端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯承载力试验

为改善普通钢筋混凝土梁自重大、易开裂、承载力低等缺点,在混凝土中常加入钢纤维,端钩型钢纤维,作为常见的一种高性能钢纤维得到广泛关注,中外学者针对端钩型钢纤维混凝土的基本力学性能开展了较多研究,而对端钩型钢纤维混凝土受弯构件的正截面受力性能有待深入研究。为研究端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯性能,制作4根端钩型钢纤维混凝土梁及1根普通混凝土梁,对其进行受弯性能试验,根据试验得到的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线,分析端钩型钢纤维体积掺量对试件受弯承载力及破坏形态的影响。结果表明:端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程类似,均经历了弹性、开裂、带裂缝工作、破坏4个阶段;端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程均基本符合“平截面假定”;端钩型钢纤维限制了裂缝的产生和发展,使得纤维混凝土梁变形能力增强;与一般混凝土梁相比,端钩型钢纤维混凝土梁抗裂性及极限承载力得到提高,且构件承载力与钢纤维体积掺量基本呈现正相关;基于试验数据,对现行规范中开裂弯矩及极限承载力计算公式进行优化,开裂弯矩方面考虑对截面抵抗矩塑性影响系数进行修正,极限承载力方面引入纤维混凝土正截面承载力影响系数ζ,经修正计算值可较好吻合试验值。

液压支架结构的可靠性设计研究

针对国内液压支架在结构件可靠性方面与国外产品的差距,依托2套出口支架产品,阐述了应用于中厚煤层高工作阻力液压支架的顶梁底座柱窝、掩护梁、连杆的抗弯、抗扭性结构设计,对这些结构的技术特征、创新性、应用范围进行了分析研究。2套出口支架顺利通过了按美国CONSOL标准进行的60 000次型式试验,试验结果表明,所述结构切实提高了支架的抗弯、抗扭性能,提高了液压支架的可靠性。

火灾后铁尾矿砂混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究铁尾矿砂全部替代天然砂对混凝土梁火灾后抗弯性能的影响,对3根受火45 min和3根非受火混凝土梁进行了静载试验.对比了受火过程中梁内混凝土和钢筋温度分布、梁跨中挠度以及火灾后静载试验荷载-挠度曲线、残余抗弯承载力、破坏形态,验证了平截面假定,分析了铁尾矿砂全部替代天然砂和不同铁尾矿砂混凝土强度对钢筋混凝土梁火灾后抗弯性能的影响.结果表明:铁尾矿砂混凝土梁与天然砂混凝土梁受火过程中混凝土和钢筋温度、跨中挠度无明显差异,受火45 min后满足平截面假定;铁尾矿砂混凝土梁的火灾后残余抗弯承载力与天然砂混凝土梁无明显差异,但破坏时跨中挠度显著增加;不同铁尾矿砂混凝土强度(C30、C40)对梁火灾后抗弯承载力影响不大.

基于分形理论的废弃纤维再生混凝土梁受弯性能研究

为了定量分析不同再生骨料取代率、不同废弃纤维掺量的废弃纤维再生混凝土梁的受弯开裂及裂缝发展特征,基于分形理论研究了不同再生骨料取代率、废弃纤维体积掺量钢筋混凝土梁构件的弯曲开裂演化过程;运用盒计数法理论对废弃纤维再生混凝土梁表面裂缝分布特征进行了分析,进而研究了再生骨料取代率、废弃纤维掺量对试件受弯性能的影响规律。结果表明:废弃纤维再生混凝土梁表面裂缝分布的分形维数在0.9~1.25之间,荷载和跨中挠度的增大对分形维数的变化有较大影响;随着废弃纤维掺量的增大,分形维数呈先减小后增大的趋势,在极限状态下,随着再生骨料掺量增大,分形维数变大;分形维数可以描述裂缝的发展过程,FRC-0.12-50的分形维数最接近NC-0-0;分形维数越小,梁的受弯性能越好,梁表面裂缝分形维数可作为衡量梁受弯性能的指标;采用分形维数分析试件的受弯性能可作为梁受弯性能研究及评定的一种有效技术手段。

黄土隧道不同支护体系下围岩变形响应研究

随着隧道机械化、装配化施工的推进,探索新型结构的支护效应对于实现“双碳”目标具有重要意义。基于新型组合结构支护体系,依托某浅埋黄土隧道,探讨了传统型钢钢架与π型钢架的抗弯性能,并通过现场监测结合数值模拟,对比分析了传统支护体系与新型支护体系下的围岩变形特征及响应规律,明确了各自的支护效应。结果表明:相比传统型钢钢架,π型钢架I_(x)/I_(y)更加接近1,水平和垂直方向的抗弯能力相对平衡,稳定性更好;数值计算结果与现场监测数据的沉降趋势较为吻合,围岩变形发展均经历4个阶段,且拱顶最终沉降及周边收敛的计算平均误差分别为14.85%和15.25%,验证了数值建模方法的正确性;建立对比分析模型,与传统支护体系相比,新型组合结构支护体系下的拱顶沉降、周边收敛以及初期支护压应力分别减少53.4%、61.0%、35.2%,塑性区的扩展得到有效控制。本研究可进一步丰富黄土隧道支护结构选型,为同类工程施工提供参考。

