段旻罡[1]2004年在《钢筋混凝土箱涵非线性有限元分析技术研究》文中研究指明钢筋混凝土材料的应力-应变非线性以及混凝土开裂是钢筋混凝土结构的主要非线性反应之一。本文以南水北调天津干线大型输水钢筋混凝土箱涵为工程背景,采用大型有限元软件ANSYS及其中的SOLID65单元作为建模和计算的工具,在引入混凝土线弹性开裂模型一种弹性类本构关系和多线性等向强化模型、Drucker-Prager模型两种塑性类本构关系以及修正了的Willam-Warnke五参数破坏准则的基础上对钢筋混凝土箱涵进行非线性有限元分析,同时引入钢筋混凝土弥散固定式正交裂缝模型对钢筋混凝土箱涵进行开裂模拟研究,得到如下结论:(1)钢筋混凝土箱涵随着输水压力的不断增加,管身混凝土处于多轴受拉以及主拉应力较大的多轴拉-压应力状态下,当达到混凝土破坏面时相继在管身两边孔底角内倒角面、两边孔顶角内倒角面、中孔底板底部和两侧墙外壁中部出现开裂现象。裂缝首先出现在最薄弱截面垂直于σ1的方向上并逐渐展开,在各开裂区域出现一次开裂后随着应变不断增大该点大主应力都处于下降状态,不会出现二次开裂的情况,属于典型的拉断破坏。(2)钢筋混凝土箱涵在正常工作状态下管身处于双轴或叁轴受拉状态,混凝土的受拉破坏以脆性为主,在裂缝出现之前应力-应变基本为线性关系,其对本构关系的敏感性不强,因而不同钢筋混凝土本构模型的选用对开裂区域和开裂应力水平的预测差别并不大。但线弹性开裂模型由于受应力重分布的影响从而在预测后继开裂区的过程中可能会产生误差;Drucker-Prager模型由于其理想弹塑性的特征,在进入塑性区后应力水平增长较低,当使用应力空间的破坏准则时会产生较大的误差,建议Drucker-Prager模型在模拟受拉为主的结构时应与定义在应变空间上的破坏准则共同使用。
刘蒙娜[2]2014年在《地下箱涵有限元结构分析》文中提出涵洞是一种应用广泛的地下建筑物，属于隐蔽工程，在国际上有生命线工程之称。钢筋混凝土箱涵作为水利工程中占据相当数量的一种涵洞类型，其结构设计尤为重要。本文介绍了有限元方法进行箱涵结构计算的相关理论，总结概括了ANSYS中用到过的内力计算方法。借助大型通用有限元软件ANSYS，对紫金湖引水工程中的引水暗涵进行了叁维实体有限元模型线性分析和二维梁单元模型模拟分析，并对钢筋混凝土箱涵进行非线性有限元分析，所做的主要研究工作如下：（1）介绍了ANSYS有限单元方法的原理及分析步骤，以及ANSYS用于箱涵结构分析的相关技术理论。（2）总结了ANSYS求解实体结构内力的方法。并通过一个简支梁实例对实体单元模型内力求解的几种方法进行验证和优缺点分析。（3）用ANSYS软件对紫金湖引水暗涵建立叁维空间实体模型，并对叁维有限元模型进行有水工况和无水工况下的计算分析，并比较分析不同工况下箱涵应力变形成果，确定控制工况为无水工况。基于APDL语言，对ANSYS进行二次开发，编制内力求解批命令流，对无水工况的应力结果进行积分等运算，逐个求取箱涵各部件各部位的内力。（4）分别使用结构力学方法和ANSYS梁单元有限元方法计算了紫金湖箱涵在控制工况下的内力，并对这几种方法得到的内力结果进行了比较分析，根据控制截面的内力成果进行配筋，对配筋成果也进行了比较分析。（5）根据配筋结果，建立了钢筋混凝土箱涵有限元模型，进行了非线性有限元分析，验证配筋结果的可靠性。
