地面超载下摩擦单桩负摩阻力的连续介质力学解

针对地面超载引起的摩擦单桩负摩阻力,提出了一种基于桩土相互作用和连续介质力学的竖向位移模型来模拟桩土系统位移,模型中包含了桩土轴线位移函数和沿径向的衰减函数;采用变分法得到了桩土系统的总势能,从而得到了位移模型中桩土位移和衰减函数的耦合控制方程;利用迭代法求解了这两个耦合函数,得到了桩身轴力、中性面、负摩阻力、下拉力和土弹簧等效刚度等关键参数的数学表达式;通过和原位试验及已有理论结果的对比,验证了所提方法的正确性。结果表明:桩土模量比对桩的负摩阻力和下拉力有显著影响,中性面位置与长细比密切相关,而与桩土模量比关系不大;随着桩土模量比增大和桩长细比减小,桩身同一位置处轴力增长明显,但增长速率变缓;地面超载作用下桩周土体位移最大沉降出现在地表处,且地表以下0.3倍桩长范围内为位移强烈影响区;桩长细比和桩土模量比的增加均会使桩周土体位移场影响范围增大。

变厚度多孔梯度材料圆板的热后屈曲分析

为分析多孔梯度材料圆板在非均匀温度场中的热后屈曲响应,基于经典板理论和物理中面概念建立了梯度多孔材料圆板在热载荷作用下的控制微分方程,其中假设厚度变化沿半径为二次抛物线型且板在其厚度上具有对称和非对称的非均匀孔隙率分布。采用打靶法数值求解了问题的屈曲和后屈曲响应,给出了均匀升温和热传导下的梯度多孔非线性变厚度圆板后屈曲平衡路径。结果显示:变厚度系数、孔隙率系数、孔隙分布方式以及温度场对板的临界载荷和后屈曲平衡路径均有影响;在不同温度场中孔隙率系数越大,屈曲时的临界载荷越小;孔隙率对称分布下的临界载荷大于非对称情况下的。

深基坑围护结构表面应变及中性点位置分析

依据哈尔滨至牡丹江客运专线出口明挖段基坑围护结构现场监测结果,结合平面杆系结构法对围护结构受力及变形进行分析。现场通过安置表面应变计和位移钉对基坑整体受力及变形进行监测。由于表面应变计是开挖完毕后立即安设,故开挖瞬时释放应变无法测出,进行第二阶段开挖时,通过提前安设的表面应变计分析围护结构的受力形式及确定中性点的位置,间接确定围护结构开挖过程中的受力特性。

考虑负摩阻力的刚性桩复合地基工作性状分析

以带褥垫层的刚性桩复合地基为研究对象,在考虑桩体负摩阻力作用的条件下,讨论了桩身侧摩阻力分布状况,建议了侧摩阻力线性简化计算模型。分析了带褥垫层刚性桩复合地基桩体与褥垫层的相互作用,计算了桩顶对褥垫层的刺入量。推导了桩体位移微分方程,并根据方程,同时结合中性面的定义,给出了求解中性面深度比的计算方法,讨论了其影响因素及取值范围。算例显示,按该方法计算的结果符合工程经验。

现浇X形桩桩-土荷载传递规律现场试验研究

现浇X形混凝土桩(简称X形桩)是为了更好地满足沿海、沿江软土地基处理应用而开发的一种新桩型。该新型桩具有比表面积大、侧向摩阻力高,施工便捷,经济效益高等技术经济优势;但针对其在复合地基中桩-土荷载传递规律特性的研究却相对较少。结合某污水处理厂软基处理工程,开展了X形桩复合地基中桩-土荷载传递规律的现场试验,测得了荷载-沉降关系,桩-土荷载分担比、桩-土应力比,以及桩身轴力等发展情况,分析了不同工况下复合地基中桩-土协调相互作用和中性点位置规律;并将等混凝土用量圆形桩和X形桩的单桩静载荷试验作为对比分析。研究结果表明,本文试验条件下复合地基中X形桩桩侧正、负摩阻力转化发生在0.2倍桩长处,桩侧正摩阻力最大值约为其负摩阻力最大值的140%;相同桩长情况下桩-土应力比随竖向荷载等级增长速率随桩间距的增加而减小。

基于等几何方法的压电功能梯度板动力学及主动振动控制分析

针对表面粘贴有压电层的功能梯度板的动力学及主动振动控制问题,建立了一种基于三阶剪切变形理论的等几何分析求解方法。其中,功能梯度板的材料属性为板厚方向的幂函数分布,并假设电势沿着压电层的厚度方向呈线性变化。利用线性压电本构方程以及哈密顿变分原理,推导了压电功能梯度板的相关等几何分析有限元方程。通过分析压电智能结构的静态弯曲行为验证了该方法的有效性与精确性。运用模态叠加技术与Newmark-β直接积分法分析了两种不同结构的压电功能梯度板的动力学响应与主动振动控制问题。在主动振动控制分析中,引入了物理中面的概念避免当传感器与驱动器分别粘贴于功能梯度的上、下表面时,由拉伸-耦合效应引起的控制不稳定的问题,并着重分析了振动控制过程中两种结构传感器层和驱动器层的电压响应。