简支条件下单轴对称三角形管翼缘工字形梁弯扭振动理论与有限元验证

基于板-梁理论求出单轴对称三角形管翼缘工字形梁的弯扭变形应变能以及弯扭振动的动能,利用能量变分原理分析单轴对称三角形管翼缘工字形梁弯扭振动问题,同时利用Mathematica进行辅助求解,计算得到简支条件下弯扭振动各阶频率解,最后利用ANSYS软件进行验证并提取相对应频率解验证各阶频率解的正确性。结果表明:频率误差在-2.23%~2.36%之间。文章通过对单轴对称三角形管翼缘工字形梁的研究试图为工程应用提供参考。

集中荷载作用下跨中布置侧向支承简支钢梁的临界弯矩分析

基于板-梁理论,运用双变量的总势能方程,采用无穷项的三角级数来表达精确模态函数,建立集中荷载作用下跨中布置侧向支承工字形简支梁弯扭屈曲的无量纲总势能方程。依据能量变分法,获得简支梁弯扭屈曲的无量纲的临界弯矩方程解析解,并利用ANSYS有限元软件验证理论解的正确性。结果表明:(1)无量纲的临界弯矩计算公式得出的理论解与有限元解吻合较好,最大误差为4.26%,可为工程设计提供参考;(2)对于侧向支承布置在下翼缘情况,规范解与有限元解误差较大,要么过于保守(最大误差为90.03%),要么过于不安全(最大误差为-45.13%)。此问题需要引起工程师和规范编制者的足够重视。

免支撑工具式桁架叠合板受弯性能试验研究与分析

为解决普通混凝土叠合板底板易开裂、施工需大量竖向支撑难题,研发了一种斜筋式免支撑工具式桁架叠合板。通过标准砝码加载3个跨度相同、构造措施(绑扎搭接、焊接、钢丝网片)不同的试件,明晰了构造措施对叠合板整体受弯性能无显著影响,绑扎搭接是简便、高效的措施;通过对构造措施相同跨度不同的3个试件开展试验和数值研究,探明了该类叠合板的工作机制,基于叠加原理建立了其抗弯刚度和挠度计算方法。结果表明:与实测值相比,所建理论方法与数值模型精度高,决定系数最小值分别为0.994和0.988;上部钢管与下部底板无明显协同作用,二者间桁架在跨度较小时对抗弯刚度的贡献可忽略,跨度3.4 m、4.3 m试件在开裂前、后对总体抗弯刚度的贡献占比分别是12.1%、22.0%和15.0%、26.7%;免支撑叠合板受弯性能以开裂为界具有两阶段特征,开裂后整体抗弯刚度均呈先快后慢下降趋势,钢管对叠合板抗弯刚度的贡献始终最大。研究成果为免支撑工具式桁架叠合板的应用提供了参考依据和计算方法。

两端简支预应力混凝土空心板受弯承载力研究

为系统研究两端简支预应力混凝土空心板(简称空心板)的受弯承载力,采用ABAQUS软件建立有限元模型,并进行了相关试验验证,基于验证后的模型,分析了截面高度、叠合层厚度、空心板混凝土强度、叠合层混凝土强度、预应力底筋配筋率、预应力负筋配筋率对空心板极限受弯承载力的影响。结果表明:各参数中对空心板极限受弯承载力的影响程度由大到小排序为:截面高度、预应力底筋配筋率、叠合层厚度、叠合层混凝土强度、预应力负筋配筋率和空心板混凝土强度。同时参考我国《混凝土结构设计规范》中预应力混凝土梁的受弯承载力计算公式,将空心板截面等效为工字形截面,提出了有叠合层和无叠合层的两端简支空心板受弯承载力理论计算公式,公式计算结果与试验值和有限元模拟值均吻合较好。

大型钢筋混凝土支撑挠曲变形防控施工关键技术研究

基坑支撑结构在自身重力及坑壁侧压力作用下,极易形成向坑底的挠曲变形,对基坑围护结构产生较大的安全隐患。针对大型混凝土内支撑可能出现的挠曲变形及其恢复控制技术进行研究,首先对大型内支撑结构的挠曲变形规律进行分析,通过具体的推导和数值计算表明,可调格构柱对内支撑挠曲变形的控制可降低71.4%或更多,指出了内支撑挠曲变形防控的必要性;接着,对大型内支撑的挠曲恢复防控技术进行了理论分析,提出了采用可调节型竖向格构柱对大型支撑进行调控的具体措施。