马东升[3]2010年在《强降雨致洪水条件下市政排水管道架空箱涵受力分析》文中认为排水管网系统是城市的生命线工程,与城市经济、居民生活息息相关,但当遭遇强降雨致洪水袭击时,城市排水管网系统自身的安全会受到威胁。特别在山地城市,强降雨致洪水条件下排水管道架空箱涵直接承受强降雨致洪水冲击力、内水压力等荷载,而设计市政管道时对这些荷载考虑不是很充分,因此,有必要对强降雨致洪水条件下市政排水管道架空箱涵的受力进行研究。本文进行了以下几方面的研究工作,并得到相应的结论:①在经典箱梁受力理论的基础上,重点分析了箱梁的横向受力,采用框架分析法推导了均布荷载下简支矩形箱梁横向轴力方程,并以试验梁为算例,计算了箱梁的横向弯曲应力和横向轴力应力分布,揭示了均布荷载下简支深受弯矩形箱梁横向轴力对横向弯曲应力分布的影响;②对排水管道架空箱涵进行了洪水荷载分析,将洪水冲击荷载和动水浮力视为静载,推导了强降雨致洪水时架空箱涵上游最大壅水高度计算式、洪水对架空箱涵的水平和竖向作用力计算式;③采用ANSYS中的solid65单元模拟混凝土,考虑污水对管道混凝土的腐蚀作用而采用腐蚀混凝土本构关系,利用整体式建模方法,对洪水作用下重庆市主城区排水管道架空箱涵进行了有限元模拟,初步分析了强降雨致洪水条件下排水管道架空箱涵开裂前的位移响应和应力状态;④以重庆市主城区排水主干管架空箱涵为原型结构,依“配筋率相等”和“配筋形式相似”两原则设计了试验梁,进行了静力加载试验,初步研究了深受弯简支箱梁在均布荷载作用下的静力响应,包括箱梁纵向弯曲应变、横向受力、支座区域的抗剪效应等;⑤对试验箱梁进行了叁维非线性有限元分析,有限元分析结果与试验结果吻合较好,表明实体有限元模型能够较好地模拟钢筋混凝土深受弯箱形梁的受力响应。
何辉, 杨志刚, 王国涛[4]2006年在《长距离输水中混凝土箱涵开裂过程分析》文中认为针对混凝土箱涵的开裂问题,采用叁维非线性有限元法,对不同的内水压力、配筋率分析了开裂的可能性。开裂准则采用五参数的Willam-Warnke破坏准则。分析结果表明,选用该破坏准则分析箱涵的开裂问题是合理的。
孔令俊[5]2014年在《大型钢筋混凝土箱涵结构拟静力试验与数值分析》文中研究说明箱涵结构作为一种应用简单，形式多样的超静定地下结构，广泛地应用到地铁，地下高速公路，海底隧道等大型工程中。国内外研究现状表明地下结构和地上结构的地震反应是不同的，对地下结构地震反应影响最大的是场地位移，而非惯性力。本文基于此客观现象验证了地下结构拟静力试验的可行性，并通过箱涵结构的拟静力试验分析了结构的薄弱部位，承载力以及能量耗散等情况。主要研究内容如下：（1）以5组钢筋混凝土箱涵缩尺模型拟静力试验结果为基础。分析了结构在推覆荷载作用下的破坏形态、钢筋屈服次序、滞回曲线、骨架曲线、耗能曲线以及节点区开裂现象。（2）通过ABAQUS有限元分析软件，利用叁维实体模型进行了数值分析。对混凝土的本构关系选取、破坏准则、损伤参数取值、接触关系和单元选取做了详细说明。分析结果表明：骨架曲线、钢筋屈服次序、以及损伤部位同试验吻合较好，但滞回曲线后期捏拢现象不明显。（3）本文以加腋坡度和加腋宽度为参数进行了扩展分析。