内嵌加劲耗能钢板的箱形钢墩柱拟静力试验及数值分析

地震作用下钢桥墩根部易发生屈曲破坏且震后难以快速修复。基于可恢复功能理念与钢桥墩的受力特征,提出一种具备震后易恢复功能的新型箱型钢桥墩。此新型桥墩通过设置可更换的加劲耗能壁板以增强结构的耗能与变形能力,且震后能够快捷更换受损的耗能壁板以恢复桥墩力学性能。为研究设置加劲耗能壁板的箱型钢墩柱的抗震性能,选取耗能壁板上加劲肋的布置形式、轴压比及耗能板强度等作为影响参数进行拟静力试验,且通过有限元数值模拟,综合探讨此类新型试件在地震作用下的力学性能;并对比分析新型桥墩的受力特点和破坏机理,为此类钢墩柱的数值仿真提供理论基础。结果表明,增设内嵌耗能钢板后,试件的抗震性能得到较大改善;提高耗能板强度后,试件的水平承载力得到较大提高,但其延性与变形能力下降;有限元模拟结果验证了新型钢桥墩良好的抗震性能。在试验研究、理论分析与数值仿真的基础上提出此类新型钢桥墩承载力建议公式,并应用试验结果验证了公式的准确性。

装配式开孔不锈钢防屈曲支撑抗震性能试验研究

为提升沿海工程结构中耗能构件的耐久性能,提出了装配式不锈钢防屈曲支撑(BRBs),分别采用奥氏体S304和双相型S2205不锈钢作为内芯板。对内芯板和外约束板进行开孔设计,实现定点耗能的同时方便震后对BRBs的损伤情况进行观察。通过拟静力试验分析了不同材质BRBs的滞回特性及抗震性能,并采用ABAQUS对试验进行了模拟。结果表明:设计的装配式开孔一字形BRBs,结构形式简单,整体稳定性好。不同材质BRBs的屈服后硬化程度差异较大,建议对奥氏体S304不锈钢BRBs刚度因子取0.1,双相型S2205不锈钢BRBs刚度因子取0.02。两种不锈钢BRBs的等效粘滞阻尼比在L/100位移幅值下为0.4左右,均表现出了良好的耗能能力。在相同加载位移幅值下,奥氏体S304和双相型S2205不锈钢BRBs,与屈服强度分别相近的Q235和Q550普通钢BRBs相比,在低周疲劳寿命、塑性变形能力和总耗能等方面都分别远高于后者,具有更优的抗震性能。拟合得到的内芯板循环本构参数能够描述BRBs的滞回特性,采用的建模方法能够兼顾计算精度和计算效率。

壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点抗震性能研究及设计建议

以壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点为研究对象,进行两个足尺试件的拟静力试验,分析节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线,并研究节点承载力、延性、耗能能力和刚度退化等指标。试验结果表明:试件破坏模式分别为侧板外梁端形成塑性铰、节点核心区侧板开裂及轻微鼓曲;试件滞回曲线稳定饱满,曲线呈现梭形,试件延性系数为3.11~3.53,等效黏滞阻尼系数大于0.4,具有良好的耗能能力;刚度退化较稳定,具备较好的抗侧能力。在验证有限元模型合理的基础上,通过有限元变参分析此类节点的滞回性能,结果表明:增加侧板厚度或侧板外伸长度可提高嵌入式双侧板节点的承载力及延性。最后结合试验和有限元变参分析结果,针对此类节点提出设计建议。

型钢高强混凝土柱破坏模式与变形特征研究

开展了4根不同轴压比和箍筋间距的型钢高强混凝土(SRHC)柱的拟静力试验,分析了不同设计参数时SRHC柱的破坏模式的差异。采用有限元软件建立了SRHC柱的有限元模型,在此基础上分析了不同破坏模式时SRHC柱的变形特征以及各设计参数的影响。研究结果表明:剪跨比为3.0的SRHC柱在往复加载初期均表现为以弯曲破坏为主,但轴压比较大或箍筋间距较大的SRHC柱最终发生弯剪破坏。发生弯曲破坏的SRHC柱的滞回曲线更加饱满,骨架曲线下降段更平缓,位移延性系数和极限弹塑性位移角更大,变形能力更强。对于发生弯剪破坏的SRHC柱,轴力更大或箍筋间距更大时,滞回曲线的耗能面积更小,强度和刚度退化更明显,骨架曲线下降段更陡峭,位移延性系数和极限弹塑性位移角更小,变形能力更差。当破坏模式不同时,弯曲变形和剪切变形占总变形的比例也有所不同,发生弯剪破坏的SRHC柱的剪切变形占比较发生弯曲破坏时更大。

