复合壳体水中高静压试验及极限承载能力分析

[目的]旨在实现在水中高静压环境下对结构应变的准确测试,同时探究复合壳体在水中高静压环境下的极限承载能力大小以及不同初始缺陷的影响。[方法]首先,开展复合壳体水下高静压试验,提出基于高压防护装置的水下高静压3D-DIC测试方法,获得结构在15 MPa水压下的应变;然后,将其与有限元模型模拟结果进行对比,验证3D-DIC测试系统在水中高静压环境下的可行性以及数值模型的正确性;最后,在此基础上针对不同初始缺陷条件对复合壳体极限承载能力的影响开展仿真计算。[结果]结果显示,试验结果与数值仿真结果的平均误差为5.1%;不同模态下复合壳体的极限承载能力与添加的几何缺陷大小呈二次函数关系,其中,一阶模态下极限承载能力的变化梯度为1.48~2.12 MPa/mm,三阶模态下极限承载能力的平均变化梯度为1~4.32 MPa/mm。[结论]3D-DIC测试技术在水中高静压环境下可以对复合壳体进行准确的应变测量。在水中高静压环境下,几何初始缺陷在很大程度上影响复合壳体的极限承载能力,其中三阶模态的影响程度大于一阶模态。

大跨网状吊杆拱桥极限承载能力参数分析

为研究结构参数对网状吊杆拱桥极限承载力的影响,采用Ansys分析软件建立网状吊杆拱桥模型,利用线弹性和考虑双重非线性的方法研究网状吊杆拱桥的极限承载能力,并分析不同加载方式、拱肋材料强度、矢跨比、吊杆倾角等结构参数对极限承载能力的影响。研究表明: 拱肋面外失稳是网状吊杆拱桥的典型失稳模式,且恒载是结构稳定分析中重要的影响因子;考虑几何和材料非线性后,结构的极限承载能力下降38%;不同荷载施加方式对结构的极限承载力影响很大,不对称半跨布载对结构受力最为不利;拱肋钢材的屈服强度从345 MPa提升到390 MPa时,材料的屈服强度增加13%,极限承载能力提升14%;拱肋钢材的屈服强度从390 MPa提升到420 MPa时,极限承载能力提升8%;网状吊杆拱桥的矢跨比位于1/7.69~1/6.25区间时,对极限承载能力的影响是较为敏感的;吊杆倾角对网状吊杆拱桥极限承载能力影响甚微。

浅析钢管混凝土劲性骨架复合柱极限承载能力计算方法

钢管混凝土劲性骨架复合柱是由钢管混凝土结构和钢筋混凝土结构优化复合而成的高性能结构。在轴压承载能力计算时,通常采用简化计算方法,这些方法一般采用叠加原理。以某钢管混凝土劲性骨架复合短柱为例,采用简单叠加法、综合折减叠加法、分区折减叠加法3种简化计算方法进行计算,并与有限元法计算结果进行比较分析。结果表明:3种简化计算方法中,分区折减叠加法与有限元法计算结果最为接近,因此,这2种方法可适用于复合柱的轴压承载能力计算。

深水海底管道极限承载能力分析

在深水海域铺设海底管道的环境条件往往比浅水区域更加恶劣,将会在管道垂弯区产生较大的荷载组合,可能导致管道发生屈曲破坏.为确保管道的安全,将深水海底管道简化为理想弹塑性材料,对管道铺设时的受力状态进行理论分析.以最大变形能密度为屈服准则,推导出海底管道在弯矩、轴向拉力和外压共同作用下的极限承载能力公式,并应用到S型深水铺管施工受力分析中.结果表明,水深越深则管道上的荷载组合越大,径厚比越大则管道的极限承载能力越小.使用推导出的深水管道极限承载能力公式可以快速、有效地判别管道是否安全.当铺设水深超过3500m时,算例中径厚比为20的管道将发生屈曲破坏,而在2000m水深时,径厚比超过30的管道才会发生屈曲破坏.

