采煤沉陷区框架结构抗变形研究现状与展望

针对我国矿山城市采煤沉陷区土地资源工程建设利用难的问题,在统计采煤沉陷区发展现状、综合治理及其工程建设利用率的基础上,分析了利用采煤沉陷区场地进行工程建设的必要性。从框架结构抗变形原理、共同作用机理、混凝土框架结构及钢框架结构抗变形技术等4个方面,总结分析了框架结构建筑物变形损害与保护技术的研究发展历程与不足之处;并展望了框架结构建筑物抗变形技术的发展方向:地表移动变形下大跨及多高层框架结构附加效应的动态演化规律,地表移动变形下地基-基础-结构共同作用的力学行为及变形协同机制,框架结构建筑物新型抗变形技术,框架结构建筑物抗震抗变形调控技术,以便形成地表移动变形下框架结构建筑物的综合理论与技术体系,为实现采煤沉陷区进行大型框架结构建筑物工程建设利用提供理论和技术支撑。

采动区桥体可靠性分析及抗变形技术研究

根据煤矿采动区地表沉陷变形规律和铁路桥结构特征,建立了合理的数值计算模型,研究了地下开采引起的地表移动变形对原桥体结构和地基产生的附加内力和附加变形的规律,提出了针对地表大幅度不均匀沉陷铁路桥的有效治理技术.通过现场实测研究受采动影响后桥体结构在动载荷作用下的动力性能;在桥下方工作面推进过程中,通过现场监测研究采动过程中桥体的安全可靠性.

采动区地基、独立基础与框架结构共同作用的力学模型

根据采动区地表变形的规律和独立基础框架结构受力和变形特点,采用合理的地基模型、基础与上部结构共同作用模型和开采沉陷模型,综合应用结构力学、矿山开采沉陷学、土力学、材料力学等相关理论,建立了采动区地基-独立基础-框架结构共同作用的理论计算模型,该计算模型综合考虑了开采盆地形成过程中地表变形对建筑物的动态影响,从理论上揭示了建筑物位于下沉盆地不同位置时,地表变形与建筑物附加变形和附加内力的关系,并推导出计算采动区建筑物附加变形和附加内力的计算公式,通过计算实例进行了验证,为采动区上方框架结构建筑物的保护、加固和设计提供了理论计算依据.

采动区地基、条形基础与框架结构共同作用机理研究

本文综合应用结构力学、矿山开采沉陷学、土力学、材料力学等相关理论,建立了采动区地基–条形基础–框架结构共同作用力学模型。该力学模型综合考虑了开采盆地形成过程中地表变形对建筑物的动态影响以及框架结构建筑物的基础和建筑物的长度等影响因素,从理论上分析了采动过程中上部结构变形、内力等变化规律及主要因素的影响规律,推导出计算采动区建筑物移动变形和各种附加内力的计算公式,通过计算实例进行了验证,为采动区上方框架结构建筑物的保护、加固和设计提供了理论依据和计算工具。

位于老采空区上的门式刚架结构抗变形性能分析研究

根据煤矿老采空区地表移动变形规律 ,利用ANSYS软件模拟计算了老采空区“活化”引起的地表变形对门式刚架结构产生的内力影响。通过分析数值计算结果 ,研究了轻钢结构整体变形的特点及其不同部位受附加内力作用的情况。

不同变位模式黏土非极限被动土压力试验研究

为了揭示墙体平动和转动模式下黏土非极限被动土压力分布规律,采用自制模型箱,进行了墙体平动和转动模式下黏土非极限土压力试验,研究了墙体变位模式以及墙体位移大小对侧土压力的影响规律细化方法,首先进行了室内试验,得到了黏土的基本物理参数,其次进行了模型箱和测试仪器的固定安装,最后进行了挡土墙平移模式(T模式)、绕墙顶转动模式(RT模式)以及绕墙底转动模式(RB模式)3种模式下的土压力试验.试验结果表明:T模式下,非极限侧土压力沿墙体深度的增加总体趋势增大,局部会有减小趋势,总体接近线性分布,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面形成阶梯状错层;RT模式下,侧土压力随墙体的深度总体接近凹曲线分布,上部侧土压力随深度增加较慢,下部侧土压力随深度增加较快,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面产生裂纹,模型箱中部土体表面鼓起;RB模式下,侧土压力随墙体的深度的增加先增大后减小,总体接近凸曲线分布,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面形成阶梯状错层,其阶梯状错层范围要小于平动模式工况;三者非极限侧土压力合力随着压缩位移的增大而增大,当压缩位移相同时,RT模式下土压力合力与T模式下土压力合力比值在0.53~0.97之间,RB模式下土压力合力与T模式下土压力合力比值在0.65~0.83之间.结论中是否有可以量化的数据,参考附件模板修改.

