加筋土的应力变形计算方法的研究

在系列的土料和筋材的室内试验的基础上，进行了加筋土陡坡的离心模型试验和不同加筋方式的粘性土一维冻胀模型试验和不同现场完成了加筋复合地基桩静载试验和加筋档土构造物的冻胀试验。试验的结果表明，本项研究中所发展的用附加约束应力代替筋材作用的加筋土应力变形计算思路是合理和可行的。用这一计算方法纪编制了NMFRS有限元计算程序，可用于各种形式的加筋土构造物的数值计算。并用以预测我们完成的纤维加盘陡坡的离心模型试验和美国科罗拉多大学所作的土工加筋热挡土墙的变形和破坏，研究表明，这一算法概念清楚，适用性强，程序简单结果可靠，有较大的学术价值和实际工程意义。并培养了博士和硕士研究生各一名，发表论文18篇 2100433B

内容介绍

《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》针对工程技术人员和高校学生，深入浅出地用3根棒所构成的非常简单的1维力学模型说明焊接变形和残余应力的生成过程；同时对以固有应变为基础的残余应力、变形预测以及测定的基础理论进行简要的阐述。焊接变形和残余应力一直是困扰工程技术人员的一大难题。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》配有可以体验计算焊接变形和残余应力的程序以及基本例题的CD。根据《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》的解说，可以在个人计算机上体验焊接温度、残余应力和变形计算。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》还引用典型的计算实例介绍焊接变形和残余应力分析的方法和目的。CD中还收录了热弹塑性计算所需的各种材料的热物理、力学性能数据和基本理论。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》是工程技术人员和高校学生学习和掌握焊接变形和残余应力基础知识的有力工具。

《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》的主要内容如下：

第1章 焊接力学的基础知识，即绪论，焊接力学的基础知识，残余应力和固有应变的生成机理。

第2章 固有应变法测量和预测残余应力的基础理论，即固有应变和生成应力的关系，2维及3维残余应力的测量方法，焊接残余应力的预测。

第3章 焊接力学模拟的基础，即焊接的温度场和应力场模拟的基础知识。

第4章 有限元法的基础知识，即问题的种类和基本计算式，变分原理，热弹塑性问题的分析实例。

第5章 关于《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》程序的问与答，即程序概要，焊接热传导程序heat2d．exe的问与答，热弹塑性的程序tepc2d．exe的问与答，固有应变法程序inhs2d．exe的问与答，子程序awsd．exe的问与答，计算例题数据。

第6章 有限元程序的焊接热传导、焊接变形及残余应力的体验计算，即焊接热传导heat2d．exe的体验计算，热弹塑性FEM程序tepc2d．exe的体验计算，固有应变FEM程序inhs2．exe．的体验计算，固有应变程序inhs2d．exe的残余应力的预测计算。

第7章 焊接应力及变形的各类问题和对策，即对接接头的冷裂纹和约束、减少疲劳裂纹的角焊缝焊接残余应力分析、多层焊接残余应力和焊接裂纹、极厚板多层对接接头的残余应力分析，防止管道接头的应力腐蚀的水冷式焊接，线状加热的变形预测、点焊接过程模拟、大型焊接结构的变形分析等计算实例。

加筋是土工合成材料的主要功能之一。目前对加筋土数值计算采用的方法主要有把筋土分开考虑的方法和复合材料方法。等效附加应力法也是一种简便有效的方法。它把筋的作用当成外力加在土骨架上，取加筋土中的土体进行计算。但它目前尚缺乏理论上的支持，应变比例系数的计算以及等效附加应力的作用方式也有待进一步明确。本项目拟以加筋土的数值计算方法，尤其等效附加应力法展开研究工作。通过模型试验、数值试验以及结合具体工程观测资料的计算分析，进一步揭示加筋土中筋与土的相互作用机理，合理确定应变比例系数和等效附加应力。参考钢筋混凝土中的相关计算方法，完善等效附加应力法的理论基础。同时客观评价不同方法的优缺点和适用性，为加筋土工程的设计计算服务。

在基金的资助下，项目围绕加筋土的加筋机理和计算方法进行研究。通过拉拔试验和离散元模拟，研究筋材影响范围与粗粒料颗粒平均粒径的关系。发现筋材影响范围大约为填料平均粒径的12倍左右。就筋材加筋效果来说，间距在15至25倍粒径时加筋效果会比较好。采用4种加筋材料，分别对黏性土和砂土加筋边坡进行了离心模型试验，研究筋材间距和筋土接触面性质对加筋土边坡变形和破坏规律的影响。发现在筋材与土接触面强度不能提高的情况下，继续增大筋材模量是没有太大意义的。通过理论分析，完善了等效附加应力法的理论基础，改进了筋土发生相对错动时的应变比例系数的处理方法。从理论上论证了整体式、组合式和分离式方法的一致性，以及与等效附加应力法的关系。评价了不同方法的特点及单元划分方式的影响。研究成果应用于高加筋土边坡和基坑工程的计算分析，取得了较好效果。 2100433B