吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (6): 1865-1870.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20181085

• • 上一篇    下一篇

吉林省两种典型装配式箱涵受力特性对比分析

宫亚峰1(),王博1,谭国金1(),张立敏2,吴文丁3,毕海鹏1   

  1. 1. 吉林大学 交通学院, 长春 130022
    2. 吉林省交通规划设计院, 长春 130022
    3. 营口市鲅鱼圈区交通事务中心, 辽宁 营口 115000
  • 收稿日期:2018-10-27 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-11-08
  • 通讯作者: 谭国金 E-mail:gongyf@jlu.edu.cn;tgj@jlu.edu.cn
  • 作者简介:宫亚峰(1977-),男,教授,博士. 研究方向:桥梁结构健康监测理论及应用.E-mail:gongyf@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51478203);吉林省教育厅“十三五”科学技术项目(JJKH20190015KJ);吉林省交通运输科技项目(2015-1-5);吉林大学优秀青年教师培育计划项目.

Comparative analysis of mechanical characteristics of two typical fabricated culverts in Jilin

Ya-feng GONG1(),Bo WANG1,Guo-jin TAN1(),Li-min ZHANG2,Wen-ding WU3,Hai-peng BI1   

  1. 1. College of Transportation, Jilin University, Changchun 130022, China
    2. Jilin Traffic Planning and Design Institute, Changchun 130022, China
    3. Yingkou Municipal Traffic Affairs Center of Sparrow Circle, Yingkou 115000, China
  • Received:2018-10-27 Online:2019-11-01 Published:2019-11-08
  • Contact: Guo-jin TAN E-mail:gongyf@jlu.edu.cn;tgj@jlu.edu.cn

摘要:

依据相似定理,制作了整体式箱涵和四构件组合箱涵两种结构形式的缩小比例模型,通过四点弯曲加载方式逐级加载,直至模型破坏,测试了多种荷载工况下关键截面的位移和应变响应。建立了缩尺模型的有限元分析模型,对多种工况下的静力荷载响应进行了数值模拟计算,并将计算结果与测试结果进行比较,以验证有限元分析模型的正确性。建立了实际工程结构的理论分析模型,基于该模型对两种箱涵结构的静力响应进行数值模拟计算,并进行了对比分析。研究结果表明:刚结式箱涵抵抗变形的能力优于铰结式模型;四构件组合箱涵以增大顶板应力为代价,实现了减小侧墙铰结截面应力的目的。

关键词: 桥涵工程, 装配式箱涵, 模型试验, 涵土结构, 数值模拟

Abstract:

According to the similarity theorem, two kinds of reduced-scale models of integral box culvert and four-member combined box culvertare are made, and the displacement and strain responses of key sections under various load conditions are tested using four-point bending loading method until the model is destroyed. The results of numerical simulation and test are compared to verify the validity of the finite element analysis model. Then the theoretical analysis model of the actual engineering structure is established, and the static responses of the two kinds of box culvert structures are numerically simulated based on the theoretical analysis model. The results show that the rigid-knot box culvert is better than the hinged model in resisting deformation, and the four-member composite box culvert can reduce the hinged section stress of the side wall at the cost of increasing the roof stress.

Key words: bridge and culvert engineering, prefabricated box culvert, model test, culvert structure, numerical simulation

中图分类号: 

  • U449.1

图1

4×3型四构件组合箱涵"

图2

箱涵试验模型"

图3

模型测点布置图"

图4

模型试验加载装置图"

图5

箱涵有限元模型"

图6

顶板跨中位移与试验荷载的关系曲线"

图7

8 kN时顶板和侧墙位移曲线"

图8

顶板跨中和侧墙铰结处应变与荷载的关系曲线"

图9

顶板跨中和侧墙铰结处位移与荷载的关系曲线"

图10

128 kN时顶板和侧墙位移曲线"

图11

顶板跨中和侧墙铰结处应变与荷载的关系曲线"