钢框架柱带悬臂梁段拼接节点的弹塑性分析

通过有限元模拟研究了钢框架柱带悬臂梁段拼接节点在弹性极限状态和塑性状态下的应力分布规律,将其受力性能和变形能力与普通无拼接节点进行对比,分析2种不同连接节点的变形性能和不同连接刚度对节点承载性能的影响.结果表明:虽然带悬臂梁段拼接节点的梁翼缘、腹板均有所削弱,但其初始刚度和极限承载力受影响较小,且弹性刚度高于无拼接的焊接节点;而在塑性极限状态下,带悬臂梁段拼接节点的高强螺栓拼接会出现滑移,其转动能力要高于无拼接节点,可见利用拼接滑移耗散地震能量输入是可行的.

钢结构外露式刚接柱脚耗能特性的实验研究

通过H型钢柱脚与混凝土外露锚栓连接基础足尺寸实验,研究2组不同锚栓布置的柱脚连接节点在循环往复荷载作用下的全局响应和各组成单元的局部响应情况,分析刚接柱脚在地震作用下的耗能特性和屈服机制.结果表明,外露式刚接柱脚节点在弹性层间位移转角限值内处于弹性工作状态;在塑性层间位移转角内,柱翼缘和锚栓刚屈服就开始强化,节点承载力进一步提升,并可以较好的满足正常使用状态的需要.在往复荷载作用下,试件的荷载-位移滞回特性曲线呈梭形,具有一定的耗能特性,且外露式刚性连接的柱脚具有一定的半刚性特性.

纳米材料和纳米技术在建筑领域中的应用

综述了纳米技术和纳米材料的特性 ,重点论述了纳米技术和纳米材料在环保型建材、现有建材的改性、智能建筑等领域的发展方向和应用前景。

钢框架带悬臂梁拼接节点的抗水平地表变形试验研究

以单层单跨带悬臂梁段拼接钢框架为研究对象,通过地表变形的物理相似模拟试验,研究了钢框架带悬臂梁段拼接节点在地表水平变形作用下的附加应力和变形规律。主要研究在水平拉伸和水平压缩作用下,拼接节点处腹板拼接板和上下翼缘拼接板内产生的附加内力及变形曲线,分析了上下翼缘拼接板和腹板拼接板中间位置点的变形值随着试验加载值的增加而变化的原因。研究结果表明:地表水平拉伸作用最为不利;拼接节点虽会产生附加变形,但在很大程度上仍处于弹性阶段,卸栽后可以恢复,表现出良好的抗变形性能。最后给出建议:在地表变形地区新建或加固改造钢结构建构筑物时,采用钢框架带悬臂梁段高强螺栓拼接连接,可以很好地吸收变形能。

地表变形引起钢框架结构附加内力和变形的试验研究

为了揭示地表变形对钢框架结构的影响规律,根据地下开采引起的地表变形规律,采用物理相似模型试验,研究了单一地表变形和组合地表变形影响下,平面钢框架结构的附加内力和附加变形的演化规律,得出了单一地表变形和组合地表变形均会引起钢框架结构产生附加内力和附加变形,而且地表组合变形对钢框架结构的影响远大于单一地表变形,在组合地表变形中,水平变形主要引起钢框架结构产生附加内力,竖向变形主要引起钢框架结构产生附加变形。组合地表变形是引起平面钢框架结构破坏的主要因素。

老采空区地基变形与基础协同作用的研究

基于老采空区上方建筑物地基移动变形规律和建筑变形特点，研究了老采空区上方建筑物地基与基础协同作用以及地表变形对建筑物产生附加内力的影响，对现有的建筑物附加内力计算方法进行了改进，并分析了队加内力对建筑物不同部位的影响和建筑物保护措施的合理性。

