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考虑轴力和剪切效应的盾构隧道纵向变形分析

西南交通大学学报 2022年第1期57卷 139-147页

作者：杨成永马文辉费腾韩薛果程霖北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

采用傅立叶级数法研究了不同荷载作用下轴力和剪切效应对盾构隧道变形的影响.计及剪切变形所产生的地基反力,建立了弯曲变形的控制微分方程,推导了剪切变形的计算公式;采用与既有理论解对比的方法,验证了级数解的正确性;通过对比计算,... 详细信息

采用傅立叶级数法研究了不同荷载作用下轴力和剪切效应对盾构隧道变形的影响.计及剪切变形所产生的地基反力,建立了弯曲变形的控制微分方程,推导了剪切变形的计算公式;采用与既有理论解对比的方法,验证了级数解的正确性;通过对比计算,分析了截面形式、端承条件、荷载形式、长高比以及有无弹性地基对盾构隧道剪切变形的影响,剪切刚度对弯曲变形、剪切变形及内力的影响,以及装配力对弯曲变形和弯曲内力的影响.研究结果表明:盾构隧道的剪切变形在总变形中的占比可以达到20%以上,是由于盾构隧道圆环截面的形式及较低的剪切刚度共同造成的;考虑剪切变形后,隧道的总变形是增加的,但弯曲变形及弯矩较不考虑剪切变形时要小;随剪切刚度的降低,剪切变形增大,其在总变形中的占比也增大,当剪切刚度从8 GN减小到1 GN,总变形增加了15.7%,弯曲变形及弯矩分别减小了11.7%、17.1%,剪切变形增加5.77倍,剪切变形在总变形中的占比从4.64%增加到27.17%;装配产生的轴向压力增大了隧道的弯曲变形和弯矩,但影响幅度不大,一般对挠度的影响不超过2%,对弯矩的影响不超过3%.

关键词：盾构隧道纵向变形剪切效应轴向受力傅立叶级数弹性地基

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基于剪切效应的气动雾化喷嘴试验研究

排灌机械工程学报 2022年第3期40卷 270-275页

作者：康灿高可可张永超江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013

提出一种基于剪切效应的气动雾化喷嘴,对影响雾化质量的喷嘴结构参数进行试验研究.设计了3种气流孔径分别为8.0,9.0,10.0 mm的喷嘴,以自来水为工质,采用激光粒度分析仪和激光多普勒测速仪对不同喷嘴的雾化性能进行测量;描述气流孔径和... 详细信息

提出一种基于剪切效应的气动雾化喷嘴,对影响雾化质量的喷嘴结构参数进行试验研究.设计了3种气流孔径分别为8.0,9.0,10.0 mm的喷嘴,以自来水为工质,采用激光粒度分析仪和激光多普勒测速仪对不同喷嘴的雾化性能进行测量;描述气流孔径和气体流量对雾化微粒直径与速度分布的影响,量化并分析雾化微粒直径与速度之间的关系.结果表明:在同一气体流量条件下,采用气流孔径为10.0 mm的喷嘴所获得的雾化微粒速度最大、直径最小.随着气体流量增大,雾化微粒的速度增大,直径减小.随着距离喷嘴出口的轴向距离增大,雾化微粒直径先减小后增大,速度先增加后下降.对于气流孔径为10.0 mm的喷嘴,在距离喷嘴出口的轴向距离50.0 mm断面上,雾化微粒速度呈现双峰分布,在喷嘴轴心线附近出现谷值;在距喷嘴出口的轴向距离为200.0 mm的断面上,雾化微粒的速度在喷嘴轴线位置达到最大值.

关键词：气动雾化喷嘴剪切效应微粒直径微粒速度

基于剪切效应纤维梁单元的结构非线性有限元数值模拟

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应用数学和力学 2022年第1期43卷 34-48页

作者：李嘉钰陈梦成王开心华东交通大学土木建筑学院南昌330013

基于Euler-Bernoulli梁理论的经典纤维模型忽略了剪切变形给截面带来的影响,为了得到更加精确的梁单元模型,该文基于考虑剪切效应的纤维梁单元,根据Timoshenko梁理论,推导了该纤维梁单元的刚度矩阵,并结合弹塑性增量理论,同时考虑了几... 详细信息

基于Euler-Bernoulli梁理论的经典纤维模型忽略了剪切变形给截面带来的影响,为了得到更加精确的梁单元模型,该文基于考虑剪切效应的纤维梁单元,根据Timoshenko梁理论,推导了该纤维梁单元的刚度矩阵,并结合弹塑性增量理论,同时考虑了几何非线性和材料非线性的双重影响,建立了压弯剪复杂应力状态下结构非线性有限元分析理论.该文最后利用MATLAB编制了相关计算程序,对钢筋混凝土和矩形钢管混凝土的典型压弯剪构件进行有限元数值模拟,得到了构件的荷载-位移非线性全过程曲线.典型算例的验证结果表明:该文建立的非线性有限元分析理论是通用、可行和正确的.

