混凝土的收缩徐变效应,基于收缩徐变的三维特性,对自然变温度环境下的混凝土收缩徐变效应进行了分析,建立了变温环境下混凝土三维收缩徐变效应的力学模型,并结合有限元分析软件ABAQUS开发了相应的计算程序,随后通过两个算例验证了方法的可行性与结果的可靠性. 研究结果表明:对于长期下挠和混凝土应变,模型计算值最大误差分别为8.2%和 –7.1%;模型能够很好地体现温度对徐变应变的影响,总体变化趋势与实测值较为一致,最大误差为 –20.5%,随着龄期增长误差越来越小,最终值误差为6.4%.      

连续配筋混凝土路面结构设计理论与方法研究

连续配筋混凝土路面（CRCP）是一种高性能混凝土路面结构型式,对CRCP设计原理进行了系统研究,在荷载应力分析,将CRCP中纵向钢筋作连续化处理,建立了正交各向异性薄膜单元,对考虑裂缝条件下的CRCP荷载应力进行了三维有限元分析,得到了CRCP的两种临界荷位和配筋率等参数对板底应力的影响规律,并与普通混凝土板的荷载应力进行了对比,在温度应力分析中,建立了考虑钢筋与混凝土间粘结滑移本构关系的CRCP温度应力计算模型与微分方程,并求得CRCP在降温和干缩变形作用下的解答,分析了参数的敏感性和混凝土徐变所引起的松驰应力效应,解析法和数值法相结合,计算了分析了CRCP端部锚固与与凸形锚固地梁的应力和位移,给出了端墙部分设计参数的建议值及于端部结构设计的计算诺谟图,同时进行室内模型试验,验证了理论分析结果,最后给出了CRCP板厚与配筋设计及端部锚固结构的成套设计方法,为中国制定定相应规范提供了参考依据。     

片石混凝土路面的温度应力分析

在分析片石混凝土材料特性的基础上,用三维有限元软件COSMOS计算了片石混凝土路面温度应力;同时采用正交设计方法分析了温度应力的影响因素,得出各影响因素的变化规律;并采用均匀设计法安排因素组合,运用SPSS软件拟合出适用于片石混凝土路面温度应力的实用计算公式.     

有限元法在斜拉桥应力分析中的应用

对目前应用最为广泛的结构数值分析方法——有限元法进行了探讨,并使用空间有限元分析软件“Midas Civil”对某座预应力混凝土斜拉桥在合龙后做完二期铺装和成桥后经历十年收缩徐变的应力进行有限元数值分析.结果表明,有限元法能够对不同阶段斜拉桥的应力进行准确和有效的分析,从而为同类桥梁提供借鉴.