高速铁路隧道二次衬砌的变形特性与极限承载能力

通过分析《铁路隧道设计规范》中二次衬砌结构与普通受压结构在边界条件、平衡方程上存在的差别,认为采用单轴抗拉、抗压强度作为判断高速铁路隧道二次衬砌材料破坏的参数过于安全。以Ⅴ级围岩、350km·h^(-1)速度的高速铁路隧道为对象,运用MIDAS—NX数值模拟软件建立拟地层—结构模型,推导摩尔库伦强度准则下混凝材料强度参数与单轴强度的换算关系,在此基础上分析二次衬砌的变形特性与极限承载能力,并与二次衬砌受力实测数据比对。研究结果表明:在临界破坏状态下,随着侧压力系数的逐渐增大,洞形由扁平逐渐变到直立;二次衬砌结构受载后,内外侧塑性区的变化受侧压力系数的影响明显;在侧压力系数为1.4时,二次衬砌的承载效果最佳;二次衬砌中的钢筋主要控制衬砌单元的第一主应力(拉应力);二次衬砌的实际受载量远小于其极限承载能力,因此可对二次衬砌进行"减薄"。

路面结构极限承载能力分析

针对某公路路面的早期损坏,进行了超载车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力的调查.基于实际轴载的作用图式,分别应用弹性层状体系理论和弹性薄板理论有限元法分析了重荷载作用下,该公路沥青路面和水泥混凝土路面结构的力学响应.按照起决定作用的各结构层材料抗拉强度确定两种路面结构类型的极限承载能力,初步建立了分析路面结构极限承载能力的方法.分析结果表明,沥青路面早期损坏的根本原因是过大轴载对路面结构的一次性加载破坏,而不是轴载重复作用的疲劳破坏,按现行规范设计确定的水泥混凝土路面结构的极限承载能力明显高于沥青路面结构的极限承载能力.

箱型梁极限承载能力试验与理论研究

本文对箱型梁船体模型作了总纵极限承载能力试验研究 ,应用基于塑性节点法开发的程序和通用非线性有限元模拟方法对该模型进行了数值计算 ,获得了与试验较为一致的结果。在试验与理论分析的基础上 ,提出了估算箱型梁船体结构极限强度的解析计算方法 ,通过算例考核认为本方法可用于工程结构设计。

混凝土植筋锚固极限承载能力分析

混凝土植筋在工程上有广泛的应用,但植筋锚固与常规的钢筋锚固有很大的不同,规范中没有相应的设计计算理论。研究了混凝土植单筋与植群筋在拉拔力作用下的破坏形态与破坏机理,讨论了粘结胶厚度、混凝土强度、锚固深度、多根植筋组合效应等因素对混凝土植筋锚固极限承载能力的影响。分析了锥体-粘结复合破坏形态下的锚固承载能力,并与试验结果进行了比较。结果表明,理论分析与实验结果吻合良好。文中公式可供实际工程参考。

初始应力对钢管混凝土拱桥面内极限承载能力的影响

通过引入存在初始应力的钢管混凝土本构关系,研究了初始应力对钢管混凝土拱桥面内极限承载能力的影响．编制了能同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元程序,并用此程序计算得出了无初始应力和存在初始应力情况下拱结构的荷载-位移曲线．结果表明初始应力对钢管混凝土拱桥的面内极限荷载值的大小影响较小,但对拱的变形影响较大,初始应力的存在增加了拱结构的塑性性能．可为进一步研究初始应力对钢管混凝土拱桥受力性能的影响提供参考．

砌体填充框架结构极限承载能力计算的一种新方法

为合理地评估砌体填充框架结构的极限承载能力,针对工程中常见的破坏模式,基于双参数统一强度理论提出了一种新型计算方法。该方法考虑了填充砌体与外围框架构件之间的剪应力、填充块材的单边效应及中间主应力效应、几何高宽比、框架构件与砌体相对强度等因素的影响。报道了砌体填充钢筋混凝土框架结构模型试验结果,理论计算值与试验数据吻合较好。最后,对文献建议的多种极限承载能力计算方法进行了分析与探讨。