结果表明加腋可以平衡一部分应力集中，对节点区起到保护作用。加腋坡度越缓，顶板和侧壁损伤越集中；加腋宽度越大，顶板净跨越小，节点区刚度越大，局部破坏越严重。所以加腋坡度建议取1:1，加腋宽度取顶板和侧壁厚度最大值的0.5倍。当加腋坡度较缓时，应对加腋处进行加强设计。（4）箱涵结构属于条形结构，可以简化为平面应变问题进行分析。本文采用日本东京大学混凝土研究室开发的二维有限元分析软件WCOMD进行数值分析。分析采用基于分散裂缝和弥散裂缝组合的纤维模型。结果表明：骨架曲线在5倍屈服位移前可以较好地模拟力-位移关系，5倍屈服位移后水平力较试验大。模拟裂缝和试验裂缝吻合较好。
瞿慎俊[6]2013年在《细部构造对钢筋混凝土箱涵结构的抗震性能影响》文中研究指明随着地下空间的开发和地下结构建设规模的不断加大，地下空间结构的抗震设计及其安全性评价的重要性、迫切性越来越明显，其抗震性能研究所涉及的内容也十分广泛。浅埋式地下箱涵结构因其上覆土层较薄，受地震作用较为显着，在结构设计时应该更加注意其抗震性能，加强其抗震研究。为探讨浅埋式钢筋混凝土箱涵的抗震性能和确保在地震时箱涵侧壁钢筋先于顶板屈服，运用Final-v11有限元软件对承受反复荷载作用的两个箱涵缩尺试验体建立钢筋与混凝土的分离式模型，其中混凝土用叁维实体单元模拟，而钢筋用杆单元模拟，考虑其粘结滑移，进行数值模拟分析，并与试验对比结构的滞回曲线、耗能能力、破坏位置、钢筋应变等，结果表明：数值模拟结果与试验观测结果相吻合，基本能够表现结构的抗震性能和滞回特性，再现结构的破坏状况和钢筋屈服状况。这说明：在试验模拟时钢筋与混凝土之间的粘结滑移本构关系采用Naganuma模型，能够较好的反应其粘结性能；在数值模拟中采用的材料本构关系是合理的，此种数值模拟方法是正确的。为了分析箱涵结构细部构造对其抗震性能的影响，设计了四个变参数模型，对比计算结果可知：增加腋角水平长度和适当加密顶板配筋均能增强箱涵的耗能能力和抗震性能，并能保证反复荷载作用下侧壁钢筋先于顶板屈服，这对箱涵的抗震设计具有指导意义。最后，通过对实际工程中的浅埋式钢筋混凝土箱涵结构（其腋角部分的竖直长度与腋角部分的水平长度之比为1:3）的二、叁维受力性能分析可知：用增加腋角部分的水平长度方法能够提高箱涵结构的抗震性能，实现地震时侧壁先于顶板破坏，保证侧壁钢筋先于顶板屈服的原则，有利于减轻地震时的次生灾害和方便地震后的补强加固。另外，提取二维结构分析的节点位移后，按照相应位置施加在叁维模型上的分析问题的方法，能够模拟叁维结构的实际受力状态，对于解决类似的叁维结构分析问题有借鉴性。
赵华[7]2015年在《侯庄涵洞周围土体叁维非线性有限元分析》文中指出我国是一个水资源总量比较丰富的国家,位列世界第六。但是人均水资源占有量仅占世界人均水资源占有量的25%。随着中国人口的增加、经济的发展和全球变暖的影响,我国的缺水状况不断加剧。为了减缓城市水资源紧缺的状况,长距离输水、引水,调水成为缺水城市获得水源补给的重要手段。涵洞工程是重要的输水结构,在水利工程、公路工程应用广泛。现在对这种结构的研究大部分只针对涵洞本身的力学特性,对于洞身与周围土体的作用力及变形等研究较少。随着修建的涵洞埋深越来越大,分析涵洞与周围土体间的作用情况愈来愈重要。