快速反射镜两轴柔性支承设计

提出了基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承结构,研究了这种柔性支承静动态特性的设计过程和设计方法。首先,从快速反射镜的工作机理出发,分析了系统对柔性支承的特性要求;然后,结合现有两种柔性支承结构的特点,提出基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承设计;在分析单个柔性铰链刚度特性的基础上,研究了两轴柔性支承的设计方法;最后,以通光口径为Φ90 mm、行程为±2 mrad、工作带宽为300 Hz的两轴快速反射镜为例,进行了两轴柔性支承的设计和特性计算。基于dSPACE半实物仿真系统建立了两轴柔性支承特性实验,对柔性支承的转动刚度进行测试,并对由设计的柔性支承组成的快速反射镜系统的控制性能进行分析。实验结果显示:设计的快速反射镜系统的一阶机械响应频率为78 Hz,闭环控制带宽为340 Hz,满足设计要求,表明基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承可以满足行程若干mrad,工作带宽数百Hz的两轴快速反射镜的应用需求,且具有加工工艺性好,转动中心稳定等优点。

快速反射镜关键技术研究

快速反射镜(FSM)凭借其高精度、高分辨力、快响应等优点,被广泛应用于天文望远镜、自适应光学、复合轴精密跟踪等领域。尽管国内外关于FSM的研究较多,但少有对其关键技术的系统总结。首先,介绍了国内外FSM的发展现状和研究热点,分析了FSM的主要性能指标与各组成部分之间的关系。在延用FSM传统按支撑结构不同分类方式的同时,首次提出了按功能用途不同的分类方式,并针对各类FSM的结构特点和功能用途等进行了深入探讨;然后,在明确FSM结构组成的基础上,系统阐述了FSM系统中支撑铰链、工作镜体、驱动元件、测量元件和控制系统等关键技术,首次提出将柔性铰链分为四周分散式、中心集中式及四周分散与中心集中相结合式的分类方式,并分别对驱动元件、测量元件的排布方式进行了对比分析。最后,通过对FSM系统各关键技术的归纳总结,提出了FSM向大口径、大角度、高精度、高响应和高承载等方向发展的趋势。

压电陶瓷驱动FSM三自由度柔性支撑设计

为了有效吸收反射镜偏转造成驱动点的横向位置偏差,保护压电陶瓷驱动器,抑制反射镜在非工作方向上的自由度,提高系统谐振频率,设计了基于压电陶瓷驱动的快速反射镜三自由度柔性支撑。首先根据压电陶瓷驱动的快速反射镜对柔性支撑的设计要求确定了由支撑杆与支撑片组成的三自由度四周式柔性支撑方案,再利用压杆稳定性理论与变形能法对支撑杆与支撑片进行参数设计,最后利用workbench对设计结果进行分析。有限元分析结果表明,直径1 mm、长度8 mm的柔性支撑杆的应用可以使压电陶瓷的剪切位移减少86.7%,柔性支撑片的应用使反射镜一阶模态为轴向平移振动,谐振频率为360 Hz,二三阶模态为反射镜两轴偏摆振动,谐振频率为420 Hz,而高阶模态在1 000 Hz以上。三自由度柔性支撑可以有效防止压电陶瓷受到剪切破坏,提高快速反射镜结构谐振频率,有利于提高系统闭环带宽。

航空遥感相机扫描反射镜支撑技术

从保证扫描反射镜成像质量及功能的角度出发,介绍了扫描反射镜及其支撑结构材料的选取原则;探讨了扫描反射镜的支撑方式,以及各种支撑方式的适用范围;针对面型精度要求较高的反射镜,提出了柔性支撑结构的设计思想。通过CAD/CAE工程分析软件,在各种情况下,对采用柔性支撑结构前后的反射镜组件进行分析,由有限元模型变形情况的对比分析,可以验证此种柔性支撑结构的有效性。最终通过相机的外场试验,由相机的成像质量确定了反射镜支撑结构的可靠性。

预应力高强混凝土矩形支护桩的受弯性能

针对预应力混凝土预制桩在基坑支护中的应用,开发新型的预应力高强混凝土矩形支护桩。通过9根矩形支护桩的受弯性能试验,研究了矩形支护桩的受弯破坏特征、裂缝开展情况和受弯承载力。结果表明:在外荷载作用下,矩形支护桩变形体现了很好的弹性和延性;矩形支护桩截面的应变分布符合平截面假定;矩形支护桩的抗裂弯矩实测值与计算值之比平均为1.33;实测极限弯矩与理论计算值基本接近。基于试验结果,提出对矩形支护桩抗裂弯矩和极限弯矩计算方法的修正建议,计算结果与试验结果吻合较好。对比发现,在相近的成本条件下,矩形支护桩比空心方桩受弯承载力增加10%～20%。

