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2011年  第41卷  第9期

统一硬化模型理论研究的新进展及计算机实现
统一硬化模型在FLAC3D中的开发及实现
姚仰平, 胡贺祥, 侯伟
2011, 41(9): 1-7,62. doi: 10.13204/j.gyjz201109001
摘要:
统一硬化模型(UH模型)能够描述超固结土的硬化、软化、剪胀和剪缩等应力-应变特性以及应力历史对土的影响。基于增量弹-塑性模型的基本假设,根据一元二次方程的解法,推导出塑性因子的表达式,由变换应力公式推得变换应力增量与真实应力增量的关系,进而得到UH模型在FLAC3D中的计算格式。基于FLAC3D软件提供的二次开发平台UDM,利用Visual C++编译得到动态链接库文件(.DLL),实现了自定义UH本构模型的开发。通过在不同应力路径下数值解与理论解的对比,验证了UH模型的FLAC3D计算格式的正确性。通过与FLAC3D内置的修正剑桥模型对比,清晰地反映出UH模型在反映土体剪胀、软化、加卸载等方面的优越性。最后,对FLAC3D中非关联流动法则模型的优点进行了讨论。
复杂加载下统一硬化模型的有限元应用
罗汀, 秦振华, 姚仰平, 万征
2011, 41(9): 8-11,48. doi: 10.13204/j.gyjz201109002
摘要:
等幅循环加卸载条件下,经典弹-塑性模型无法描述再加载过程中土体的塑性变形。统一硬化模型参数与Cam-clay模型完全相同,不仅能够描述土的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径依赖性等特性,而且能够描述循环加载条件下再加载过程中土体发生的塑性变形。通过将UH模型推广应用到复杂加载情况,并进行循环荷载作用下地基承载力有限元的模拟。分析采用Cam-clay模型以及UH模型计算所得的地基的p-s曲线的特点,分析不同深度结点以及横向结点的应力-应变特性。分析表明,UH模型能合理反映复杂加载条件下土的变形特性,有非常好的应用前景。
堆石料的应力-应变特性及其三维破碎本构模型
姚仰平, 黄冠, 王乃东, 刘汉龙
2011, 41(9): 12-17,104. doi: 10.13204/j.gyjz201109003
摘要:
综合已有的研究成果,从压缩、剪胀和强度三方面分析颗粒破碎对堆石料应力-应变特性的影响。基于堆石料的变形和强度特性,引入新的硬化参数H,并推导出相应的屈服函数表达式,进而提出一个能够考虑堆石料颗粒破碎影响的弹-塑性本构模型。利用基于空间滑动面准则(SMP准则)的变换应力方法将模型进行三维化,并参照某堆石料大三轴试验结果对三维破碎本构模型的可行性进行验证。最后,利用三维破碎本构模型对不同应力状态下堆石料的应力-应变关系进行模拟。
剑桥模型与统一硬化模型对超固结土特性描述的对比分析
侯伟, 姚仰平
2011, 41(9): 18-23,140. doi: 10.13204/j.gyjz201109004
摘要:
在深入研究修正剑桥模型和统一硬化模型(UH模型)基本特性的基础上,揭示模型描述超固结土特性的机理。对于超固结土,修正剑桥模型的预测曲线存在突变,不能很好地模拟土体连续、渐近的变形过程;对于重超固结土,模型预测的排水路径条件下的峰值强度很高,与实测结果偏差较大。修正剑桥模型不能模拟真三轴试验的应力-应变关系。UH模型的参数与修正剑桥模型相同,通过采用基于空间滑动面准则(SMP准则)的变化应力方法,模型能够合理描述在三轴压缩、三轴伸长和真三轴条件下超固结土的剪胀、硬化和软化特性。
工程中典型应力路径下土的应力-应变特性分析
侯伟, 姚仰平