断背斜应变中和面张性段储层主控因素及预测方法--以克拉苏冲断带为例

塔里木盆地库车坳陷克拉苏冲断带白垩系巴什基奇克组储集层垂向上一直被认为主要受沉积相带控制。在钻井过程中,相同应力背景、同一相带储集层垂向上物性、裂缝特征、地应力、钻遇复杂程度均存在差异。本文以克拉苏冲断带克深井区为例,从实际地质资料出发,根据实钻过程中的岩心、FMI成像测井、常规测井、地应力等特征,提出断背斜目的层垂向上基于应力差异分为张性段、过渡段、压扭段。三段中,以张性段储集层储层品质最好,储层物性高、挤压应力相对较弱、裂缝溶蚀强度高、钻井事故少,天然气量占天然气地质储量的60%以上,为勘探的首选区。结合有限元数值模拟技术,提出控制张性段的主要因素为构造最大主曲率、南翼边界断层倾角、断控幅度角、构造枢纽与高点之间夹角。根据四个控制因素的相关性及实际应用性提出了利用构造最大主曲率及断控幅度角预测张性段厚度的方法,两者误差均低于20%。构造最大主曲率法适用于井控程度高的井区,如评价–开发阶段;断控幅度角法基于过目标靶点的地震资料,对井控无要求,适用于圈闭预探-评价-开发阶段。

预测火灾情况下竖井中性面位置的连续模型

针对竖井侧向连续开缝和竖井侧向连续开缝及上部开口两种情况,在Klote模型的基础上,根据竖井内温度在竖向上连续分布的特点,建立了预测火灾情况下竖井中性面高度的连续模型.通过计算流体力学模拟,将Klote模型、双区域模型及连续模型与模拟结果进行对比.结果表明,连续模型偏差最小;通过分析连续模型计算结果可知,中性面高度受火源功率的影响较小,主要和开口情况有关.

不同土表堆载分布形式下桩基负摩阻力特性模型试验

为了研究土表堆载分布形式对桩基负摩阻力作用的影响,设计实施了边载及围载作用下的单桩室内模型试验.桩周土采用细砂与饱和黏土,于加载过程中测定桩身应变、桩顶位移以及土体分层沉降.试验结果表明,土表堆载分布形式对桩基附加沉降具有较明显的影响,砂土中桩基在边载分级加载作用下的附加沉降约为围载时的77%,试验结束时黏土中桩基在边载作用下的附加沉降约为围载时的74%.边载作用下砂土及黏土中桩基中性点深度分别比围载时低约0.03L^0.08L和0.02L(L为有效桩长).在砂土承受土表堆载分级加载作用或者黏土排水固结的后期,因桩土相对位移不足以完全发挥负摩阻力作用,土表堆载分布形式对桩基负摩阻力影响减弱.

基于中性面的抑制烟气溢流的临界排烟量模型

本文基于中性面理论,建立了排烟条件下房间(简称排烟房间)竖向开口烟气中性面计算的区域模型。根据中性面高度与开口上沿的关系,得到了抑制开口处溢流产生所需的临界排烟流量以及气体流入质量流率的计算模型。结果表明:在排烟条件下,房间竖向开口处烟气流动的主要控制因素仍是密度差引起的压差;随着排烟量增大,开口处的中性面不断上移,烟气溢流量持续减小。中性面与开口上沿平齐后即达到溢流抑制临界条件,烟气便不再溢出室外。数值模拟结果与理论模型的计算结果对比表明,所建立的模型可以较好地预测排烟房间竖向开口的烟气溢流抑制临界条件。

不同竖井侧向开口位置对烟囱效应影响的实验研究

利用火灾科学国家重点实验室典型小尺寸竖井模拟实验台开展了系列实验,通过改变不同侧向开口位置组合,对竖井内烟气温度进行定量测量,揭示了不同竖井侧向开口位置对烟囱效应的影响程度。实验结果表明:竖井内烟气运动过程是随着竖井结构的不同而变化的,主要取决于进气口及顶部、侧向开口打开情况。该研究较为全面的分析了全封闭竖井、全开放竖井、仅中性面以下侧向开口开放、仅中性面以上侧向开口开放及中性面以下、以上侧向开口均有开放等不同竖井结构内烟气运动规律,进而揭示了不同侧向开口位置组合对烟囱效应的影响程度。

电梯导轨反弯矫直弹塑性变形分析

电梯导轨是电梯的重要组成部件,它的平直度直接影响电梯的运行性能,如平稳度、噪声等。本文应用材料力学与弹塑性力学理论,分阶段推导了电梯导轨T型钢进入弹塑性弯曲变形时中性层的变化规律及弯矩的表达式,给出了弯矩比与弹区比的关系式,为其矫直参数的设计计算提供一定的参考。