基于小波最小二乘支持向量机的加速度计温度建模和补偿

针对环境温度影响加速度计测量精度的问题,给出了温度对石英挠性加速度计零偏和标度因数的影响机理,提出采用小波最小二乘支持向量回归建立石英挠性加速度计零偏和标度因数的温度模型的方法。为了验证模型的有效性,进行了多个温度点下的参数标定试验,所获取的各温度点下的石英挠性加速度计零偏和标度因数作为小波最小二乘支持向量机模型的训练数据;将石英挠性加速度计固定在某一位置进行了升温试验,通过对比未进行温度补偿、最小二乘温度补偿和小波最小二乘支持向量回归温度补偿下石英挠性加速度计的输出,计算结果表明采用小波最小二乘支持向量机补偿后的石英挠性加速度计的测量精度最高。

大口径SiC轻量化反射镜组件的结构设计

针对某空间相机1.1 m口径反射镜的光机结构设计任务,为降低反射镜的重量,提高其环境适应性,设计了一种重力变形小、抗振性强、热尺寸稳定性高的空间反射镜结构系统。首先,详细分析了反射镜及支撑结构选材依据及应考虑的主要因素。然后,提出一种背部半封闭式扇形轻量化孔的反射镜轻量化结构方案,并利用参数化建模分析的方法对其结构参数进行了优化设计。采用背部三点柔性支撑方式对反射镜进行支撑,通过柔性铰链的柔性来调节由于装配中的过定位和热环境变化导致的反射镜面形精度降低问题。最后,对反射镜组件的力学和热特性分析结果表明,反射镜在X向1 g重力作用下反射镜面形精度PV为62.4 nm,RMS为5.7 nm,在20±4℃环境温度变化范围内面形精度达到PV为61.7 nm,RMS为6.3 nm,反射镜组件基频为150 Hz,能够满足静态刚度、动态刚度和热尺寸稳定性的设计指标要求。

碳化硅多孔陶瓷支撑体的制备及性能研究

采用150μm的α-SiC为骨料,钾长石,高岭土,二氧化硅粉为粘结剂,利用正交试验通过半干压成型法制备出片状多孔支撑体,研究不同成型压力,活性炭造孔剂,粘结剂在1 350℃的烧成温度下,多孔支撑体的孔隙率、弯曲强度和过滤压降的变化。当成型压力为6MPa,活性炭造孔剂含量质量分数为15%,粘结剂含量质量分数为20%时,支撑体的抗弯强度和气孔率同时增加;成型压力为12 MPa,活性炭造孔剂含量质量分数为20%,粘结剂含量质量分数为20%时,支撑体的过滤压降和气孔率同时减小。结合正交试验调优结果和工程应用高强度而低过滤压降的原则表明:成型压力为12 MPa,活性炭造孔剂含量质量分数为15%,粘结剂含量质量分数为20%时,可获得孔隙率35.8%、弯曲强度为31.8 MPa的SiC多孔陶瓷支撑体。当过滤速度为0.16 m.h-1时,该样品的过滤压降为2.9 hPa。

小型光学遥感器主镜室的光机结构

设计了一种新的光机结构,以使超小型光学遥感器在宽温度范围及恶劣的动力学环境下能够良好成像。研究了该结构中的核心部件-主镜组件的支撑结构的设计原理和实现方法。通过对主镜室初始设计方案的力、热特性分析,说明了主镜传统支撑方式的局限性。然后,以挠性支撑原理为基础设计了一种新型的适用于小口径反射镜支撑的挠性反射镜支撑结构,对该支撑结构的温度适应性及组件的模态进行了有限元分析,说明了采用这种反射镜挠性支撑结构能够满足设计指标要求。最后,论证了小型光学遥感器主镜室的加工及具体实现方法。对装配后的主镜组件进行了热冲击试验和温度拉偏试验,结果表明：在-60℃~80℃进行热冲击试验后,主镜不会出现炸裂现象;而在-20℃~50℃温度下,反射镜面形精度RMS仍保持在0.025λ（λ=632.8nm）水平。得到的结果验证了主镜室的设计可以满足小型光学遥感器的应用环境要求。

火灾后配筋混凝土梁受力性能试验与分析

为研究火灾后配筋混凝土结构的受力性能,对3根有粘结预应力混凝土简支梁和2根钢筋混凝土简支梁进行了抗火试验和火灾后的常温静力试验,基于试验结果,提出了火灾后配筋混凝土梁正截面承载力计算公式、裂缝宽度计算公式和刚度计算公式.从5根试验梁中取出20根普通钢筋和9根预应力钢丝进行单向拉伸力学试验,获得了火灾后HPB235级钢筋、HRB335级钢筋、1670级低松弛高强钢丝的力学性能.