支座用石墨烯/导电炭黑橡胶材料的制备与性能

以石墨烯和特制导电炭黑为功能填料,溴化丁基橡胶(BIIR)为基胶,制备出阻尼性能较好的导电橡胶材料.针对石墨烯/导电炭黑10种不同的组分,开展了力学性能、动态力学性能与电阻率测试实验,探究了加入石墨烯与导电炭黑对BIIR性能的影响规律.结果表明,导电炭黑对BIIR材料有补强效果,石墨烯/导电炭黑协同并用可以有效提高BIIR的阻尼性能与导电性能.在每100 g总胶料中添加40 g导电炭黑时,BIIR/导电炭黑复合材料的拉伸强度与撕裂强度分别达到20.28 MPa和45.66 kN/m.当导电炭黑和石墨烯并用组分的质量比为40∶10时,BIIR/导电炭黑/石墨烯复合橡胶材料最大损耗因子提升至0.5,电阻率为3 646Ω·cm.复合材料的导电炭黑和石墨烯组分最优质量比为40∶5.制备得到的新型复合材料具有较好的力学性能、阻尼性能与导电性能,可为隔震支座用高阻尼导电橡胶的制备提供参考.

泡沫铝复合结构的制备研究进展与展望

泡沫铝是一种含有大量孔洞的多功能多孔金属材料,具备减震吸能、电磁屏蔽、隔热、阻尼、降噪等特性。由于其力学性能和耐腐蚀性能较差,研究人员多以密实金属材料作为面板或外壁提升泡沫铝的综合性能。泡沫铝夹芯板结构和泡沫铝填充管结构作为泡沫铝复合结构的两种形式,具有显著的吸能特性与结构强度。现如今,泡沫铝复合结构因生产效率低、产品尺寸小、界面结合强度差以及制备成本高等问题,其快速发展与行业推广受到了限制。首先综述了有关泡沫铝复合结构的制备方法,包括泡沫铝夹芯板结构的胶粘连接、螺栓连接、焊接连接及粉末冶金连接等方法,泡沫铝填充管结构的原位制备法和非原位制备法,并在此基础上介绍了泡沫铝复合结构的力学性能以及不同制备方法的局限性。最后,简要分析了泡沫铝复合结构在土木工程领域应用的可行性,并对其进行了总结与展望。

南海气田小直径筛盲管内机械卡水工艺技术研究及应用

经过二十余年开发,南海气田部分老井已受到边水的侵入,呈现水淹关停或见水出砂的局面。随着采出程度的增加和地层压力的衰竭,目前一些老气井已经处于高含水期,见水快、出砂快、水淹快是一个普遍性的问题。为了有效降低水气比上升对气井生产的影响,针对南海气井生产井斜度大、压力低等特点,结合气井井身结构特点,优选高效卡水工具,卡控出水层位。缓解老气田水气比上升对生产带来的不利影响,从而提高天然气采收率。

服役15年大跨跨海预应力混凝土梁桥荷载试验及结构性能评价

大跨预应力混凝土梁桥因其结构刚度大、行车平顺舒适、抗震性能好、施工技术成熟等优势得到广泛应用,该类桥梁在服役较长时间后,由于自然环境和超载的长期影响可能导致结构出现裂缝,并影响结构的安全承载能力,这一问题对于跨海桥梁显得尤为突出。因此,为准确评估在役跨海混凝土桥梁的实际工作状态与承载能力,通过对一座已服役15年的大跨跨海预应力混凝土梁桥进行现场静载、动载试验,并结合有限元对其振型等特性进行了分析。研究结果表明,桥梁结构的工作性能仍保持良好,但由于所处海域环境及长期服役导致的结构损伤和裂缝的影响,使其实际承载能力有所下降。研究成果可为在役同类桥梁的维修加固提供参考。

石窟逆向建模方法研究与动力稳定性分析

为研究石窟的抗震性能,提出了一种基于点云数据的逆向建模方法。以某石窟三维激光扫描数据为基础,实现了复杂石窟从现实空间的物理实体到虚拟空间的高精度三维有限元分析模型的构建。基于ABAQUS开展了石窟在自重、X向地震作用下的窟体应力应变特征、加速度与位移响应的分析。结果表明:石窟在自重及小震作用下处于弹性状态;大震作用下窟体产生塑性变形且拱脚出现拉伸破坏;在小震作用下,窟体的最大加速度、位移响应分别为3.94 m/s^(2)、13 mm;在大震作用下,窟体的最大加速度、位移响应分别为18.41 m/s^(2)、66 mm。基于数值模拟结果,提出了关注石窟脆弱部位的地震响应和加强石窟振动监测与长期稳定性监测3条建议,旨在为石窟的预防性保护提供技术支撑。