关键词：纤维梁单元结构非线性剪切效应有限元分析

考虑剪切效应的钢筋混凝土纤维梁单元徐变分析方法

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应用力学学报 2023年

作者：邓继华鲁朵朵谭建平田仲初长沙理工大学土木工程学院长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室

基于Euler-Bernoulli梁理论的经典纤维模型忽略了剪切变形给截面带来的影响，为了建立更加精确地钢筋混凝土纤维梁单元徐变分析方法，该文基于考虑剪切效应的纤维梁单元，根据Timoshenko梁理论，推导了该纤维梁单元的刚度矩阵，利用混... 详细信息

基于Euler-Bernoulli梁理论的经典纤维模型忽略了剪切变形给截面带来的影响，为了建立更加精确地钢筋混凝土纤维梁单元徐变分析方法，该文基于考虑剪切效应的纤维梁单元，根据Timoshenko梁理论，推导了该纤维梁单元的刚度矩阵，利用混凝土徐变分析的初应变法，导出单元徐变等效节点力的有限元列式，最终建立了钢筋混凝土纤维梁单元徐变分析的有限元方法。利用FORTRAN语言编制了计算程序，进行了普通梁与钢筋混凝土梁的弹性分析、以及钢筋混凝土梁的徐变分析，分别与解析解、ABAQUS有限元解以及其他文献解进行了比较，结果表明：该文方法在准确计入剪切效应的同时，能清晰界定钢筋与混凝土在钢筋混凝土梁徐变性能中的行为；同时也表明钢筋混凝土梁徐变分析模型中计入钢筋能有效提高计算结果的精度。

关键词：钢筋混凝土纤维梁单元徐变剪切效应 Timoshenko梁理论有限元分析

大型梁式承台模型试验及跨中挠度简化计算方法研究

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桥梁建设 2024年第1期54卷 133-139页

作者：王洁金黄毅胡志坚李永斌黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003 武汉理工大学交通学院湖北武汉430063 中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430050

为了解大型梁式承台的力学性能,以某快速化改造工程的大型梁式承台为背景,按照缩尺比1∶10制作梁式承台模型进行力学性能试验,结合有限元计算,分析梁式承台结构受力、破坏模式、开裂情况等,并研究不同跨高比条件下梁式承台的受力特性。... 详细信息

为了解大型梁式承台的力学性能,以某快速化改造工程的大型梁式承台为背景,按照缩尺比1∶10制作梁式承台模型进行力学性能试验,结合有限元计算,分析梁式承台结构受力、破坏模式、开裂情况等,并研究不同跨高比条件下梁式承台的受力特性。结果表明:在跨中荷载作用下,梁式承台受力大致可以分为线弹性阶段、裂缝发展阶段和屈服阶段3个阶段;线弹性阶段截面应力分布已不满足平截面假定,剪切效应对结构变形的影响不可忽略;模型最终破坏模式为弯曲破坏;裂缝主要表现为跨中弯曲裂缝和斜裂缝;跨高比越小,梁式承台剪切刚度越大。为考虑剪切效应对梁式承台变形的影响,拟合得出梁式承台跨中挠度的简化计算方法,将该方法计算值及规范计算值与试验值进行对比,可得在裂缝发展阶段,规范计算值与试验值偏差较大,所提方法计算值与试验值偏差较小,该方法可用于线弹性阶段及裂缝发展阶段梁式承台跨中挠度的初步估算。

关键词：梁式承台剪切效应力学性能跨中挠度计算方法模型试验有限元法

利用剪切效应原理计算双模量材料的性能参数解

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第2期45卷 609-614页

作者：吴晓杨立军黄志刚湖南文理学院土木建筑工程学院湖南常德415000

采用材料力学原理证明作用在双模量梁上的横向载荷对中性轴位置没有影响。在考虑剪切效应的基础上,建立双模量梁弯曲的微分方程,推导出双模量梁的挠曲线表达式。研究结果表明:利用三点弯曲法及四点弯曲法可方便地求出双模量材料的性能参... 详细信息

采用材料力学原理证明作用在双模量梁上的横向载荷对中性轴位置没有影响。在考虑剪切效应的基础上,建立双模量梁弯曲的微分方程,推导出双模量梁的挠曲线表达式。研究结果表明:利用三点弯曲法及四点弯曲法可方便地求出双模量材料的性能参数;该测定双模量材料的性能参数的试验方法简便可行而且精度较高,可同时测出双模量梁的弯曲刚度及剪切刚度,且能够保证弯曲刚度与剪切刚度具有相同的实验精度;该试验方法不但可以测定双模量材料的性能参数,而且可以测定复合材料的性能参数和各向同性材料的性能参数,具有较强的通用性。

关键词：剪切效应双模量材料弯曲

考虑隧道剪切效应的基坑开挖对邻近隧道纵向变形分析

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岩石力学与工程学报 2017年第1期36卷 223-233页