2011, 41(9): 24-29. doi: 10.13204/j.gyjz201109005
摘要:
分别采用Mohr-Coulomb模型、修正剑桥模型和UH模型预测正常固结土在常规三轴压缩、三轴伸长和平均主应力p减小的压缩工况中典型路径下土的变形特性。Mohr-Coulomb模型为理想弹-塑性模型,屈服之前为弹性变形,屈服之后为变形无限增大的弹-塑性变形。修正剑桥模型能够较好地模拟压缩路径条件下正常固结土的应力-应变关系,但模型较高地估计了伸长路径条件下土的强度。UH模型为适用于正常固结土和超固结土的弹-塑性模型,其建模简单,参数与剑桥模型相同。对于正常固结土,UH模型能够退回到剑桥模型。通过采用基于SMP强度准则的变换应力方法,模型能够合理描述土的三维应力状态的特性。
基于统一硬化模型的结构性松砂应力-应变关系
姚仰平, 余亚妮
2011, 41(9): 30-34,55. doi: 10.13204/j.gyjz201109006
摘要:
在临界状态理论的基础上,通过引入修正屈服函数的结构性参数,可更好地描述松砂的塑性变形特性。通过引入状态参数来调整硬化参数和剪胀方程,从而更好地反映松砂的剪缩特性和对密度、有效主应力的双重依赖性。同时,模型采用砂土等压固结线和临界状态线在有效应力幂函数平面内呈线性关系的特性,更准确地反映了砂土的应力-应变特性。通过数值模拟结果与试验结果对比,验证了模型的有效性。
K0固结黏土的渐近状态模拟
罗汀, 郭敏
2011, 41(9): 35-37,112. doi: 10.13204/j.gyjz201109007
摘要:
将正常固结土的渐近状态模型推广到K0固结土的渐近状态模型。推导出三轴压缩条件下耦合参量的求解公式,提出K0固结土的渐近状态模型中耦合参量关于应力Lode角的函数关系式,并用K0固结土的修正剑桥模型及K0固结土的渐近状态模型对多种黏土的三轴压缩、三轴伸长的试验结果进行预测对比。结果表明:K0固结土的渐近状态模型较K0固结土的修正剑桥模型能更合理地预测不同应力状态下K0固结土的应力-应变关系。
基于统一硬化模型的路堤变形分析
姚仰平, 李春亮, 冯兴
2011, 41(9): 38-42. doi: 10.13204/j.gyjz201109008
摘要:
软土具有压缩性大、渗透性低和固结变形时间长等特点,往往还有一定的超固结特性,这些特性给地基沉降的预估和计算增加了难度。统一硬化模型(UH模型)能够描述超固结土的硬化、软化、剪缩和剪胀等应力-应变特性以及应力路径对它的影响,其参数与剑桥模型相同。通过应用该模型,对三轴试验进行有限元分析,并对有限元分析结果与单元预测的结果进行对比。最后,结合某一工程实例对路堤变形进行三维有限元分析,分析和对比超静孔隙水压力、地表沉降和水平位移的变化规律。
下沉式窑洞结构的变形分析
姚仰平, 屈珊, 冯兴, 胡贺祥
2011, 41(9): 43-47. doi: 10.13204/j.gyjz201109009
摘要:
下沉式窑洞作为我国的生土建筑,具有冬暖夏凉的特性,是黄土高原上居民取得住房最方便和最经济的手段之一,在提倡生态低碳的当今,继承和发展下沉式窑洞显得格外重要,因此研究其结构的变形分析具有重要意义。通过有限元分析的方法,对下沉式窑洞结构的变形特性进行分析,并在分析比较UH模型与Mohr-Coulomb模型计算结果的基础上,说明UH模型分析下沉式窑洞结构的变形更加合适,最后使用UH模型分析下沉式窑洞在自重作用下的变形特征,得出下沉式窑洞变形的薄弱位置。
建筑设计中结构的运用
李旻昊, 陆可人
2011, 41(9): 49-52,66. doi: 10.13204/j.gyjz201109010
摘要:
通过对建筑中结构对建筑的影响和结构对建筑发展的贡献两方面论述建筑设计与结构运用的关系,最后对结构与建筑的综合设计进行了展望。
昆明顺城王府井购物中心的设计
陈苏柳, 鲁明
2011, 41(9): 53-55. doi: 10.13204/j.gyjz201109011
摘要:
随着时代的发展,购物中心逐步发展成为综合利用土地形式的,集购物、娱乐、餐饮和休闲等于一身的商业综合体,在生活中扮演着重要的角色。昆明顺城王府井购物中心项目涉及商业、娱乐业、房地产业以及酒店业,通过对该项目规划设计的介绍,阐述了建筑师如何通过对这些行业合理的建筑规划、布局,以及精心设计,创造出一个能够促进、提高人们生活质量,利于商业发展的服务场所。
银川市家友广场在城市环境中的文化表现
高彩霞, 田棋
2011, 41(9): 56-58,99. doi: 10.13204/j.gyjz201109012
摘要:
针对银川南门家友广场的设计和建设,分析建筑在城市环境与城市文化中的表现。
短肢剪力墙剪滞效应分析
李青宁, 张品乐, 李晓蕾
2011, 41(9): 59-62. doi: 10.13204/j.gyjz201109013
摘要:
采用平面应力单元与薄板弯曲单元叠加方法构建平板壳单元,经低周反复加载的试验验证,表明能有效分析弹性阶段内短肢剪力墙的剪滞效应。有限元分析和试验结果均显示:在弹性阶段内,翼板截面上正应力分布不均匀,剪滞效应明显,腹板与翼板交界处易形成正应力集中;进入塑性阶段后,由于应力重分布,翼板截面上正应力分布更不均匀,最大正应力出现位置随着反复加载会出现变动。所以应务必给短肢剪力墙截面留出可应力重分布的余地,保证翼板的大部分截面随着塑性变形的发展能渐次发挥其全部的承载能力。
剪-压复合作用下铺浆砌筑石墙灰缝抗剪性能试验研究
柴振岭, 郭子雄, 胡奕东, 李钢, 伊廷华
2011, 41(9): 63-66. doi: 10.13204/j.gyjz201109014
摘要:
条石砌筑石墙灰缝抗剪性能的研究是了解石结构抗震性能的关键。通过对12片有垫片铺浆砌筑石墙通缝抗剪性能的试验,以研究在剪-压复合作用下砂浆强度和压应力水平对铺浆砌筑石墙灰缝抗剪性能的影响,分析有垫片铺浆砌筑石墙灰缝破坏过程、抗剪强度和变形性能。试验结果表明:有垫片砌筑石墙的灰缝破坏主要包括前期弹性变形阶段和后期的摩擦滑移阶段;提高砂浆强度和压应力水平均能够有效改善灰缝抗剪性能和提高抗剪强度,其中,压应力的影响更为显著。最后,通过数学回归统计,提出剪-压复合作用下有垫片铺浆砌筑石墙灰缝抗剪强度计算公式。计算值与试验结果吻合良好。
钢纤维混凝土密肋复合楼盖结构体系非线性有限元分析
邱继生
2011, 41(9): 67-72,89. doi: 10.13204/j.gyjz201109015
摘要:
钢纤维混凝土密肋复合楼盖将材料的复合与结构的复合有机的结合,具有良好的受力及保温隔热等性能。通过利用非线性有限元方法,对钢纤维密肋复合楼盖结构体系的受力性能进行了全过程分析,并通过改变钢纤维含量进行参数讨论。建模过程中钢纤维的作用主要通过修改混凝土的本构关系及弹性模量等参数来体现,同时不考虑钢纤维与混凝土间的粘结与滑移。结果表明,添加钢纤维能明显减小结构的变形,提高结构的抗裂性能。在结构上部边缘处没有形成塑性铰线前,不同钢纤维含量下结构不同位置处应力分布规律基本相同,但当结构塑性铰线逐渐形成后由于内力重分布的影响,钢纤维含量对结构的应力分布影响较大。此外,钢纤维含量对结构裂缝的开展及分布规律影响不大,但由于钢纤维提高了混凝土的抗拉强度,所以对结构裂缝的分布范围有一定的影响。
框架结构爆破倒塌的有限元仿真
宫秀滨, 杨建国, 金立赞
2011, 41(9): 73-75. doi: 10.13204/j.gyjz201109016
