冷却塔定向拆除时剩余支柱的轴力计算方法

为了使冷却塔的定向拆除更加安全可控,对冷却塔保留柱轴向力的计算方法展开研究。根据力的相似关系给出支柱轴向力与其Z向力之间的关系式,基于平截面假定推导保留柱Z向力的计算公式;利用有限元研究环梁和支柱的弹性模量、支柱高度、保留柱数量以及相邻柱柱顶所对应的圆心角5种参数对保留柱Z向力的影响;根据有限元的结果对保留柱Z向力的计算公式进行修正,并研究修正后公式的适用性。结果表明:爆破后的冷却塔在所有保留柱上并不满足平截面假定;在实际工程范围内,上述5种参数不影响保留柱Z向力的分布规律为Z向力沿着y轴方向上的分布形态始终“两端受压,中间受拉”,且保留柱中的最大压力始终出现在第n排保留柱上,最大拉力始终出现在第(n-4)排保留柱上;当爆破圆心角为200°~240°时,修正后计算值的相对误差在21%以内,且该公式在不同冷却塔上具有良好的适用性。保留柱轴向力的计算公式从力学角度为冷却塔的拆除提供了理论支撑,增加了拆除工作的安全性。

高温下FRP筋与混凝土的粘结性能

为研究FRP筋与混凝土在高温下的粘结性能,对表面喷砂的GFRP、BFRP筋混凝土进行了高温下的拉拔试验,得到20～350℃温度范围内粘结强度及滑移曲线随温度的变化规律.试验结果表明,高温下FRP筋与混凝土粘结性能的衰减集中出现在树脂的玻璃软化温度区间,结合材料热分析的试验结果,本文提出了FRP筋与混凝土的粘结强度随温度的衰减模型,该模型以树脂玻璃化温度Tg和热分解温度Td为控制参数,具有较强的通用性并可应用于其他树脂材料和纤维类型的FRP筋中.高温中FRP筋与混凝土的粘结破坏模式为FRP主筋与喷砂层间的界面剥离破坏,根据高温下二者粘结受力的特点,本文首次提出了高温中FRP筋与混凝土的四阶段粘结滑移模型,该模型以常温下的CMR、mBEP模型为原型,通过回归高温拉拔试验的变化规律以得到模型中的各项参数.经验证该滑移模型与常温及高温拉拔试验结果具有较好的吻合性,可指导应用于FRP筋混凝土构件的抗火设计中.

实空心钢管混凝土轴压承载力的统一理论和公式

目前关于钢管混凝土轴压承载力的计算理论和方法很多,其中分别有针对实心或空心截面、圆形或方形及多边形的。按"统一理论"的思想,不论截面是实心或空心,圆形或多边形,它们的性质应该是统一且连续的,那么计算公式也应该是完全统一且连续的,而现有的计算方法多针对其中部分截面形式或有不连续的情况。基于此推论,本文在基于厚壁圆筒理论建立的圆形实空心钢管混凝土承载力统一计算公式的基础上,将其进一步扩展到多边形截面上,最终得到可以同时适用于实心和空心,圆形和多边形的轴压承载力统一计算公式。

地震作用下集装箱结构力学性能分析

针对目前广泛应用的多层集装箱房屋,提出了一种基于箱体之间摩擦耗能的滑移隔震体系.首先,建立了结构滑移隔震模型,并利用结构随机振动理论分析推导了层层滑移隔震结构各层等效阻尼比与摩擦系数之间的关系;然后,利用Abaqus非线性有限元软件建立了六层集装箱模型,对隔震结构、采用规范阻尼比的非隔震结构和采用等效阻尼比的非隔震结构分别在强震作用下的动力反应进行了弹塑性时程研究,分析了结构顶点位移、结构层间位移角以及结构层间滑移量等相关指标。结果表明:滑移隔震体系能有效减小结构各层最大位移;隔震结构和采用等效阻尼比的非隔震结构的最大层间位移角远小于采用规范阻尼比的非隔震结构;地震波的频谱特性会明显影响层层滑移隔震结构的动力反应.