作者：梁荣柱林存刚夏唐代吴世明浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉410074 宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 杭州庆春路过江隧道有限公司浙江杭州310002

基坑施工将打破周围地层已平衡的应力场,引起应力释放,对既有下卧地铁隧道产生不利的影响。针对既有研究的不足,提出考虑隧道剪切效应的基坑开挖对下卧隧道影响的解析解。既有隧道简化为搁置于Winkler地基上的Timoshenko梁。通过两阶段... 详细信息

基坑施工将打破周围地层已平衡的应力场,引起应力释放,对既有下卧地铁隧道产生不利的影响。针对既有研究的不足,提出考虑隧道剪切效应的基坑开挖对下卧隧道影响的解析解。既有隧道简化为搁置于Winkler地基上的Timoshenko梁。通过两阶段分析法,考虑基坑卸荷作用下已建隧道的响应。首先基于Timoshenko梁理论,建立考虑隧道剪切效应的隧道纵向变形微分方程,然后将由Mindlin弹性解计算得到附加荷载施加于既有隧道上,最后通过有限差分法得到在附加荷载作用下隧道的纵向变形解答。收集3个已发表工程实例的实测数据,并与本文方法及Euler-Bernoulli梁法的计算结果进行对比分析,发现实测结果与2种方法得计算结果有较好的一致性。然而,在内力分析上,相对比于本文方法,Euler-Bernoulli梁法明显高估基坑卸荷引起的隧道弯矩与剪力。由于本文方法可有效模拟既有隧道剪切效应,因而可进一步给出1在卸荷作用下隧道管片间错台量。研究成果可为合理预测邻近基坑施工对既有隧道的影响提供一定的理论支持。

关键词：隧道工程既有隧道基坑开挖 Timoshenko梁纵向变形剪切效应

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剪切效应对工字形梁弯曲挠度影响的分析

工程与试验 2022年第4期62卷 16-18页

作者：王骞弘吴晓湖南城市学院湖南益阳413000 湖南文理学院湖南常德415000

研究了剪切效应对工字形梁弯曲挠度的影响问题。利用梁的剪应变与梁的轴向位移、弯曲挠度的微分关系,推导得到了工字形梁的弯曲微分方程,对弯曲微分方程积分可得考虑剪切效应的弯曲挠度表达式。算例分析表明,剪切效应对工字形梁弯曲挠... 详细信息

研究了剪切效应对工字形梁弯曲挠度的影响问题。利用梁的剪应变与梁的轴向位移、弯曲挠度的微分关系,推导得到了工字形梁的弯曲微分方程,对弯曲微分方程积分可得考虑剪切效应的弯曲挠度表达式。算例分析表明,剪切效应对工字形梁弯曲挠度有较大影响。

关键词：剪切效应梁弯曲挠度

考虑埋深与剪切效应的基坑卸荷下卧隧道的形变响应

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岩土力学 2020年第S1期41卷 195-207页

作者：徐日庆程康应宏伟林存刚梁荣柱冯苏阳浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江省城市地下空间开发工程技术研究中心浙江杭州310058 河海大学岩土工程科学研究所江苏南京210098 挪威岩土工程研究所奥斯陆0806挪威同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉410074

基坑卸荷将对下卧既有隧道产生附加荷载。结合工程实际,提出考虑隧道剪切效应及埋深效应的基坑开挖下卧隧道形变响应的半解析解。引入能考虑隧道埋深的修正基床反力系数,再由Mindlin解给出基坑卸荷对下卧隧道产生的附加荷载。视既有隧... 详细信息

基坑卸荷将对下卧既有隧道产生附加荷载。结合工程实际,提出考虑隧道剪切效应及埋深效应的基坑开挖下卧隧道形变响应的半解析解。引入能考虑隧道埋深的修正基床反力系数,再由Mindlin解给出基坑卸荷对下卧隧道产生的附加荷载。视既有隧道为埋置于Pasternak地基上的Timoshenko梁,将附加荷载施加于隧道并计算其响应,提出可考虑隧道埋深及剪切效应的下卧隧道在基坑卸荷下的响应解。与三维有限元数值模拟、杭州地铁一号线九寨河基坑的测量结果的对比,验证了所提方法的准确性。针对隧道等效抗弯刚度、等效剪切刚度对隧道内力及变形的影响进行系统的敏感性分析。结果表明,采用Timoshenko梁模拟隧道可更好地分析隧道的力学响应;当提高隧道抗弯刚度,隧道的位移值、弯矩值和剪力值会显著下降,但其分布范围会增大;隧道最大正弯矩及最大剪力所在位置保持不变,不受隧道抗弯刚度值的影响,但最大负弯矩所在位置会随抗弯刚度的增大向隧道两端移动,当隧道剪切刚度超过抗弯刚度的20%时隧道位移、弯矩、剪力几乎均不再受剪切刚度的影响。所得结论可为类似工程提供一定理论支持。

关键词：深度效应既有隧道基坑卸荷 Timoshenko梁剪切效应