尼龙织物夹层橡胶支座竖向力学性能研究

为了提高村镇建筑的减隔震水平,设计制作了一种低成本、低刚度、高阻尼比的尼龙织物夹层橡胶支座,对其原材料进行了力学性能试验,并对这种新型支座开展了竖向循环压缩试验。试验结果表明,橡胶的断裂伸长率在600%左右,在橡胶中加入尼龙织物可大幅增加橡胶的初始拉伸刚度;尼龙织物夹层橡胶支座的竖向刚度相对于叠层钢板橡胶支座明显较小,其竖向刚度与压应力呈正相关,等效阻尼比与压应力呈负相关,且等效阻尼比均在6%以上,具有较强的耗能能力;竖向刚度与支座中尼龙织物层数和橡胶层总厚度均呈负相关,但两者对等效阻尼比的影响不大,且采用尼龙织物1680D的支座具有更出色的力学性能。最后,在传统橡胶支座刚度计算公式中引入修正系数对其进行了修正,并基于试验结果验证了预测值的准确性。

预应力厚层橡胶三维隔震装置的力学性能分析

基于厚层橡胶支座,通过增设预应力螺杆,设计了一种用于工程结构的新型三维隔震装置,构建力学模型,分析其在竖向荷载作用下的受力特点与刚度变化规律.采用ANSYS软件建立其有限元模型,对竖向压缩时装置的竖向刚度和螺杆内部应力分布进行定量研究,并观察装置在压剪时的变形形态.结果表明,该装置在竖直方向上具有两阶段刚度,第1阶段刚度大小可调,可达到第2阶段刚度的4倍以上.在发挥厚层橡胶支座自身三维隔震性能的同时,能够有效控制支座竖向变形.同时,该装置的特殊构造不会影响支座的水平隔震性能,可完全发挥出预期效果.

尼龙织物增强橡胶支座力学性能试验研究

为了探讨影响尼龙织物增强板式橡胶支座力学性能的主要因素,设计加工了三种橡胶总厚度相同、尼龙织物加强层层数不同的板式橡胶支座,对其进行了竖向压缩试验与水平剪切试验。试验结果表明:该类支座力学性能稳定,在10MPa压应力下未出现肉眼可见的损伤。各支座随设计压应力从5MPa增加至10MPa,竖向压缩刚度上升近80%,随尼龙织物加强层层数增加小幅降低;竖向等效阻尼比随设计压应力增大而减小约17%,受尼龙织物加强层层数影响不大。5MPa压应力作用下,支座剪切滞回曲线平滑且饱满,最大剪应变达到300%时支座工作性能仍保持良好。随着剪应变增加,支座先后出现卷曲、翻滚等变形形态,支座水平剪切刚度也因此表现出先减小后增大的趋势。因为尼龙织物受剪变形,尼龙织物层数越多支座的水平剪切刚度减小。各支座的水平等效阻尼比均在9%~13%之间,织物层数对其略有影响。

连续梁桥摩擦摆支座参数分析与优化

为实现用于连续梁桥的摩擦摆支座隔震性能的最优化,以位于高烈度区的（48＋66＋48）m三跨预应力混凝土连续箱梁桥——西安太白大桥为背景进行研究。应用非线性动力时程分析方法计算该桥在不同摩擦摆支座参数组合下的隔震效果,研究支座参数对隔震效果的影响;在此基础上,基于模糊逻辑控制理论,引入摩擦摆支座综合隔震性能指标,对支座参数进行优化分析。结果表明,摩擦摆支座弯矩隔震效果明显,位移隔震效果分歧较大;通过模糊逻辑控制方法,可实现弯矩、位移隔震效果的平衡;为实现摩擦摆支座隔震性能最优化,摩擦系数需控制在0.06~0.10。

新型多功能隔震支座力学性能的数值模拟与实验验证

为满足桥梁在正常使用荷载与地震极端荷载等不同工况下的性能需求,该文设计制作了一种新型多功能隔震支座,基于ANSYS有限元平台,建立了该支座的精细有限元模型,对其力学性能进行了数值模拟与试验验证。数值结果表明:在350 k N竖向压力作用下,部分铅芯已进入塑性状态,橡胶则处于三向受力状态,其静水压力远大于Mises应力;在100 mm横向剪切位移作用下,单层橡胶片各处剪切应力仍近似相等,相差不超过5%,铅芯则发生了很大的塑性应变,最大Mises塑性应变值达到0.580。数值计算结果与该支座试验数据对比表明,支座数值计算所得剪切性能滞回曲线与试验结果一致性较好,验证了该文数值模拟的准确性与可靠性。

