用于隧道减震的叠层剪切吸能结构剪切性能试验研究

提出一种新型叠层剪切吸能(LSED)结构改变衬砌连接方式,能够保证隧道在轴向上具有良好的变形能力和在环向上具有较好的抵抗变形的刚性能力。基于LSED结构的竖向承载和剪切变形能力开展LSED结构的室内剪切试验和数值试验研究,利用变异系数法评价橡胶剪切模量、橡胶层单层厚度、橡胶层层数和结构有效直径等因素对LSED结构水平剪切性能影响的权重。最后,利用有限元软件ABAQUS建立LSED结构-隧道衬砌-围岩三维精细化工程模型,并采用动力时程分析方法对其地震响应进行分析。研究结果表明:在压剪状态下,结构整体位移由下到上逐渐增大,橡胶层的受拉区主要集中在外侧边缘,拉应力及其分布面积由两端向中间逐渐减小,上表面的最大名义主应变最大值由上到下逐渐减小;钢板层较大应力区域主要分布在靠近上下封板部位。设计因素中橡胶剪切模量和结构内部钢板直径对LSED结构的水平等效刚度的影响更为显著;LSED结构的设置能有效降低衬砌的地震响应,且减震率达到45%以上。

振动台试验叠层剪切型土箱的研制

在总结国内外振动台试验用土箱的基础上,研制了一个15层叠层方钢管框架并辅之以双侧面钢板约束的叠层剪切型模型土箱,钢管框架层间相对运动和垂直振动方向两边界的自由运动大大削弱了土箱边界效应。平行振动方向土箱两侧安装4根立柱,立柱上安装与土箱侧壁接触的若干轴承以限制箱内土体的转动。采用正弦波激振的扫频法测量了模型土箱的自振频率,与ABAQUS软件模拟的计算结果基本一致;采用脉冲信号激振的自由振动法,测量了土箱的阻尼比;进行了正弦波和地震波激励的自由场地振动台试验研究,测试了模型地基地表和1m深处的加速度时程,提出边界效应指数作为衡量土箱边界效应的指标并对几种土箱进行了比较。结果表明:设计的叠层剪切型土箱能较好地模拟自由场地的边界条件,比较理想地削弱了边界上地震波的反射或散射效应。

振动台多功能叠层剪切箱研制

振动台模型试验是研究地震作用下土-结构动力相互作用的重要方法,而土箱的性质将直接影响到试验结果的可靠性。在总结国内外研制土箱经验的基础上,研制出刚度可调的多功能叠层剪切箱。该剪切模型箱可完成单向和多向振动台土-结构动力相互作用试验;针对不同试验中所选择的模型土种类的不同,本剪切模型箱可调整水平向剪切箱刚度,以更好地模拟水平场地边界效应问题。通过全黏土层中三层三跨地下结构试验验证剪切模型箱模拟水平场地边界效应问题;并通过砂土夹层中三层三跨地下结构试验,验证本剪切箱能够较好地完成三维土-结构相互作用振动台试验。

振动台试验三维叠层剪切箱研制

在进行土-结相互作用振动台试验中,最常用的盛土容器为叠层剪切箱。但目前已研制出的剪切箱还只能进行一个水平方向的剪切运动,不能满足对三维土-结相互作用研究的要求。在总结国内外研制叠层剪切箱经验的基础上,研制出了刚度可调的三维叠层剪切箱。通过三层三跨地下结构砂土夹层试验,证明了本剪切箱不但能够进行三维土-结相互作用振动台试验,而且能够很好的解决模型箱的边界效应问题。同时,针对不同试验中所选择的模型土种类的不同,可以调整剪切箱的刚度,以满足试验对降低模型箱边界效应的要求。

大型叠层剪切变形模型箱的研制

振动台模型试验是研究工程结构抗震的重要手段之一。在碎石桩复合地基抗液化特性振动台试验研究中,基于半无限自由场原型土层的地震反应分析,在比较了目前国内外研究岩土结构地震问题振动台试验常用的3种模型箱(刚性模型箱、圆筒型柔性模型箱和叠层剪切变形模型箱)各自优缺点的基础上,设计一个可以用于振动台试验的大型叠层剪切变形模型箱。该模型箱由方钢管焊接的矩形框架和层间滚珠轴承构成,可以很好地模拟原型土层在天然地震剪切波作用下的变形特性。试验结果表明,所设计的叠层剪切变形模型箱不仅为本次试验获得成功打下了坚实的基础,还可以应用于其他岩土地震问题的试验研究。

铁基纳米晶合金带材叠层剪切加工特性研究

针对铁基纳米晶合金带材剪切加工过程,探究了不同剪切层数对纳米晶合金带材剪切加工特性的影响,分析了叠层剪切后带材断面和截面形貌特征以及磁畴结构变化情况,并归纳出剪切速度和径向重叠量对纳米晶合金带材叠层剪切质量的影响规律。结果表明,不同剪切层数得到的带材断面形貌具有差异性,单层剪切断面形貌以剪切断裂区为主,并形成小量毛刺,磁畴排列规律;叠层剪切断面发生不同程度损伤,如材料堆积、局部剥落、磁畴紊乱等。叠层纳米晶合金带材剪切加工能够提高效率,但会导致毛刺增大、断面完整性下降。随着剪切速度的增加,各层纳米晶合金带材毛刺高度减小,断面完整性增大,纳米晶合金带材剪切毛刺高度随径向重叠量的增大呈先增大后减小的趋势,而断面完整性则逐渐变差。