海砂钢管混凝土柱耐腐蚀性能的试验和理论研究

目的是研究将海砂直接应用到钢管混凝土柱中的可行性。首先通过试验,测量了钢管海砂混凝土的腐蚀电流密度,结果表明海砂对钢管混凝土的腐蚀不大。然后运用有限元模型对海砂钢管混凝土的腐蚀做了模拟,模拟结果也表明海砂钢管混凝土的腐蚀量很低。试验和有限元模拟证明,海砂应用到实心钢管混凝土中是可行的。

挤塑材料本构关系及其在夹芯板中的应用

通过对挤塑材料试件在室温下加载速率为2 mm/min的准静态拉伸、压缩、剪切试验,研究了其宏观力学性能及泊松比.试验结果表明,挤塑材料在拉伸和剪切时表现为脆性,而压缩时则具有良好的塑性;泊松比比较集中,约为0.28.同时,基于应力-应变曲线,对挤塑材料本构关系进行线性拟合回归,并利用其本构对挤塑夹芯墙面板试验结果进行有限元模拟,结果表明其本构简化模型是可取的.

高温下GFRP筋力学性能的试验研究

为了研究高温下纤维增强复合材料(FRP)筋的力学性能,对直径为8mm的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋进行了高温下的拉伸试验,获得了10～500℃范围内随着温度升高GFRP筋的极限强度和弹性模量的衰减趋势;并结合材料TG/DSC热学试验结果提出了GFRP筋在高温下的拉伸本构模型.该三参数拉伸本构模型以纤维和树脂的热学性能为基础,可简化为由树脂玻璃化温度和纤维丝软化/氧化温度控制的二参数模型.经验证,该二参数模型与文中及相关文献中的FRP筋的高温拉伸试验结果相吻合,具有较强的通用性,可推广应用于其他树脂材料和纤维类型的FRP筋中.

聚氨酯硬质泡沫材料本构研究及其在夹芯板中的应用

为了研究聚氨酯硬质泡沫材料的应力-应变特性及泊松比,对聚氨酯硬质泡沫材料在室温下进行了加载速率为2 mm/min准静态拉伸、压缩、剪切试验。结果表明,聚氨酯聚氨酯硬质泡沫材料在抗压方面有良好的延性性能,而在抗拉、抗剪方面则表现为明显的脆性;泊松比则具有一定的离散性,一般约0.25左右;另外,基于其应力-应变关系曲线,对其本构关系进行拟和回归,并将其应用到金属夹芯板试验有限元模拟中来,结果表明:有限元模拟结果与试验结果有较好的吻合。

多体集装箱房屋纵向刚度的理论和有限元研究

首先,基于蒙皮理论分析了目前广泛使用的20ft、40ft集装箱单箱的纵向刚度,并将其应用于多层多跨的集装箱房屋中。然后,利用位移协调和经典力学理论,得出了单层多跨、多层单跨、多层多跨的集装箱房屋纵向刚度公式。最后,采用ABAQUS有限元软件进行了建模分析,有限元模拟与理论分析吻合较好,充分验证了理论分析的正确性。分析结果可为集装箱房屋的设计、施工提供参考。

机场航站楼屋顶钢结构防火性能化分析

为了得到某机场航站楼屋顶钢结构的抗火性能,利用火灾动力学、传热学和有限元分析相结合的方法,通过火灾危险性分析,按照可信最不利原则设定机场航站楼结构火灾场景;运用火灾动力学软件FDS和传热学公式得到火灾影响区域构件温升曲线,建立结构有限元模型,并结合结构荷载条件和温升曲线计算出结构在设定火灾场景下的力学性能.结果表明:部分结构构件在火灾下内力增加很多,甚至接近构件在火灾温度下的设计强度,但结构整体竖向位移相对于整体跨度较小,整体结构仍然处于安全状态.为了整体安全,利用结构自身强度来进行有效的抗火设计,通过加强空间结构的整体性和超静定次数可以有效提高结构的抗火性能.