预制系梁与柱式墩连接节点力学性能分析

我国西部地区地形多为高山峡谷,桥梁下部结构多采用带系梁的双柱式桥墩作为受力构件,为了研究预制钢系梁和混凝土现浇系梁与柱式墩连接位置的节点受力性能,设置了3种类型系梁,利用ABAQUS软件建立有限元模型,进行拟静力试验。通过在盖梁中心施加竖向荷载和水平往复位移,从6个方面研究预制钢系梁和混凝土现浇系梁与双柱式桥墩的节点受力性能。结果表明:混凝土现浇系梁的抵抗变形能力和耗能能力略强于钢材预制系梁,而钢材预制系梁可以更好地减缓刚度退化和抵抗变形,减小地震产生的破坏。

弹载芯片在强冲击环境下的损伤边界

针对弹载芯片结构在强机械冲击环境下冲击响应谱损伤边界不确定和不准确的问题,将芯片等效为单自由度无阻尼系统并进行冲击响应分析,建立结构应力响应与伪速度冲击响应谱之间的联系;对弹载芯片结构在不同频率范围内冲击载荷下的响应进行分析,构造损伤边界并通过临界加速度信号对冲击响应谱损伤边界进行修正;采用有限元仿真软件对冲击载荷下的弹载芯片结构进行仿真分析,结果表明,临界应力值与修正后损伤边界符合较好。研究结果可以为集成电路在强机械冲击环境下的可靠性设计和失效分析提供理论依据。

型钢混凝土剪力墙抗震性能研究

为研究型钢混凝土剪力墙结构的抗震性能,应用ABAQUS有限元分析软件建立了普通剪力墙SRC-0、内置于剪力墙暗柱内的模型SRC-1、内置与墙身的模型SRC-V和SRC-X。在低周往复作用下,分析了不同内置形式之间的抗震性能差异。结果表明,内置型钢混凝土剪力墙初始刚度得到提升,极限承载能力相比于对照组SRC-0均有不同程度的提高,抗侧移能力和耗能能力得到一定程度的提升,内置型钢明显改善了普通剪力墙的抗震性能。

有限元法中单元划分优化及约束反力求解策略

针对复杂形状问题的有限元的单元优化及速解,研究了有限元法中单元划分优化及约束反力求解策略。在分析对象的几何形状的基础上,提出了将物体划分为由若干个全等图形和相似图形的单元优化划分方法,并给出了二维典型单元的单元刚度矩阵的计算公式。同时,针对基于刚性有限元法快速求解约束反力的问题,提出了基于整体刚度矩阵伪逆直接求解约束反力的方法。对典型复杂零件的单元划分的结果表明,单元刚度矩阵计算量减少了83%。对机床支撑筋板螺栓设计的计算结果表明,基于整体刚度矩阵伪逆直接求解约束反力可快速、精确实现螺栓的设计。将提出的单元优化划分方法和直接求解约束反力的求解方法有机结合,可有效提高有限元的计算效率和计算精度。

基于BWOA-SVM的尾矿库风险评价

为及时掌握尾矿库风险状态,降低尾矿库溃坝造成的人员伤亡、财产损失和环境污染,建立尾矿库风险评价模型具有十分重要的现实意义。首先,构建尾矿库风险等级评价指标体系,确定指标分级标准;其次,利用博弈论将层次分析法和熵值法结合起来确定指标组合权重;再次,利用rand()函数生成伪随机数作为模型训练数据库,将权重与训练数据对应组合,建立物元可拓模型计算尾矿库所属风险等级;最后构建BWOA-SVM(改进鲸鱼算法(BWOA)优化的支持向量机(SVM)模型)模型对风险等级预测,对该模型进行训练,得到模型预测准确率为98%,与传统SVM相比提升了44.9%。采用山西东沟尾矿库数据验证模型的可行性,将尾矿库数据输入训练好的模型中得到该尾矿库等级为Ⅱ级,与实际情况相同,验证了所提方法的可行性,通过该方法可以确定尾矿库的风险等级,从而为尾矿库风险分级管理提供依据。