侯庄分流涵洞具有高埋深的特点,存在较大的土压力。本文针对涵洞洞身与周围土体的作用情况,提出了高埋深涵洞洞身与周围土体叁维非线性有限元分析研究的课题。本课题选取侯庄分流涵洞为研究对象,根据相关力学理论知识,采用大型模拟软件ANSYS建立叁维有限元模型,分别选取完建时期、运行时期、检修时期叁种工况进行分析研究,利用叁维有限元求解,得出相应结果；进而研究了钢筋混凝土箱涵与回填土、地下土的应力应变关系,分析了土体在不同工况下的变形和沉降量,给出了涵洞最大受力位置和土体最大沉降量,为工程后期维护提供了有效的参考,同时确定了不同工况下涵洞洞身与周围土体间的作用情况以及土体的变化情况,实现了高埋深涵洞在最大受力情况下的分析,给实际工程提供了有效的参考,也为将来的类似研究提供了一定的依据。研究成果表明：1、在完建时期,涵洞主要承受土压力,在周围土体的作用下,涵洞在Y向产生的应力和位移最大；2、在运行时期,涵洞在承受土压力的同时,还承受一定的水压力,相较于完建时期,涵洞所受的拉应力略显提高,压应力有所降低,这是由于充水状态下水对洞身的浮托力所致；3、在检修时期,涵洞处于部分充水部分无水状态,检修洞室所受压力最大,洞身顶角外侧与土体交界面处拉应力有连续贯通的趋势,此种工况最为不利。但仍满足工程相关规范的要求。
李观宇[8]2010年在《滑坡作用下排水管道埋地箱涵受力分析》文中研究表明市政排水管道是城市防洪排涝、输送污水的设施,是城市基础设施的重要组成部分。本文以重庆市排水主干管A管线为研究背景,对滑坡等地质灾害作用下的排水管道埋地箱涵进行了受力分析,主要研究内容和结论如下:首先,介绍了现有滑坡推力的计算方法,利用传递系数法计算了A管线典型地段的滑坡推力。通过建立滑坡发生时埋地管道的受力模型,推导了考虑剪切变形影响的管道内力、变形方程。分析结果显示,剪切变形对跨越管道的纵向位移影响较大,对管线内力的影响则不明显。同时,地基土体对管道有明显的支撑作用,管道完全悬空时是受力最不利的工况。其次,以A管线典型管段的埋地箱涵为原型,制作了2根缩尺比例为1:5的钢筋混凝土箱梁进行单调静力加载试验。试验构件表现为剪切破坏,裂缝分布比较均匀,没有出现明显的临界斜裂缝。破坏形态经历了腹剪斜裂缝开展,弯曲裂缝出现,弯剪斜裂缝开展,斜压杆压溃阶段。混凝土开裂前,构件的剪切变形较小,主要以弯曲变形为主。斜裂缝开展到一定宽度后,构件的抗剪刚度急剧减小。构件底板配置了较多纵筋,达到最大极限承载力之后,挠度增长比较大,非突然破坏。试验结果表明,箍筋在混凝土开裂之后承担了较多的剪力,为主要的抗剪部件。底板纵筋在加载初期为线性增长,出现弯曲裂缝时纵筋应变骤增。纵筋应变受多种因素影响,只有部分区域呈现剪力滞效应。腹板纵筋应力沿高度分布情况表明,开裂之前截面应变基本符合平截面假定,开裂之后则不符合。最后,采用有限元软件ABAQUS中的损伤塑性模型,对试验梁进行了非线性有限元模拟。分析结果表明有限元模型较好地模拟了构件的破坏形态,对极限承载力的模拟效果也较好。但是有限元模型刚度偏大,分析全过程的挠度均小于试验测得的位移值。有限元分析结果表明底板纵筋应力符合正剪力滞现象,腹板纵筋应力沿高度分布则显示平截面假定成立。