空心普通和再生钢管混凝土柱抗震性能研究Ⅰ:试验与有限元研究

目前,空心钢管混凝土结构被大量应用和推广,但对其抗震性能的研究却比较少,制约了其在实际工程中的进一步应用。对空心普通和再生钢管混凝土柱的抗震性能进行了试验与有限元研究,首先介绍了3根空心圆钢管混凝土柱在定轴力和水平反复荷载作用下的滞回性能试验,分析了不同混凝土和空心率对试件耗能能力及位移延性等抗震性能的影响,研究表明再生混凝土构件的抗震性能要差于相应普通混凝土,而空心率越大,构件的延性和耗能能力越小。其次,采用有限元软件ABAQUS对空心钢管混凝土压弯构件的荷载-位移骨架曲线进行了大量数值计算,分析了各参数对构件骨架曲线及延性的影响。

开洞集装箱房屋结构纵向刚度分析

针对目前广泛使用的集装箱房屋,研究了开洞集装箱在外荷载作用下的纵向刚度.首先,利用蒙皮理论对其进行了力学分析,初步得出了开洞箱体刚度的计算方法,并通过算例阐述了具体的计算过程.然后,利用非线性有限元软件ABAQUS对其建立了有限元模型,并进行了基于开洞面积和洞口高长比的参数分析,得出了各参数对开洞箱体刚度的影响规律,并给出了相应的设计建议.最后,进行了5种开洞箱体刚度的试验研究,并将理论分析和有限元模拟的结果与试验数据进行了对比验证,吻合良好.本研究不仅可为目前广泛使用的集装箱房屋提供设计和施工参考,更可为相应的规范编制提供借鉴.

低速冲击下金属面夹芯板性能分析

用实验、有限元及理论分析相结合方法对金属面夹芯板抗冲击性能进行研究。用实验方法研究金属面夹芯板在落锤冲击下的动力性能及破坏情况,并用有限元方法对实验进行模拟分析,验证有限元计算方法的适用性;用理论方法对夹芯板局部变形进行分析,将局部变形势能与外力功建立体系总势能,用势能驻值原理获得集中力与局部变形关系,以面板拉伸断裂为破坏条件,获得夹芯板开裂冲击力;建立有限元模型计算夹芯板开裂破坏时的冲击力,并与公式计算值比较。分析表明,夹芯板开裂冲击力随面板强度、厚度及锤头半径、开裂应变的增加而增大,落锤质量、芯材强度、芯材厚度对开裂冲击力基本无影响。

新型金属管混凝土柱力学性能研究Ⅰ:轴压短柱强度承载力的研究

钢管混凝土具有诸多优点,使其得到广泛的应用和研究。但也有缺点,如钢材的耐腐蚀性差,导致其后期维护费用较大。由于高强钢可以有效地减小构件的尺寸和结构的重量,不锈钢具有良好的耐腐蚀性能,铝合金具有外表美观、防腐蚀等优点,因此在上述3种金属管中填充混凝土形成新型金属管混凝土结构,具有广泛的应用前景。主要研究了3种金属管混凝土短柱的强度计算公式,并通过有限元模拟验证了公式的正确性。

超临界碳化对水泥基材料性能和孔径结构的影响

为了考察超临界碳化技术在水泥基材料改性方面的应用,研究超临界碳化对水泥基材料微观和宏观性能的影响,基于此设计了超临界二氧化碳碳化试验研究水泥砂浆、水泥净浆和混凝土试件的碳化深度、强度、孔径分布以及二氧化碳吸收量的变化.试验分析表明,超临界碳化可以快速实现水泥基材料的碳化,大幅提高试件强度,改善材料的孔径分布,使材料的中细径孔大幅降低,提高材料的抗渗透能力,为改善重金属等危害废物的水泥基固化效果提供了依据.同时超临界碳化可以将大量二氧化碳转化在碳酸钙中沉淀吸收,具有重要的环境保护意义.