1 刘琼, 李向民, 许清风 . 预制装配式混凝土结构研究与应用现状[J]. 施工技术, 2014, 43(22): 9-14, 36.
1 Liu Qiong , Li Xiang-min , Xu Qing-feng . Present research and application of precast concrete structure[J]. Construction Technology, 2014, 43 (22):9-14, 36.
2 刘蒙娜 . 地下箱涵有限元结构分析[D]. 郑州: 郑州大学水利与环境学院, 2014.
2 Liu Meng-na . Finite element analysis of undergound box culvert structure[D]. Zhengzhou: College of hydraulic and Environmental Engineering, Zhengzhou University, 2014.
3 Restrepo J I , Park R , Buchanan A H . Tests on connections of earthquake resisting precast reinforced concrete perimeter frames of buildings[J]. PCI Journal, 1995, 40(4):44-61.
4 Alcocer S M , Carranza R , Perez-Navarrete D , et al . Seismic tests of beam-to-column connections in a precast concrete frame[J]. PCI Journal, 2002, 47(3): 70-89.
5 Ertas O , Ozden S , Ozturan T . Ductile connections in precast concrete moment resisting frames[J]. PCI Journal, 2006, 51(3): 66-76.
6 刘菲菲, 张纪刚, 于德湖, 等 . 预制装配式混凝土结构新型梁连接节点设计与分析[J]. 施工技术, 2015, 44(15): 44-47.
6 Liu Fei-fei , Zhang Ji-gang , Yu De-hu , et al . New connection joints design and analysis in beam of prefabricated concrete structures[J]. Construction Technology, 2015, 44(15): 44-47.
7 陈适才, 闫维明, 王文明, 等 . 大型预制混凝土结构梁-柱-叠合板边节点抗震性能研究[J]. 建筑结构学报, 2011, 32(6): 60-67.
7 Chen Shi-cai , Yan Wei-ming , Wang Wen-ming , et al . Seismic behavior of exterior beam to column joints with layered slab of large precast concrete structures[J]. Jounal of Building Structures, 2011, 32(6): 60-67.
8 陈适才, 闫维明, 李振宝, 等 . 大型预制混凝土梁柱叠合板中节点整体抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2012, 29(2): 135-141.
8 Chen Shi-cai , Yan Wei-ming , Li Zhen-bao , et al . Experimental study on seismic behavior of layered slab and beam to column interior joints in precast concrete structures[J]. Engineering Mechanics, 2012, 29(2): 135-141.
9 李继伟 . 高填方涵洞结构型式优化设计研究[D].长春:吉林大学交通学院, 2006.
9 Li Ji-wei . Research on reducing-load measurement and optimization design of the high fill culvert[D]. Changchun: College of Transportation, Jilin University, 2006.
10 程圣国, 罗先启, 方坤河 . 土质滑坡相似材料试验设计理论及评价方法研究[J]. 水力发电, 2002(4): 21-22, 29.
10 Cheng Sheng-guo , Luo Xian-qi , Fang Kun-he . The test and design theory of the similar materials of soil-type landslide and the study on its assessment method[J]. Water Power, 2002(4): 21-22, 29.
11 李术才, 周毅, 李利平, 等 . 地下工程流–固耦合模型试验新型相似材料的研制及应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31(6): 1128-1137.
11 Li Shu-cai , Zhou Yi , Li Li-ping , et al . Development and application of a new similar material for underground engineering fluid-solid coupling model test[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2012, 31(6): 1128-1137.
12 Huang Yan-li , Zhang Ji-xiong , Baifu A , et al . Overlying strata movement law in fully mechanized coal mining and backfilling longwall face by similar physical simulation[J]. Journal of Mining Science, 2011, 47(5): 618-627.
13 马芳平, 李仲奎, 罗光福 . NIOS模型材料及其在地质力学相似模型试验中的应用[J]. 水力发电学报, 2004, 23(1): 48-51.
13 Ma Fang-ping , Li Zhong-kui , Luo Guang-fu . NIOS model material and its use in geo-mechanical similarity model test[J]. Journal of Hydroelectric Engineering, 2004, 23(1):48-51.