摘要:
利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序,对一栋多层框架结构的爆破拆除过程进行了动态仿真,仿真计算结果与实际倒塌过程基本一致,说明只要通过适当的选取计算参数和计算模型,可以通过有限元方法对这类复杂的倒塌破坏过程进行模拟分析和动态仿真,能够做到对倒塌过程的定量分析,在优化爆破方案的同时降低了工程风险。
橡胶粉掺量及粗细度对混凝土强度影响的数学分析
周梅, 白金婷, 张晓帆
2011, 41(9): 76-80. doi: 10.13204/j.gyjz201109017
摘要:
采用双因素重复试验的方法,考察橡胶粉等体积取代不同比例砂子(取代率)及橡胶粉的粗细程度(细度模数)对混凝土强度的影响规律,即只考察橡胶粉的取代率和细度模数两个因素,其余的试验条件基本保持不变。方差分析表明:橡胶粉掺量对混凝土7,28d的抗压和劈裂抗拉强度影响都特别显著。橡胶粉粗细程度对混凝土7,28d劈裂抗拉强度影响特别显著,对7d抗压强度影响特别显著,而对28d抗压强度影响不显著。二者的交互作用对混凝土7d抗压强度影响显著,对28d的抗压强度影响特别显著,对7d劈裂抗拉强度影响特别显著,对28d劈裂抗拉强度影响显著;回归分析表明,橡胶粉掺量、粗细程度与混凝土7,28d的抗压强度之间存在线性关系,与混凝土7d劈裂抗拉强度之间存在线性关系,但与28d劈裂抗拉强度之间不存在线性关系。
鄂西赤铁矿尾矿渣免烧免蒸砖的研究
张婷婷, 张一敏, 陈铁军, 刘涛, 陈永亮, 陈章
2011, 41(9): 81-84,107. doi: 10.13204/j.gyjz201109018
摘要:
利用鄂西赤铁矿尾矿为主要原料制备免烧免蒸砖,对赤铁矿尾矿渣与建筑标准砂的用量进行配比试验,并考察成型水分、成型压力和外加剂用量对制品抗压强度的影响。试验结果表明,在尾矿渣掺量为78%、标准砂10%、水泥10%和石膏2%的配合比下,且成型水分15%、成型压力20MPa和外加剂三乙醇胺0.01%的最佳条件下,制备的免烧免蒸砖制品抗压强度达到15.9MPa,可满足JC/T4222007《非烧结垃圾尾矿砖》建筑材料强度要求,提高了鄂西赤铁矿尾矿渣的综合利用程度。
高桩承台大体积混凝土温度应力控制应用研究
邹建文, 徐伟
2011, 41(9): 85-89. doi: 10.13204/j.gyjz201109019
摘要:
深水区域大型桥梁承台混凝土施工中采用整体无缝浇筑,硬化过程中的温度应力会引起裂缝,给耐久性带来影响。在分析混凝土各个组分对水化温度以及对温度应力影响的基础上,介绍平面分块尺寸为51.35m48.1m的主索塔承台计算参数的设置,以及混凝土硬化过程中温度应力变化的模拟计算,并与实际工程的监测温度应力进行比较。得出前5d是产生表面裂缝的危险期及主要温控措施的作用和效果;采用合理的配合比有利于延缓和降低水化热,是控制大体积混凝土温度裂缝的有效手段等。
基于微观结构分析的高性能混凝土高温后抗压强度试验研究
董香军, 吕朝坤
2011, 41(9): 90-93. doi: 10.13204/j.gyjz201109020
摘要:
对高温作用后的高性能混凝土进行微观结构扫描电镜试验及抗压强度试验,研究高性能混凝土微观组织结构与其宏观力学性能之间的关系。试验结果表明,混凝土微观结构的变化与其宏观力学性能一致,随温度的升高,混凝土集料从致密逐渐变得疏松,裂纹逐渐增多,裂纹宽度变大,且相互贯通,宏观力学性能随之下降。合成纤维熔化后在基体中留下可减轻混凝土内部蒸汽压力的孔道,从而降低了高温对混凝土的损伤。
超高大跨模板支撑体系现场实测及承载力公式修正方法探讨