临界热通量下反应堆压力容器的极限承载能力研究

熔融物堆内滞留(In-vessel retention,IVR)已成为核电厂处理堆芯熔融严重事故的一种有效管理策略。为使IVR成功,既要满足热失效准则,保证反应堆压力容器(Reactor pressure vessel,RPV)的局部热通量低于堆腔内冷却剂的临界热通量(Critical heat flux,CHF),也要确保RPV的压力边界完整性,避免发生结构失效。为此,需要对CHF下RPV的结构完整性进行分析。对CHF下某堆型的RPV进行热分析,得到了RPV器壁局部熔化后的有效几何模型和沿壁厚的温度分布。进而,考虑热载荷和压力载荷作用,对该RPV模型进行极限载荷分析和IVR 72 h蠕变分析,确定RPV的极限承载能力。结果表明,IVR初始时刻4.9 MPa内压作用下该RPV最薄器壁径向截面全面屈服,达到对应的极限条件;72 h后3.6 MPa内压下的最大局部蠕变应变为4.1%,而3.7 MPa下则高达42.5%。因此,可将3.6 MPa视为该堆型RPV在CHF工况下72 h内的极限载荷。

沪宁扩建桥梁极限承载能力实桥试验研究

实桥破坏性试验,对于真实了解桥梁在塑性阶段的力学行为、损伤发展过程、刚度退化规律、塑性铰、内力重分布以及破坏形态等方面具有仿真分析和缩尺模型试验所不可替代的作用,但由于耗资巨大,组织复杂,要求高、难度大而很少得以进行。利用沪宁高速公路江苏段扩建改造过程中部分桥梁拆除重建的难得机遇,对其中一座三跨连续箱梁桥和一座简支T梁桥开展了国内首次公路实桥承载能力极限状态破坏性试验,着重研究了桥梁由弹性、弹塑性直至破坏全过程中的受力机理、破坏过程、破坏形态以及刚度退化规律等重要问题。

斜靠式拱桥侧倾失稳极限承载能力简化计算方法

以斜靠式拱桥为研究对象,基于Ritz法,首次推导出了拱轴线为抛物线的斜靠式拱桥弹性侧倾失稳临界荷载计算公式,并基于有限元法验证了所提出的斜靠式拱桥发生侧倾失稳时主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向受力模型的精确性以及所推导的侧倾失稳临界荷载计算公式的正确性。此外为便于估算斜靠式拱桥的侧倾失稳极限承载能力,最先引入了稳定拱肋和横撑影响系数η1、吊杆非保向力和桥面系影响系数η2、几何和材料双重非线性影响系数η3,提出了便于工程实际应用的斜靠式拱桥侧倾失稳极限承载能力的简化计算公式。研究结果表明:(1)稳定拱肋和横撑影响系数的取值范围为1.3～1.5;(2)吊杆非保向力和桥面系影响系数的取值范围为3.3～3.6;(3)几何、材料双重非线性影响系数的取值范围为0.23～0.28;(4)斜靠式拱桥的侧倾失稳极限承载能力一般为单片拱肋弹性承载能力的1～1.5倍。

预应力混凝土曲线桥极限承载能力分析

针对梁段法难以客观分析预应力混凝土(P.C.)曲线桥梁极限承载能力的问题,提出采用实体退化单元的三维分析方法。基于经典的三维实体等参元和梁、板壳等理论,提出了新型实体退化单元,建立了用于钢筋模拟的三维弥散模型,从几何非线性、材料非线性及求解方法等三个方面对极限承载能力分析的具体实现方式进行了讨论。用一试验结果对该方法进行了验证,并将其用于四跨P.C.曲线梁桥,从破坏型式、应力变化及变形发展等方面对结构极限状态进行了分析。结果表明:该方法通用、可靠,应用于实桥是可行的,为更深入了解P.C.曲线梁桥极限状态性能提供了新的方法。

加筋壁板整体屈曲极限承载能力研究

加筋壁板是飞机翼面的重要承载部件,屈曲(失稳)是其在静强度范围内的重要失效形式。本文中应用弧长法完整跟踪典型加筋壁板的平衡路径,分析几何非线性和材料非线性因素对加筋板整体失稳的影响,研究了其前屈曲、后屈曲特征与极限承载能力。计算分析表明,弧长法适合整体加筋壁板一类的复杂结构的屈曲问题研究。加筋板整体失稳时可以合理简化等效为各向异性板。当筋条相对较弱时,几何非线性对加筋板的极限载荷影响最大,然而当筋条相对较强时,决定其屈曲极限载荷的主要因素是材料非线性。