圆钢管超高性能混凝土组合柱抗震性能分析

为了研究圆钢管超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete-filled steel tube,UHPCFST)组合柱的抗震性能,文中采用OpenSees对圆UHPCFST组合柱在低周往复荷载作用下的响应进行分析。首先,选用3种不同的圆钢管约束UHPC本构模型,并通过与文献试验结果进行对比验证其有效性后,对圆UHPCFST组合柱的抗震性能进行含钢率及轴压比2个参数的影响分析。与文献试验结果对比表明,UHPC采用LU本构计算参数所建立的模型可很好地模拟低周往复荷载作用下圆UHPCFST组合柱的荷载-位移骨架曲线及滞回性能。参数分析发现:含钢率由3.31%增大到27.75%(钢管壁厚由2 mm增大到18 mm)时,组合柱的水平承载能力提高了2.6倍,延性提高2.5倍;轴压比由0.1提高到0.9时,组合柱的极限承载能力降低了24.45%,延性急剧下降(78.3%);当柱的含钢率在9.75%~20.49%范围内(钢管壁厚在6~13 mm内),轴压比在0.1~0.3之间时,圆UHPCFST组合柱在地震作用下表现出良好的抗震性能,承载力能力明显无降低,延性与变形能力较好,具有良好的耗能能力。

墩梁半刚性连接节点受力性能与计算方法研究

提出一种不传递弯矩的墩梁半刚性连接节点,开展12个分别考虑不同影响参数的足尺节点模型拟静力试验,对比研究节点传力机理,分析刚度变化规律;采用验证后的有限元模型开展主要影响参数扩展分析,通过数值拟合方法,建立考虑半刚性节点剪切刚度和抗弯刚度计算方法。结果表明:水平荷载作用下,节点先平动再转动,该构造能利用钢棒的弯曲能力和橡胶套的压缩能力来实现桥梁上、下部结构连接处的半刚接性能。橡胶套厚度与钢棒直径是影响半刚性连接节点剪切刚度和抗弯刚度的主要因素,同时钢棒的根数与节点剪切刚度和抗弯刚度成近线性倍数关系,钢棒高度和橡胶垫厚度对节点受力性能的影响可以忽略不计。随着钢棒直径增大,半刚性节点平动位移逐渐减小,剪切刚度和抗弯刚度呈非线性递增关系。随着橡胶套厚度增大,半刚性节点平动位移逐渐增大,剪切刚度和抗弯刚度呈非线性递减关系。考虑钢棒直径和橡胶套厚度双参数变化的刚度计算公式,可用于墩梁半刚性连接节点设计。

地震边坡稳定性有限元塑性极限分析拟动力法研究

地震诱发边坡失稳是地震灾害的主要类型之一,开展地震作用下边坡稳定性研究具有重要意义。常规拟静力法无法准确模拟地震波在边坡土体中传播的时间和空间效应,难以真实反映地震荷载。本文采用拟动力法模拟地震动荷载输入,基于塑性极限分析下限定理,结合有限元离散技术,建立了满足静力平衡条件、屈服条件、应力边界条件和间断条件的地震边坡稳定性有限元极限分析下限法数学规划模型,基于内点算法寻求边坡超载系数和安全系数的下限解。通过对典型边坡算例分析,验证了本文方法的正确性。进一步分析了均质土边坡、抗剪强度参数随深度线性增加的非均质土边坡以及双层土边坡的地震稳定性,讨论了关联和非关联流动准则对地震边坡稳定性的影响。结果表明:拟静力法和非关联流动法则会低估地震边坡稳定性;边坡安全系数有限元极限分析下限解与上限解之间的差异小于4.5%,本文方法计算结果接近地震边坡稳定性真解。

多层钢筋混凝土平面框架拟动力抗震性能有限元分析

利用ABAQUS软件对3层2跨钢筋混凝土平面框架拟动力试验进行建模分析,建模时充分考虑了混凝土与纵筋、箍筋及型钢的约束关系、合理的地震波输入机制及平面框架的结构阻尼。通过对比有限元中的位移、加速度时程结果与试验结果,两者差异较小,表明建模方法的合理性,并进一步深入分析了该平面框架震后梁柱混凝土的结构损伤、各部件的应力-应变关系、梁柱控制点处的弹塑性状态以及塑性耗能机理与塑性耗能分配机制。结果表明:7种幅值El Centro波作用下,框架梁、柱混凝土均已开裂,柱底混凝土被压碎,纵筋、箍筋、型钢都进入塑性状态;按构件区分,框架梁的塑性耗能占比大于框架柱;按材料区分,梁、柱钢筋是平面框架的主要耗能部件,混凝土次之,型钢耗能占比较小;采用的建模方法可高效准确地模拟平面框架的拟动力性能,可为后续的实际工程作参考。