双向叠层剪切箱的研制及模型土体振动台试验研究

在结构–土体动力相互作用试验中,最常用的盛土容器是叠层剪切箱。在总结国内外剪切箱经验的基础上,研制出了刚度可调的二维叠层剪切箱,改进了箱体层间滑动装置。通过地震激励下模型土体试验,验证了该剪切箱很好的解决了单向水平地震输入时的边界效应,研究了土体在地震作用下的位移变化形态和非线性特征,得到了土体剪应力随地震动峰值的变化规律。结果表明:不同高度处土体的位移分布接近第一振型,土体剪应力和剪应力–剪应变滞回曲线的包络面积都随着地震动峰值的增大而增加,但是上下部土体的剪应力增加速率存在明显不同。

铁基纳米晶合金带材叠层剪切加工特性研究

铁基纳米晶合金带材叠层剪切加工质量与层数、剪切速度等有直接的关系,因此,在对铁基纳米晶合金带材叠层剪切加工过程进行分析中,则需要从剪切速度、毛刺控制等角度进行完善,从而实现铁基纳米晶合金带材叠层剪切加工水平的进一步提升。在分析铁基纳米晶合金带材叠层剪切加工工艺流程的基础上,从铁基纳米晶合金带材叠层剪切加工流程以及影响因素的角度进行分析,并针对剪切速度、剪切层数与铁基纳米晶合金带材磁畴结构、加工质量的变化关系进行分析,旨在提高铁基纳米晶合金带材叠层剪切加工的综合水平。

铁基非晶/纳米晶合金带材叠层剪切加工特性研究

以铁基非晶/纳米晶合金为研究对象,通过研究纳米晶合金在不同剪切层数下的力学性能,研究纳米晶合金在堆叠后的截面形态、磁畴结构的改变,总结出堆叠速率、堆叠程度等因素对纳米晶合金堆叠效果的影响规律。研究发现,在不同的剪切层数下,条带横截面形态表现出明显的差别,其中,条带横截面主要是由剪切破坏区域组成,且存在少量的毛刺,条带横截面上的电畴排布规则;结果表明,在层状结构的剪切截面上,存在着材料堆积、局部剥落和磁畴紊乱等破坏现象。采用层状结构的纳米晶条进行剪切可以有效地改善其成形性能,但是同时也会增加毛刺,降低断面的完整性。在不同的切削率条件下,不同厚度的纳米晶合金条在不同厚度上的毛刺高度均随切削率的提高而降低,而截面的整体质量均随切削率的增加而降低。

城轨车辆剪切型叠层橡胶弹簧稳定性研究

用于欧洲某型城轨车辆转向架的一系剪切型叠层橡胶弹簧具有结构简单、重量轻、垂向挠度大及承受载荷大等优点,但在研制的过程中发现,弹簧在极限载荷作用下出现严重的失稳现象。文章从理论与工程结构的角度分析了类似的剪切型叠层橡胶弹簧的失稳情况,解决了产品的失稳问题。

堆叠式剪切模型箱的改进

对现有叠层剪切模型箱进行技术改进,其整体改进思路是用轴承和端部弹性约束系统分别取代常见的滚珠和侧向刚性约束系统。改进措施是把原叠层方钢框架模型箱改成H型钢和方钢交替堆叠式模型箱;层间轴承外径由16mm调整为72mm;模型箱受力形式由"抽屉式"改为"堆叠式";非主振方向上铆接弹性薄钢板取代侧向刚性约束系统。并用ANSYS软件对铆接弹性薄钢板情况进行模拟,结果显示,其对模型箱和土体的动力特性影响很小。改进后的模型箱自重减小,层间间隙缩小并且可根据需要调整,模型箱受力机制更接近于实际土体。设备的可循环操作性和使用性能增强,可最大程度地利用现有的试验设备实现土体在动荷载作用下的自由剪切变形模拟。

小轧厂成品剪切弯头原因分析

1 概况冷剪是小型材重要的精整设备,剪切质量的高低,不仅直接影响到成品材的外观质量,而且还很可能影响客户对钢材的利用程度。因此,提高剪切质量。

振动台土-箱结构模型动力特性及反应的解析分析

在振动台模型试验中,模型箱的设计直接影响到结果的准确性和可靠性。指出了叠层剪切型模型箱存在的主要问题有模型箱的附加质量、层间的摩阻力以及最大位移的限制。基于剪切梁法建立了土柱与模型箱相互作用的简化模型,在土体剪切模量均匀分布和沿高度指数分布的情况下,分别推导了其动力特性与反应的解析解,进而讨论了模型箱尺寸、材料对土体动力特性的影响。结果表明:与纯土柱相比,模型箱附加质量使土–箱系统自振频率减小;模型箱尺寸越大,土–箱结构自振频率误差越小;在相同尺寸下,铝合金模型箱的自振频率误差明显小于钢质模型箱。在此基础上建立了模型箱尺寸和材料应满足的公式。该方法可为设计合理的模型箱提供一定的参考。