钢筋混凝土双柱墩滞回性能数值模拟与分析

为了探究地震作用下钢筋混凝土双柱墩的力学性能及其影响因素,在详细阐述弹塑性损伤帽盖模型的基础上,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了钢筋混凝土双柱墩精细有限元数值模型,并基于正交试验设计原理,采用低周反复加载制度,进行了不同轴压比、配筋率、配箍率、混凝土强度的钢筋混凝土双柱墩滞回性能的数值模拟实验.计算结果表明:该精细有限元模型能够很好地模拟钢筋混凝土双柱墩的滞回性能;双柱墩的配筋率对其最大抗力与延性能力2个指标的影响最为显著;轴压比与混凝土强度对这2个指标的影响较大;配箍率在超过一定数值后,对这2个指标的影响较小.

近断层地震下小半径曲线桥碰撞响应的振动台试验研究

为揭示小半径曲线桥相邻联碰撞导致的地震破坏机理,以某两联多跨小半径曲线桥为工程背景,开展振动台试验研究。分析在不同地震动下相邻联周期比变化对曲线桥梁端位移、墩梁相对位移、碰撞力等的影响规律;在近断层地震下,分析受独柱墩横桥向偏心效应影响时,邻梁碰撞对结构动力响应的变化规律。试验研究表明:近断层脉冲地震下,随着周期比的增大邻梁碰撞效应先增加后减小,在近断层非脉冲地震动及远场地震动下,随邻梁周期比减小地震碰撞响应逐渐增大;独柱墩在梁底的横向偏心会加剧地震作用下主梁运动形式的变化,导致扭转加大,横向位移明显,更易发生非均匀碰撞,加剧主梁的局部损坏。该文研究成果可为考虑碰撞的曲线桥抗震设计提供科学依据。

近断层脉冲地震作用下隔震桥梁等延性位移系数谱

为了进一步深入研究近断层脉冲地震作用下隔震桥梁可能因位移过大导致破坏甚至造成落梁灾害的问题,在收集整理108条近断层脉冲波的基础上,研究了适用于隔震桥梁的等延性位移系数谱,其中延性系数取值范围是5～70.采用地震动脉冲周期对结构自振周期进行标准化,并与其他研究进行对比;研究了延性系数、屈服后刚度比等因素对位移系数谱的影响规律,并提出了指标Ω_μ与Ω_α,用以定量研究上述影响.结果表明,周期标准化后,位移系数谱的变异性显著降低;引入指标Ω_μ与Ω_α后可以简化位移系数谱,因简化引入的最大可能误差不超过10%.并据此建立了可供工程应用参考的简化位移系数谱.

新型抗拉滑移装置力学性能数值模拟研究

为提高橡胶隔震装置以及隔震层的抗拉能力,提出了一种新型抗拉滑移装置,基于ANSYS软件建立了其精细有限元模型,对之轴拉、单轴剪切、双轴剪切、拉剪力学性能进行了精细数值模拟研究。结果表明,该装置在轴拉作用下,其抗拉刚度受滑轨与滑块变形的影响很大,而非仅决定于中间的钢绞线;剪切作用下,该装置的滑块可自由滑移,且在滑轨两侧挡板限制滑块前,两向力学性能相互独立;拉剪作用下,该装置滞回曲线与滑移支座在压剪作用下的滞回曲线类似,呈现出一定的耗能能力。以上结论验证了该装置用于隔震装置或隔震层时可提高主体结构的抗拉能力,且对主体水平剪切滞回性能影响很小。此外,该装置的数值模拟研究为后续有关其模型试验与用于结构的效果分析研究提供了很好的基础。

桥梁板式橡胶支座运营病害及影响研究综述

目前,板式橡胶支座已大量应用于中小跨径桥梁中。一方面,支座工作时可能受到高温、臭氧、盐蚀等多重环境因素影响,导致其材料性状呈时变特性,缩短支座的使用寿命。另一方面,由于支座本身质量参差不齐或梁体结构受力不合理,支座可能出现各式各样的病害问题,影响其原有的性能参数与受力体系,削弱承载能力和耗能能力,甚至降低桥梁结构的整体安全性和耐久性。针对上述问题,本文结合国内外相关研究成果,综述了板式橡胶支座的主要运营病害及其影响,从支座老化、支座脱空、支座剪切超限与鼓凸、掺入再生胶四个方面,分类阐述了上述病害的成因及后果,并就板式橡胶支座出现病害后的力学性能和未来研究发展方向提出自己的理解和想法。