角钢–双T型纵横梁拼接节点承载特性研究

拼接节点作为钢桁架结构重要的连接部位,其承载力和刚度是影响钢桁架整体结构安全性和稳定性的重要因素。本文结合大直径钢桁架筒仓施工支撑平台设计提出两种角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,为研究其承载特性,采用静力加载试验和有限单元法,对这两种拼接节点进行研究,分析相同受力和相同约束等条件下带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点的抗弯刚度、极限荷载及破坏模式,以确定较合理的角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,实现大直径钢桁架筒仓施工支撑平台的装配化施工。研究结果表明:相同约束条件下,当荷载达到150 kN时,试验测得带腹板连接板拼接节点的位移比带腹板端板拼接节点的位移小–1.73%,且其抗弯刚度比带腹板端板拼接节点高8.76%。采用有限单元法对带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点进行数值模拟,当荷载达到极限荷载200 kN时,带腹板端板拼接节点塑性变形较大,最后带腹板端板拼接节点先于构件发生剪切破坏;当荷载达到极限荷载220 kN时,带腹板连接板拼接节点塑性变形较大,最后构件先于带腹板连接板拼接节点发生压屈破坏。带腹板连接板的拼接节点更符合"强节点弱构件"的节点设计原则,满足大跨度钢桁架节点拼接要求,其研究成果为钢桁架整体结构性能的研究提供理论依据。

大直径筒仓仓顶钢桁架施工支撑平台设计

利用3D3S钢结构设计软件对大直径筒仓仓顶钢桁架施工支撑平台进行研究。首先分析了4种不同截面的钢桁架梁在受力和约束等相同的条件下的受力性能,在钢桁架各杆件强度满足设计规范要求的前提下,主要对比分析了4种不同截面钢桁架的刚度(即最大挠度)和总用钢量,确定了较合理的钢桁架截面形式。进一步对比分析了平面钢桁架方案与空间钢桁架方案的整体用钢量和刚度,在满足设计要求的强度和刚度的前提下,发现空间钢桁架方案比平面钢桁架方案节省34.1%～96.7%的用钢量,所以选择空间钢桁架作为承重体系更加经济合理。最后,给出设计建议。

双向受弯型钢梁截面设计参数的确定

分析了现采用的双向受弯型钢梁截面设计方法的不足，通过研究双向受弯型钢梁的受力，提出了一种简单实用的确定双向受弯型钢梁截面设计参数的方法，并将普通工字钢和普通槽钢的梁截面设计参数列表给出，供设计时直接查用，经验证所确定的截面设计参数满足设计要求．

方钢管柱-H型钢梁半刚性连接钢框架静力性能有限元分析

为了更好地研究新型方钢管柱-H型钢梁装配式节点框架的力学性能,在足尺寸节点试验和整体框架受力试验的基础上,通过有限元模拟研究了柱距、柱轴压比、梁上荷载分布形式三个整体参数,以及节点刚度对方钢管柱-H型钢梁半刚性连接钢框架静力性能的影响.结果表明:钢框架在柱距较大时节点区和框架柱可以保证更高的可靠度;轴压比对半刚性钢框架受力状态的影响主要集中在柱上,而对框架梁和节点区各部件的影响很小;框架梁承受跨中集中荷载时半刚性钢框架的内力和变形比承受均布荷载时要大;节点刚度对钢框架的变形和内力的影响有临界值.

改革课程体系 培养高素质人才

本文从分析高等工科院校现行课程体系存在的问题入手 ,针对培养高素质人才的目标要求 ,探讨了从加强基础教育、加强各学科联系以及加强实践环节等方面对现行课程体系进行改革 ,使高校造就更多适应社会发展的高素质人才。

型钢墙梁截面直接设计法

分析了型钢墙梁的受力特点 ,提出了一种简单实用的确定型钢墙梁截面的直接设计方法 ,并将常用荷载作用下的简支型钢墙梁截面型号列表给出 ,以供设计人员直接选用。

复合荷载作用下TX型方管节点静力性能试验研究

对两个TX型方钢管相贯节点进行了轴力、弯矩共同作用下的静力试验研究.通过对试验现象的分析,研究了节点的破坏特征、应力分布规律、抗弯刚度以及极限承载力等静力性能.试验结果表明:当主管受压时,节点的抗弯刚度相比主管受拉的情况会有所降低.圆角处的焊缝往往较早出现裂缝,使得节点强度难以充分利用.在设计中,如果要将节点视为刚性,需要采取一定的加劲措施,并在施工和加工过程中确保焊缝质量.

扰动土性状研究及在环境治理工程中的应用

地下采煤等地下开采活动造成的地面沉陷破坏日益加剧,尤其是地表下沉对建筑物、桥梁、公路、铁路等设施造成的影响不容忽视.本文采用扰动土的观点,将采动区地表土体视为受开采扰动土体,采用数值模拟、现场取样等手段,研究了土体在受地下开采扰动影响下的应力路径、物理性质的变化及抗剪强度指标的变化规律.研究表明,地下开采对土体含水量、土体孔隙比等地表土物理力学性质有较大影响.最后给出了一个用扰动土理论指导进行地基加固的工程实例.