大跨度悬索拱桥极限承载能力研究

首先介绍了悬索拱桥的特点和极限承载能力计算方法，然后基于有限元理论，考虑施工阶段的位移和应力的叠加效应、几何非线性、材料非线性以及拱肋等构件的初始缺陷的影响，对某铁路悬索拱桥的极限承载力进行了分析，计算得出结构在施工阶段弹性稳定安全系数为5．2～5．8，非弹性稳定安全系数为2．0～2．6；在运营阶段其弹性稳定安全系数为4．9-5．1，非弹性稳定安全系数为1．7～1．9，表明该桥弹性稳定性和非弹性稳定性都是足够的。其计算方法和结果对于悬索拱桥的计算及设计理论有一定的借鉴价值。

水下生产系统跨接管结构极限承载能力分析

跨接管是水下生产系统的主要构件之一,水下地形变化易导致跨接管两端承受较大边界位移载荷,对水下生产系统的结构安全性产生不利影响。研究并分析了端部相对位移载荷作用下跨接管结构的极限承载能力及跨接管失效模式的特点,表明整体轴向压缩位移分量是导致跨接管结构发生极限破坏的主要因素。在此基础上考虑了内表面周向裂纹对跨接管极限强度的影响。分析结果表明:当裂纹较小时,因弯管截面的椭圆化和塑性屈服,轴向压缩位移很容易使跨接管发生整体压缩失效;当裂纹较大时,因为裂纹韧带区的高应力效应,跨接管会在整体压缩失效之前达到极限状态;最终失效模式取决于裂纹的位置及大小。

复合材料高速船极限承载能力计算与可靠性分析

本文探讨复合材料高速船极限承载能力与可靠性。将Johnson梁柱极限强度公式推广应用于复合材料帽形加筋板格的极限强度分析,船体失效定义为船体所遭受的总纵冲击弯矩超过甲板/船底帽形加筋板格的极限强度。采用响应面法分析了复合材料高速船船体的可靠性,并计算了各随机变量的重要性因子和不确定性因子。文中给出的结论对复合材料高速船船体设计和进一步研究具有参考意义。

含缺陷石油管道极限承载能力分析

含缺陷的长输管线运行不安全 ,甚至可能导致管线失效。为此 ,研究了缺陷种类和尺寸对焊管极限承载能力的影响 ,并采用实物水压爆破试验进行了部分验证。由MPC -Prefis软件计算了X52ERW钢管在不同外表面裂纹尺寸下极限承载压力的变化规律 ,采用B31G公式计算含体积型缺陷钢管的极限承载能力。最后指出 ,对含表面裂纹缺陷的钢管 ,采用改进的B31G公式计算结果与实测值较接近 ,但在工程使用时偏于危险 ;采用API 579方法及Newton -Raphson公式计算结果偏于保守 ,且当裂纹尺寸达某一临界值后无法使用 ,对于含腐蚀性缺陷钢管 。

考虑楼板空间组合作用的组合框架体系设计方法(Ⅰ)——极限承载能力

楼板的空间组合作用对组合框架结构体系的抗侧力行为具有重要影响。极限承载能力和刚度是设计中最为关心的两项基本性能,该文重点研究楼板空间组合作用对极限承载能力的影响。首先建立边节点弹塑性精细有限元局部模型,研究极限状态下影响梁端楼板贡献的关键因素。在此基础上,通过大量数值计算和参数分析,提出用于计算组合框架梁端极限正负弯矩的楼板有效宽度简化计算公式,并和精细有限元计算结果进行充分对比,具有良好的精度。该文提出的简化公式对于边节点和中节点均适用。最后,采用该文建议的有效宽度计算公式计算梁端极限弯矩,并和精细有限元计算结果进行对比,计算精度较高。