边坡影响的整体桥RC桩受力性能分析

为了研究边坡效应对整体桥桩-土相互作用的影响,开展了受边坡影响的钢筋混凝土(RC)桩-土相互作用拟静力试验研究及有限元扩展参数分析,讨论了边坡效应对RC桩-土体系受力性能的影响.结果表明:迎坡侧的滞回曲线饱满度弱于背坡侧,且随桩侧至坡顶距离的减小而降低,桩-土相互作用也随之减弱;当桩侧至坡顶距离由2倍桩径减小至0以及坡顶至桩侧距离2倍桩径时,迎坡侧的桩顶最大水平力分别减小15.0%和28.6%,桩侧最大土抗力分别减小18.2%和26.6%,桩身最大弯矩分别减小8.0%和16.9%;桩侧至坡顶距离为2倍桩径且边坡角度小于20°或桩侧至坡顶距离大于4倍桩径时,桩侧至坡顶距离和边坡角度对桩-土体系受力的影响均较小,可按无边坡影响的桩设计;朝背坡侧位移时,桩-土体系受力基本不受边坡效应影响;边坡土摩擦角对桩-土体系受力的影响显著,在工程中可优先采用摩擦角较小的黏土.

偏序集上的滤子极大理想

在偏序集上引入并考察了滤子极大理想的概念,证明了相应的存在性定理。引入并考察了伪极大元和伪既约元的概念,利用图表的形式对连续格中各种类型的既约元和素元之间的关系进行了归纳总结,完善了文献《Continuous Lattices and Domains》(作者:G.Gierz,et al)中的一个图表的相关内容,填补了在分配的连续格情形该图表的一个未知内容,部分地回答了该文献中的一个问题。

地震作用下预应力锚索对岩石边坡稳定性影响的模拟方法及锚索优化研究

以西部某水电岩石高边坡为背景,采用杆单元和杆单元节点集中力的方法模拟边坡自由式预应力锚索,通过有限元模拟和拟静力法分析相结合的分析方法,由有限元软件计算在地震作用下的锚索内力分布、边坡位移,并通过自编后处理程序计算出最不利结构面组合下的边坡整体稳定性安全系数。在此基础上,研究预应力锚索的锚固角度、预应力大小、锚固深度、锚索排间距与结构面之间的空间关系对地震作用下边坡变形和整体稳定性的影响规律,并以此为依据提出预应力锚索优化设计方法。

人参皂苷Rg_1微乳的制备及其表征

目的:制备人参皂苷Rg_1微乳剂,并对其理化性质进行考察。方法:选择适宜的油相、表面活性剂和助表面活性剂,利用伪三元相图筛选微乳处方,研制出适合经口给药的微乳制剂并对其进行表征。结果:所制备的人参皂苷Rg_1微乳剂为无色澄清、透明均一的溶液。最优处方为油酸乙酯:HS 15∶乙醇∶5%葡萄糖溶液=12.5∶33.0∶11.0∶43.5。结论:通过优化处方制备的人参皂苷Rg_1微乳理化性质稳定,载药量提高。

联立法中全局和局部正交配置算法

化工过程的动态优化控制命题大多可以写成微分代数混合方程组(differential algebraic equations)的形式,联立法是求解该类命题的一种重要的数值方法。目前联立法中常用的离散方法是局部法,其中有限元正交配置(orthogonal collocation on finite elements)具有精度高、计算量小、稳定性好等优点。然而伪谱法(pseudo-spectral method)作为一种全局法,在离散中也有独特的优点,特别是具有指数级的收敛速度和较高精度,而且产生的NLP规模较小。本文分别以有限元正交配置法和伪谱法代表局部法和全局法比较其原理,并讨论离散配置点以及其在两种方法上的不同应用,针对离散后两种方法产生的NLP,分别提出判据以保证足够的自由度,最后用连续DAEs与不连续优化控制两个例子进一步比较这两种方法得出,如果命题平滑采用PS方法具有更好的收敛速度。

筒体与滚圈大面积多体接触问题的有限元解法

针对筒体与滚圈大面积多体接触及结构重复性强的特点,应用接触伪单元及子结构技术,建立了筒体与滚圈的多体接触模型,通过定义当量密度,将窑皮、扬料板等的重量引起的载荷自动转化到其作用区域的体积上,减小了载荷处理的工作量.筒体与滚圈多体接触问题数值计算的结果表明:档位段筒壳应力远大于筒节段筒壳应力,档位段筒壳的强度较弱,筒节段筒壳强度有一定富余.

求解循环对称结构特征值问题的新方法

利用结构循环对称的特点 ,提出一种求解循环对称结构特征值问题的新方法。该方法通过构造伪单元 ,可以方便地引入结构的循环对称条件和复约束条件 ,实现循环对称扇区复约束刚度阵和复约束质量阵的变换 ,避免复数运算和扇区级满阵存储 ,使计算以实数形式在单元级进行。该方法能通过任意一个循环对称扇区的有限元模型求解完整循环对称结构的特征值问题 ,可以大量减少计算工作量 ,极大地提高计算机的解题能力和计算效率。