地下结构地震破坏机制试验研究

利用自行研制的三维叠层剪切模型箱,完成黏土层中典型三层三跨地铁车站模型的地震响应大型振动台试验。通过对车站模型结构和土层中的加速度时程及其傅里叶频率幅值谱的对比研究,分析地下结构动应变变化规律及结构破坏宏观现象。揭示地下结构地震破坏机制为地下结构地震响应主要受周围土层控制,土层相对较软时,地下结构易发生破坏。同时,埋深越浅,地下结构破坏越严重。地下结构的地震破坏模式是地下结构周围土体的剪切变形使结构产生层间相对位移,当位移过大时,楼板与侧墙将发生拉伸破坏。而柱子则在剪切或弯矩作用下可分别产生剪切破坏和弯曲破坏,或在同一根柱子上同时出现剪切和弯曲组合破坏。

饱和砂土地基液化特性振动台试验研究

饱和砂土地基试验是研究碎石桩复合地基抗液化性能振动台试验的先导和必要组成部分。本文采用自行研制的简易单向专用振动台和大型叠层剪切变形模型箱完成了两个饱和砂土地基模型的三次振动台试验,验证了模型箱的性能和模型地基内部的均匀性。通过量测振动过程中砂土的超静孔隙水压力,得到了饱和砂土地基液化规律以及振动加密对其抗液化能力的影响。同时,探索了饱和砂土地基液化大型振动台模型试验技术,如饱和砂土模型地基设计与制备、传感器布置、试验加载方案确定等,为今后开展此类试验提供一般的研究思路,并且为后续碎石桩复合地基振动台试验提供了必要的技术经验。

近远场地震中土工格栅加筋土挡墙抗震特性的振动台试验研究

地震中土工格栅加筋土挡墙的动态行为与抗震机理的认识还尚不清楚。采用叠层剪切型模型土箱开展大型振动台试验,基于量纲理论π定理的Froude常数设计试验模型,考虑近远场地震动影响,采用汶川地震中松潘远场波、什邡近场波和Taft中远场地震波,测试墙体加速度、加筋回填土加速度、墙体侧向变形、加筋区与非加筋区回填土表面震陷、加筋区填土超静孔隙水压力以及土工格栅应变特性,得出远场和中远场地震波对加筋结构产生了强烈的宏观反应特征,而近场波对加筋区填土超静孔隙水压力的微观反应影响显著,加速度和沉降反应特征表明土工格栅为柔性挡土墙提供了较强的抗震能力,格栅应变分布特征揭示了柔性挡土墙上受力分布规律。研究结果将为土工格栅加筋土挡墙抗震安全设计和工程施工提供依据。

两种岩土隔震系统的振动台试验研究

采用低成本的减隔震技术是降低农村房屋地震灾害的重要途经。近年来,围绕结构基础与地基土之间使用低模量材料的岩土隔震技术(GSI)引起了广泛的研究兴趣。提出了两种低成本的岩土隔震系统即基于砂垫层的岩土隔震系统(GSI-SC)和基于玻璃珠-砂垫层的岩土隔震系统(GSI-GBSC)。通过考虑场地的大比例振动台模型试验对单层砌体结构模型进行了有、无隔震系统的对比试验,单层砌体结构模型采用1/4的缩尺比例制作。选取1940年记录到的El-Centro波南北分量作为输入波,输入加速度幅值分别为0.1g,0.2g,0.4g。振动台试验结果表明:提出的两种低成本的岩土隔震系统均可以减少结构的地震反应,达到隔震的目的;在输入加速度幅值为0.4g时,GSI-SC系统使结构屋面板的加速度反应以及结构的层间位移反应的减小率分别达到33%和39%;而GSI-GBSC系统相应的减小率更是达到了45%和48%。GSI-SC系统和GSI-GBSC系统都具有良好的隔震效果,且施工简便、成本低廉,适合在农村地区推广。就隔震效果而言,GSI-GBSC系统较GSI-SC系统更具有优势。

基于玻璃珠–砂垫层的岩土隔震系统振动台试验研究

为了保护农村房屋免受地震破坏,提出一种基于玻璃珠–砂垫层的岩土隔震系统(简称GSI-GBSC),即在结构基础与地基土之间回填玻璃珠–砂垫层材料进行隔震。对有、无隔震系统的单层砌体结构模型开展考虑场地的大比例振动台模型试验,单层砌体结构模型缩尺比例为1/4。选取1940年记录到的El-Centro波南北分量作为输入波,输入加速度幅值分别为0.1 g,0.2 g,0.4 g。试验结果表明:在小震时,GSI-GBSC系统的隔震效果不明显,随着地震量级的增大隔震效果也随之增强;在输入加速度幅值为0.4 g时,GSI-GBSC系统使结构的屋面板加速度反应以及层间位移反应分别减小了50%和47.5%;即该隔震系统可以显著减少上部结构的地震反应,实现隔震的目的。