庄金平, 蔡雪峰, 林曾忠, 周继忠, 林华强
2011, 41(9): 94-99. doi: 10.13204/j.gyjz201109021
摘要:
通过对3个超高大跨模板支撑立杆内力的现场实测,分析不同浇筑方式、楼(屋)面形式对支撑立杆内力变化的影响。实测结果表明:浇捣方式、屋(楼)面形式对超高大跨模板支撑体系立杆内力变化有较大的影响;比较人工浇捣方式,泵送方式不仅有水平冲击力,在竖向荷载上也带有一定的冲击性;比较平楼面,斜屋面立杆内力分布更加不均匀,相差达到2倍左右。针对实测结果,对超高大跨模板支撑体系计算公式的修正提出了研究思路,并利用有限元软件对试验结果进行初步的模拟。
双向钢-混凝土组合楼盖的设计及施工
卜凡民, 邹宏, 沈顺高, 聂建国, 温凌燕
2011, 41(9): 100-104. doi: 10.13204/j.gyjz201109022
摘要:
近年来,双向钢-混凝土组合楼盖逐渐在大跨度结构体系中得到应用。与普通钢筋混凝土楼盖相比,双向钢-混凝土组合楼盖能提高延性和整体性能,并且降低结构高度、大大减轻结构自重和加快施工进度。针对工程设计和施工难点,介绍双向钢-混凝土组合楼盖的适用范围、尺寸选择、计算方法、节点设计、裂缝控制和施工方法,并结合工程实例进行较详细的阐述,同时对比了双向钢-混凝土组合楼盖与其他形式楼盖的经济技术指标。
河南广播电视发射塔基础施工中后注浆技术分析
闫祥梅
2011, 41(9): 105-107. doi: 10.13204/j.gyjz201109023
摘要:
河南省广播电视发射塔基础工程施工中采用大直径超长钻孔灌注桩及桩底和桩侧后注浆施工技术。根据工程难点和设计参数,介绍该塔基础施工中桩侧及桩端的后注浆施工工艺和施工方案,提出施工质量保证措施。结果表明:基础施工后注浆技术解决了钻孔灌注桩桩底后注浆的施工和质量控制要求,达到了后注浆技术改善桩端持力层和桩周土的状况、提高桩的端承力和桩侧摩阻力的效果,使桩的综合承载力得到大幅度提高,同时有效地控制了桩基沉降。
自锚式悬索桥主缆架设施工技术
魏德新, 蒋建荣, 第五龙
2011, 41(9): 108-112. doi: 10.13204/j.gyjz201109024
摘要:
江阴市新沟河大桥主桥为双索面钢筋混凝土自锚式悬索桥,主梁采用5跨连续预应力钢筋混凝土加劲梁形式。作为自锚式悬索桥,其施工工艺为先梁后缆,将主缆锚固于成型的主梁上,利用主梁来抵抗水平轴力;而主缆则通过吊索传递、承担着桥梁上部结构的全部恒载和使用期的全部活载。由于主缆架设线形对悬索桥结构的几何形状有着强烈的敏感性,其架设线形误差将引起悬索桥成桥线形和内部应力分布较大的改变。同时,主缆施工过程中自身也具有强烈的几何非线性,温度、施工和制作误差等对主缆的架设线形影响非常敏感,其成型质量对主桥的成桥精度和桥梁使用寿命起决定性作用,是悬索桥施工的关键工序。以江阴市新沟河大桥为例,介绍自锚式悬索桥主缆架设的施工技术。
大直径改制机头顶管施工技术
罗斌
2011, 41(9): 113-115,143. doi: 10.13204/j.gyjz201109025
摘要:
结合工程特点,介绍大直径改制机头顶管施工关键技术及其与普通顶管机头的异同和优越性,并对其进行经济效益分析比较。
综述
地下隧道施工对邻近建筑物影响的研究现状
余剑英, 魏纲
2011, 41(9): 116-119. doi: 10.13204/j.gyjz201109026
摘要:
地下隧道的开挖必须以地表建筑物的正常使用为前提,过大的地表沉降会引起建筑物的开裂、沉降和倾斜等问题,对建筑物安全使用造成严重的影响。在总结前人研究的基础上,对盾构隧道和暗挖隧道施工对邻近建筑物影响的研究方法和成果进行了回顾和总结,提出了需要进一步研究的课题和研究思路。