火灾情况下侧向连续开口楼梯井中性面位置

通过1/3缩尺寸实验和模拟研究楼梯井侧向连续开口时中性面位置。研究表明,此种开口形式下,整体楼梯井不存在单一中性面,中间紊乱楼层存在各自小中性面,楼梯井与外部通过侧面开口形成若干个竖井小循环;随着火源功率的增加,紊乱楼层数增加,小循环数也增加;随着火源位置的提高,楼梯井下部空气流入的范围扩大,紊乱楼层数减小,小循环数也减小。楼梯井中部温度并不是随着高度逐步降低,在中部紊乱楼层中出现下部温度低于顶部温度的现象。

火灾情况下竖井中性面多区域模型

建立了竖井侧向连续开缝和竖井侧向连续开缝及上部开口两种情况下竖井中性面位置的多区域模型,并根据火灾情况下竖井内温度的分布规律对多区域模型进行了简化。根据竖井内温度竖向分布,将竖井划分为多个区域,在Klote模型的基础上推导出竖井中性面高度。通过CFD数值模拟,将Klote模型、双区域模型及多区域模型与模拟结果进行对比,结果可知多区域模型误差最小。

高层建筑热压中和面位置的确定

根据通风网络理论 ,结合建筑物各楼层门窗间的串并联关系 ,率先引入了能够反映建筑门窗结构和气密性特征的特征参量“风阻” ,并应用中和面上、下渗进渗出风量平衡的关系 ,得出了求解热压中和面位置的一元方程式 。

双模量矩形板的弯曲计算分析

双模量矩形板在外载荷作用下,会形成各向同性的拉伸区和压缩区,把双模量矩形板看成两种各向同性材料组成的层合板,采用弹性力学理论建立了双模量矩形板在外载荷作用下的静力平衡方程,利用静力平衡方程确定了双模量矩形板的中性面位置,推导出了双模量矩形板的弯曲变形微分方程,并讨论分析了双模量对矩形变曲变形的影响.

黄土地基中人工挖孔扩底灌注桩负摩阻力试验研究

通过2根试桩的现场预浸水再加载试验,研究湿陷性黄土地基中人工挖孔扩底灌注桩在预浸水过程及其之后的加载过程中桩身摩阻力、桩端反力及桩身中性点深度的发展变化规律,并与我国现行规范进行比较。结果表明:(1)桩周土浸水过程中,桩身负摩阻力、正摩阻力及桩端反力均逐渐增大,桩身中性点位置逐渐下移。浸水结束时,中性点深度比为0.54～0.61,远小于桩基规范的推荐值;(2)在桩顶施加竖向荷载过程中,桩身负摩阻力逐渐减小,而正摩阻力及桩端反力继续增大,桩身中性点位置逐渐上移。桩顶竖向荷载P=11 000 kN时,中性点深度比为0.15～0.61,也远小于桩基规范的推荐值;(3)在桩顶设计荷载作用下,实测的桩身负摩阻力大小、分布范围及分布形式与桩基规范及黄土规范的规定有较大的差异;(4)黄土地基中桩身负摩阻力及中性点深度随着桩周土浸水、桩顶荷载处于一个动态变化过程中,负摩阻力的大小也受到桩径的影响。

建筑网络火灾烟气流动稳定性及其控制分析

将建筑作为一个网络整体考虑 ,研究分析了火灾烟气流动机理 ,讨论了火灾烟气的热膨胀效应、烟囱效应及室外风力对建筑网络空气和烟气流动的影响。从质量守恒定律讨论了多层建筑中和面的位置及其影响因素 ,指出控制多层建筑中和面的方法和途径。通过建筑网络回路能量守恒方程 ,讨论了烟囱效应对建筑网络风流的影响 。

中庭烟层界面预测的探讨

该文综述了高层建筑中庭烟气层的形成 ,中庭烟层界面预测的方法 。

通道倾斜角度对开口中性面位置影响

为了了解通道在倾斜状态下开口中性面随倾斜角度的变化,该研究采用实验和数值计算方法对倾斜角度为0°、10°、20°和30°的通道两端开口处的流场进行了测量和模拟.基于大涡模拟湍流模型求解浮力驱动N-S方程的数值模拟方法求得的模拟结果和实验值吻合较好,通过对通道两端开口处中性面位置比较发现,随着通道倾斜角度的增大,低端开口的中性面高度逐渐上升,高端开口的中性面高度逐渐下降;倾斜角度为0°时,通道两端开口流场呈对称分布,中性面下部流进通道气体流速较小;倾斜角度超过20°时,低端开口中性面已升到开口的最上端,高端开口处的气流以流出通道为主,中性面高度已降至开口下边缘.该研究为改进通道内排烟、通风效率和空气质量提供了参考和帮助.