废旧输送带叠层橡胶支座制作方法与力学性能探讨

为了进一步将隔震技术推广应用于村镇低矮建筑中,分析了织物芯输送带结构,提出了采用废旧织物芯输送带制作叠层橡胶支座,并制作了叠层支座样品.在此基础上,对该支座的竖向压缩性能与剪切性能进行了探讨.研究表明,废旧织物芯输送带叠层橡胶支座制作工艺简单,成本低;压缩刚度较同尺寸叠层钢板橡胶支座小,支座样品在4MPa压力作用下应变达到5%,支座边缘向外鼓凸,粘接层局部出现细微撕裂张口现象,但先后两次加载所得支座压缩刚度基本不变;水平压剪试验表明,在4MPa压力作用下,支座剪切应变最大达到136%,支座两侧卷曲严重,剪切刚度未见明显变化,但支座存在明显的胶粘撕裂现象,并导致第二次压剪试验所得剪切刚度降低约18%.以上研究获得了该新型支座的基本力学性能,为后续进一步的模型试验、数值模拟与工程应用研究提供了良好的基础.

远场地震动作用下泛旗帜型模型的等延性弹塑性位移谱

为获得自复位结构泛旗帜型模型的等延性弹塑性位移谱,将269条隶属于3类不同场地的远场地震动分别输入自编的位移谱计算程序中,分析计算结果以获得与标准化周期、延性系数、场地类别、耗能系数相关的单自由度泛旗帜型模型的等延性弹塑性位移谱.研究结果表明,通过周期标准化,位移谱曲线更加平滑,离散性显著减小.当标准化周期在[0.10,0.75]内时,位移谱谱值与延性系数呈正相关关系,当标准化周期在[0.75,3.0]内时,两者呈负相关关系.延性系数大于4时,其对位移谱的影响可忽略.标准化位移谱中,Ⅱ、Ⅲ类场地地震动的位移谱值差异较小,而Ⅰ、Ⅱ类场地地震动的位移谱值在周期较小时差异较大.位移谱谱值随耗能系数的增大而减小,综合考虑耗能能力与效率,耗能系数建议取值为0.5.

砖石质不可移动文物本体监测/检测技术研究进展

砖石质不可移动文物作为历史文化的重要组成部分,一直受自然灾害、周边环境以及人类活动的影响,其本体健康状况始终处于风险之中。鉴于此,首先总结了砖石质不可移动文物本体的主要病害及成因,包括变形、渗漏水、风化与内部劣化;然后针对不同病害综述了对应的多种监测/检测技术的原理及特征,并根据实际工程案例进一步分析了各监测/检测技术的应用方法;在此基础上对比了各技术的优势与缺陷并给出了实用性的建议。研究发现,针对砖石质不可移动文物本体上述病害的监测/检测技术已取得了一系列进展,监测设备种类多、特征不一,鉴于砖石质不可移动文物的易损性与不可代替性以及各种技术自身的局限性,在技术选择时,需要结合监测的多样化需求,如无损、实时、低成本等,确定出最优的监测方案。最后,根据现有的监测/检测技术研究基础,提出了灵活调整监测策略、提高监测/检测技术的普适性、加强监测/检测内容的针对性、探索多技术的联合应用、注重关键技术与协作模式的创新等若干需要继续探索的问题。

尼龙织物增强厚层橡胶支座力学性能试验研究

为研究尼龙织物对厚层橡胶支座力学性能的影响,设计制作了一块厚层橡胶支座和一块尼龙织物增强厚层橡胶支座。对支座进行了压缩和压剪试验,对比分析其刚度、阻尼比、滞回环面积、残余变形等基本力学性能。结果表明:增加尼龙织物对支座竖向力学性能影响较小,两块支座的竖向刚度小,等效阻尼比在不同压应力水平下均超过6%。但尼龙织物对厚层橡胶支座的水平压剪力学性能影响较大,支座的水平剪切刚度与滞回耗能能力均得到显著提高,残余变形明显减小。上述研究成果可为此类支座的设计、试验与工程应用提供参考。

尼龙织物叠层橡胶支座压缩与压剪性能试验研究

为了进一步将隔震技术推广应用于低矮村镇建筑,设计制作了一种低成本尼龙织物叠层橡胶支座,并对其进行了竖向压缩与压剪试验。结果表明:支座的竖向刚度较叠层钢板橡胶支座明显偏小,但其竖向阻尼比可达7%;支座压剪滞回曲线饱满,残余位移小;当剪应变较小时,支座因“翻滚”卷曲使其等效水平剪切刚度减小,但在大剪应变时,因橡胶材料硬化以及支座“全翻滚”变形,支座切线刚度明显增加;当支座在剪应变为300%时性能未见明显退化,但侧面出现小裂纹;随着剪应变增加,支座等效阻尼比在9%~13%当内呈现先减小后增大的规律。以上结果可为此类支座的进一步研究与工程应用提供参考。