樊莉莉[9]2014年在《高填方涵洞减载措施及优化设计研究》文中指出随着我国交通运输事业的飞速发展，高速公路网的覆盖面积越来越广。在山区高等级公路的建设过程中，高填方涵洞的应用十分广泛，但是由于目前针对高填方涵洞土压力的计算理论不够完善，桥涵规范中也没有适用于高填方涵洞土压力的计算公式及标准图，造成了设计者在设计高填方涵洞时所采用的控制土压力与实际情况差异较大，目前已建成的高填方涵洞往往存在着病害多，造价高，养护难等问题，这种情况严重威胁着我国高等级公路的正常、安全使用。本文针对上述问题，应用大型有限元软件ANSYS对伊通至开原高速公路连昌至乌龙岭（省界）段第四标段K121+371.41处的1—3×2.5高填方钢筋混凝土箱涵铺设聚苯乙烯泡沫板前后涵洞顶的受力情况及其变化规律进行了数值模拟，从垂直土压力，侧向土压及洞顶填土沉降量叁个方面评价了聚苯乙烯泡沫板的减载效果，并结合有限元数值模拟得到的土压力值对该涵洞进行了优化设计，通过对减载前后该钢筋混凝土箱涵的工程造价进行了对比，最终得到了以下结论：首先，高填方钢筋混凝土箱涵洞顶的垂直土压力要大于目前桥涵规范中按照“土柱法”计算出的垂直土压力，土压力的数值随着填土高度的增加成非线性增长，压力集中现象随着填土高度的增加有减弱的趋势。其次，在钢筋混凝土箱涵顶部铺设聚苯乙烯泡沫板对高填方涵洞土压力的减载效果十分明显，减载后涵洞所承受的垂直土压力，侧向土压力及涵洞顶部土体的沉降变形量都有明显的减小。最后，结合ANSYS数值模拟得到的减载后的洞顶土压力数值对原钢筋混凝土箱涵进行了优化设计，通过对工程造价的对比发现铺设聚苯乙烯泡沫板可以使高填方涵洞的造价大为降低。
王学海, 李光华[10]2007年在《考虑水锤压力的混凝土箱涵开裂分析》文中指出采用叁维有限元分析技术,对钢筋混凝土箱涵的非线性性能进行了分析探讨。通过合理的选取单元类型、本构模型和破坏准则,得到了不考虑水锤作用和考虑水锤作用两种工况下箱涵的裂缝分布情况和内部应力变化过程,对箱涵的整体受力性能进行了评价。
参考文献：
[1]. 钢筋混凝土箱涵非线性有限元分析技术研究[D]. 段旻罡. 天津大学. 2004
[2]. 地下箱涵有限元结构分析[D]. 刘蒙娜. 郑州大学. 2014
[3]. 强降雨致洪水条件下市政排水管道架空箱涵受力分析[D]. 马东升. 重庆大学. 2010
[4]. 长距离输水中混凝土箱涵开裂过程分析[J]. 何辉, 杨志刚, 王国涛. 海河水利. 2006
[5]. 大型钢筋混凝土箱涵结构拟静力试验与数值分析[D]. 孔令俊. 西安建筑科技大学. 2014
[6]. 细部构造对钢筋混凝土箱涵结构的抗震性能影响[D]. 瞿慎俊. 天津大学. 2013
[7]. 侯庄涵洞周围土体叁维非线性有限元分析[D]. 赵华. 中国海洋大学. 2015
[8]. 滑坡作用下排水管道埋地箱涵受力分析[D]. 李观宇. 重庆大学. 2010
[9]. 高填方涵洞减载措施及优化设计研究[D]. 樊莉莉. 吉林大学. 2014
[10]. 考虑水锤压力的混凝土箱涵开裂分析[C]. 王学海, 李光华. 中国土木工程学会水工业分会结构专业委员会四届四次会议论文集. 2007
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