14 房倩, 张顶立, 王毅远, 等 . 圆形洞室围岩破坏模式模型试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2011, 30(3): 564-571.
14 Fang Qian , Zhang Ding-li , Wang Yi-yuan , et al . Model test study of failure modes of surrounding rock for circular caverns[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(3): 564-571.
[1] 施卫平,赵旭,胡兴军,余天明,柳博文,段彦. 天然气开采阻水装置AICD的设计和数值模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1986-1991.
[2] 李欣,孙延朋,王丹,陈军绪,谷诤巍,徐虹. 汽车前地板成形有限元数值模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1608-1614.
[3] 依卓,付文智,李明哲. 双层剖分式超高压模具数值模拟及实验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1593-1599.
[4] 李欣,王丹,陈军绪,孙延朋,谷诤巍,徐虹. 手刹固定板冲压成形数值模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(4): 1258-1265.
[5] 张学广,贾明萌,刘纯国,何广忠. 基于增量控制的型材拉弯轨迹设计及有限元仿真[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(4): 1272-1279.
[6] 张磊,刘保国,储昭飞. 深厚孔隙砂岩含水层疏干排水对盾构斜井的 影响模型试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(3): 788-797.
[7] 古海东,罗春红. 疏排桩-土钉墙组合支护基坑土拱效应模型试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1712-1724.
[8] 郭昊添,徐涛,梁逍,于征磊,刘欢,马龙. 仿鲨鳃扰流结构的过渡段换热表面优化设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1793-1798.
[9] 宫亚峰, 王博, 魏海斌, 何自珩, 何钰龙, 申杨凡. 基于Peck公式的双线盾构隧道地表沉降规律[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1411-1417.
[10] 谢传流, 汤方平, 孙丹丹, 张文鹏, 夏烨, 段小汇. 立式混流泵装置压力脉动的模型试验分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1114-1123.
[11] 梁晓波, 蔡中义, 高鹏飞. 夹芯复合板柱面成形的数值模拟及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 828-834.
[12] 刘纯国, 刘伟东, 邓玉山. 多点冲头主动加载路径对薄板拉形的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 221-228.
[13] 吕萌萌, 谷诤巍, 徐虹, 李欣. 超高强度防撞梁热冲压成形工艺优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1834-1841.
[14] 付文智, 刘晓东, 王洪波, 闫德俊, 刘晓莉, 李明哲, 董玉其, 曾振华, 刘桂彬. 关于1561铝合金曲面件的多点成形工艺[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1822-1828.
[15] 王宏朝, 单希壮, 杨志刚. 地面效应模拟对环境风洞中车辆冷却系统试验影响的数值模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(5): 1373-1378.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 万鹏,孙瑜,孙永海 . 基于计算机视觉的大米粒形识别方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(02): 489 -0492 .
[2] 刘宗巍,王登峰,姜吉光,梁杰,王世刚 . 用主动噪声控制法改善车内声品质[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(02): 258 -0262 .
[3] 郝志成,,朱明,刘微,. 复杂背景下目标的快速提取与跟踪[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(02): 259 -0263 .
[4] 董恩增,陈增强,袁著祉 . 基于神经网络PID控制器的混沌系统控制与同步[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(03): 646 -0650 .
[5] 王云成,王建华,谢飞,张宝生 . 电控限滑差速器对汽车动力性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(增刊): 18 -0022 .
[6] 闫长海,孟松鹤,杜善义,陈贵清,刘国仟. 金属热防护系统纤维隔热材料的传热分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(04): 472 -475 .
[7] 苏静, 徐红, 林海波, 李金京, 黄卫民, 季洪海. 滤压式电解槽间接电氧化处理污染物的过程模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(04): 997 -1001 .
[8] 崔艳秋;王珂;孙巍. 基于小波域自适应高斯混合模型的图像去噪方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(06): 983 -0988 .
[9] 梅芳,刘衍珩,张旭利,古天野,王旺 . 移动网络资源管理策略的动态冲突消解机制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(02): 430 -0435 .
[10] 邓江华,刘献栋,单颖春. 基于近场声全息的车内噪声贡献量[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010, 40(03): 666 -0671 .