硅酸钙-聚氨酯夹芯板的抗弯性能

为研究非金属面夹芯板受弯破坏时的力学性能,考虑芯材剪切变形的影响,利用力与变形的平衡微分关系,推导并简化在均布荷载和集中荷载作用下单跨简支夹芯板的弯曲变形与承载力计算公式.通过真空加载和沙袋堆载分别对硅酸钙-聚氨酯夹芯板进行了两组弯曲试验,并用软件ABAQUS进行了有限元模拟,分别得到其正常使用极限状态和承载能力极限状态时的变形和破坏荷载,以及相应的荷载-位移曲线.结果表明,理论计算简化公式、试验结果和有限元结果三者吻合较好,因而该理论简化公式可用于计算这种非金属面夹芯板的弯曲变形和承载力.

椭圆形钢管混凝土构件性能的研究Ⅰ:轴压短柱和长柱

本文通过理论方法推导出椭圆形钢管混凝土短柱轴心受压时外钢管与核心混凝土之间相互作用力的分布规律,并采用有限元模拟,得到核心混凝土侧压力分布云图,然后根据以上两种结果提出了核心混凝土有效受压区的分布假设,基于"统一理论"的思想,在已有圆钢管混凝土轴压短柱承载力统一公式的基础上,分析出椭圆形截面对套箍效应的影响,最终得出适合于椭圆形钢管混凝土轴压短柱的实用强度统一计算公式。同时,进行了6根椭圆形钢管混凝土短柱轴压试验,试验结果与公式计算结果吻合良好,有效地验证了公式及理论推导、有限元模拟的正确性。并在此基础上得到轴压长柱的稳定系数。

钢筋混凝土受压构件防火性能的非线性分析

通过对Fourier热传导方程的数值求解 ,推导出了钢筋混凝土矩形截面在不同受火条件下温度场分布 .将得到的温度数据结果自动传递到非线性有限元程序中 ,并采用考虑材料高温下徐变影响的钢材和混凝土随温度而不断变化的本构关系 ,对钢筋混凝土受压构件进行了受火时时间 -变形全过程曲线的计算 ,分析了混凝土受压构件在受火时的各种力学性能变化以及截面尺寸、混凝土保护层厚度、钢筋布置等不同参数对钢筋混凝土受压构件的防火承载力的影响 ,得到了钢筋混凝土受压构件在受火时的破坏特征是由荷载、高温下材料强度的下降和温度场不均匀分布等因素共同作用下的突然失稳破坏 .

钢管再生混凝土柱承载力及抗火性能研究

通过试验和理论对空、实心钢管再生混凝土柱的极限承载力做了研究,研究表明,实心钢管再生混凝土短柱可以采用实心钢管普通混凝土短柱的极限承载力计算公式。空心钢管再生混凝土长柱的承载力与再生混凝土弹性模量有关。火灾试验表明,钢管再生混凝土长柱的耐火性能要优于钢管普通混凝土,根据试验提出了钢管再生混凝土柱耐火时间的计算公式。

GFRP筋混凝土梁耐火性能的试验研究

进行了4根GFRP筋混凝土简支梁在ISO834标准升温曲线下的火灾实验,试件依据ACI440.1R-06进行截面设计,分别考虑了不同荷载比、保护层厚度、端部锚固方式对梁耐火性能的影响。试验结果表明,GFRP筋混凝土梁在火灾中的裂纹开展深度较传统的钢筋混凝土结构明显偏大。由于GFRP筋横向膨胀大更易造成梁底混凝土的开裂与剥落,建议在满足纵筋锚固性能要求的前提下,尽量减少端部J型锚固筋。GFRP筋在高温下的材料性能衰减严重,合理的设计保护层厚度和限制GFRP筋的使用内力,可使GFRP筋混凝土梁的耐火性能满足实际工程的需要。