现代钢结构
节点域无加劲肋的钢框架栓焊连接边节点的半刚性及其初始刚度
李岩, 郝际平, 周琦, 解琦, 郭宏超
2011, 41(9): 120-123,75. doi: 10.13204/j.gyjz201109027
摘要:
以钢框架边节点为研究对象,分析栓焊连接节点(节点域无加劲肋)受力后的变形机理,由此推导初始刚度计算公式,并用15个节点有限元模型来验证公式的合理性。结果表明:理论公式计算栓焊连接节点的初始刚度具有足够的精度。最后根据欧洲规范EC3对这15个节点进行分类,结果表明,很多栓焊连接节点不满足刚性节点刚度的要求,属于半刚性节点。
考虑两侧边约束作用钢板剪力墙剪压弹性屈曲分析
郑悦, 赵伟
2011, 41(9): 124-126,130. doi: 10.13204/j.gyjz201109028
摘要:
目前钢板剪力墙抗剪设计中假定周边框架为钢板剪力墙提供简支约束,再通过乘以1.23的嵌固系数来考虑周边框架的约束作用,而不考虑周边框架刚度的影响。通过对剪力和单向压力组合作用下钢板剪力墙的弹性屈曲性能的有限元分析表明,两侧边构件扭转刚度与钢板剪力墙弯曲刚度的比值可以准确地衡量两侧边构件(加劲肋)对钢板剪力墙的约束程度。在对400多个模型计算结果分析的基础上,拟合了剪压荷载作用下,考虑两侧边弹性约束作用的钢板剪力墙临界应力计算公式。
某炼钢厂房钢吊车梁疲劳性能测试及分析
常好诵, 姜忻良, 李小瑞, 黄新豪, 杨建平, 葛安祥
2011, 41(9): 127-130. doi: 10.13204/j.gyjz201109029
摘要:
以某炼钢厂房吊车梁疲劳性能应力测试结果为例,结合有限元模拟,对钢吊车梁的疲劳性能进行分析。结果表明:钢吊车梁腹板截面突变处应力集中现象明显,构件疲劳性能严重;随着生产技术的进步,冶金工厂吊车运行频繁程度的大幅度提升,GB500172003《钢结构设计规范》对欠载效应等效系数的取值较实际情况偏低,建议将炼钢厂房重级工作制软钩吊车的欠载效应系数调整到0.9,以保证吊车梁的疲劳寿命。
考虑撬力作用影响的法兰连接节点抗弯承载性能参数分析
宗亮, 王元清, 石永久
2011, 41(9): 131-135. doi: 10.13204/j.gyjz201109030
摘要:
法兰连接节点在弯矩作用下将产生撬力作用。为得到撬力作用的关键影响参数,针对法兰连接节点的4种基本形式,利用有限元分析软件ANSYS,对法兰连接节点抗弯承载性能进行分析,着重考虑影响节点受拉区域撬力作用的各种因素。分析发现,法兰盘厚度、法兰盘内外径之比、管径与螺栓内边距之比等参数的变化对撬力作用影响较大,为撬力作用的控制因素。建议通过控制这些参数来控制撬力作用的大小。
鉴定·加固·改造
某框架结构的抗震性能分析
颜华, 李荣华
2011, 41(9): 136-140. doi: 10.13204/j.gyjz201109031
摘要:
对一个框架结构实例进行静力非线性推覆(Pushover)分析。分析结构基底剪力-顶点位移之间的弹-塑性变化关系、结构塑性铰的形成历程和破坏机制,得到结构的性能点;检验结构的层间位移角是否满足GB500112011《建筑抗震设计规范》规定的层间位移角的限值,以检验和考察它们的抗震能力,探讨结构的破坏机理,寻求改善结构抗震性能的方法。
建筑设计漫谈
城市居住区环境设计原则问题探讨
周庆华, 姜长征
2011, 41(9): 141-143. doi: 10.13204/j.gyjz201109032
摘要:
从居住区室外空间环境的角度,对环境设计的基本问题进行系统地分析,提出了自然、安全、健康、美观、便利、人文、适度及和谐等八大设计原则。