戈壁地基扩底掏挖基础抗拔试验及其位移计算

在甘肃和新疆7个戈壁碎石土场地完成了46个扩底掏挖基础抗拔现场试验,分析了基础抗拔荷载-位移曲线的阶段特征,应用L1-L2方法确定了所有基础抗拔承载力和位移。采用归一化荷载-位移双曲线模型对实测荷载-位移曲线进行拟合,得到了各试验基础归一化荷载-位移双曲线模型拟合参数取值及其统计规律,给出了同时考虑抗拔基础极限承载力计算理论模型误差和归一化荷载-位移双曲线模型不确定性时基础荷载和位移的计算方法。结果表明:戈壁碎石土扩底掏挖基础抗拔荷载-位移曲线呈初始弹性直线段、弹塑性曲线过渡段和直线破坏的3阶段变化规律,归一化荷载-位移双曲线模型可较好拟合基础实测荷载-位移曲线,归一化荷载-位移双曲线模型不确定性可转化为该双曲线模型拟合参数的不确定性,基于强度和变形统一的工程设计更有利于工程安全。

黄土地基掏挖扩底基础抗拔试验研究

随着西部电网建设的发展,越来越多的架空输电线路需经过黄土地区。输电线路杆塔基础抗拔能力通常是其设计控制条件。掏挖扩底基础因具有较好的抗拔承载性能而在黄土地区输电线路工程中得到广泛应用。根据甘肃黄土地区2个试验场地12个掏挖扩底基础实测上拔荷载位-移曲线,分别采用Chin双曲线模型以及初始直线斜率法、双直线交点法和L1-L2方法确定了基础抗拔极限承载力及其对应位移,得到了抗拔基础归一化荷载-位移曲线,采用归一化荷载-位移双曲线模型对试验结果进行拟合,给出了不同保证概率下基础荷载-位移预测曲线。结果表明:初始直线斜率法得到的承载力最小,双直线交点法次之,Chin数学模型法最大,宜采用L1-L2方法确定黄土地基掏挖扩底基础抗拔承载性能;荷载-位移曲线归一化处理可显著减小实测荷载-位移曲线的离散性,按双曲线拟合参数a、b均值确定的归一化荷载-位移曲线代表了试验平均值,而试验荷载-位移曲线刚度远大于95%保证概率的预测曲线。

抗拔桩荷载-位移曲线的归一化

抗拔桩常被应用于地下构筑物的抗浮和受较大弯矩作用高耸构筑物的基础.相对于抗压桩而言,国内对抗拔桩变形分析方法的研究较少,且大多数已有分析方法都过于复杂,不便于实际工程应用.文中通过选择合适的标准化参数将毫无规律的抗拔桩荷载-位移曲线族归一化为单一曲线,然后利用回归公式拟合该曲线,并将回归公式扩展到层状土体中.通过模型试验和现场试桩试验结果的比较可以看出,文中提出的简化方法不但可以简化抗拔桩的变形计算,而且计算结果与实测结果也较为吻合.

基于性能设计方法的钢筋混凝土柱构件分析

采用软件ABAQUS对一批钢筋混凝土柱试验进行有限元模拟,模拟时对混凝土和钢筋的材料本构进行设置,模拟结束后即可获取该批柱的荷载-位移骨架曲线,并将试验结果和模拟结果进行对比。然后,采用软件ABAQUS模拟不同类型的钢筋混凝土框架柱,并获取该批柱的荷载?位移骨架曲线或弯矩-转角曲线。参考基于性能设计方法,将曲线按照不同因素进行分类,并由这些曲线得出柱的塑性转角限值。研究结果表明,有限元模拟可以较准确地模拟试验情况,柱的性能参数能为柱的性能评估提供定量参考指标。

隧道锚的抗拔安全系数确定方法

为了探求合理的隧道锚抗拔安全系数评估方法,依托西南某跨越金沙江的大桥隧道锚工程,分别采用应力积分法、塑性屈服区体积-荷载曲线和位移-荷载曲线求解隧道锚的抗拔安全系数,并将3种方法的计算结果与规范法的结果加以对比.结果表明:规范法忽略了岩体对锚碇的夹持作用,故其计算所得抗拔安全系数相对最小,仅为2.60;应力积分法取用设计荷载工况对应的应力场,夹持效果不明显,因而计算结果接近于规范法,采用应力积分法所得锚碇-围岩界面及围岩内破坏面的抗拔安全系数分别为2.64和2.88;采用塑性屈服区体积-荷载曲线及位移-荷载曲线时,容许荷载作用下的锚碇-岩体能够充分接触,夹持效果显著,故所得抗拔安全系数最大,其值均为6.50;通过极限摩阻力来反推锚碇-岩体界面夹持力,可得考虑夹持效应的隧道锚的抗拔安全系数.

等通道转角挤压加工中聚合物剪切塑性变形行为分析

结合挤压负荷-行程曲线,采用视塑性试验方法研究了聚丙烯在等通道转角挤压过程中的剪切塑性变形行为,并分析了屈服负荷随挤压工艺条件和聚合物种类而发生变化的情况。结果表明:剪切塑性变形发生在模具通道的相交面处;塑性变形响应由模具通道的内角处开始,向模具外角处扩展,形成完整剪切变形带后发生塑性屈服;聚丙烯的剪切屈服负荷随着挤压温度的升高而明显降低,而挤压速度对其影响不显著;不同聚合物抵抗剪切变形的能力也不同,其剪切屈服负荷因聚合物种类而异。

基于损伤塑性本构模型的上承式梁拱组合刚构梁拱交汇节点极限承载力研究

针对大跨径上承式梁拱组合刚构梁拱交汇节点受力复杂的问题,笔者利用基于Abaqus损伤塑性本构模型展开预应力钢筋混凝土材料非线性分析的方法,对上承式梁拱组合刚构进行了梁拱交汇节点极限承载能力的研究。研究结果表明:18个不利荷载工况中梁拱交汇节点处,上弦梁最大正弯矩组合是最不利且起控制作用的荷载工况,最不利荷载工况下梁拱组合节点极限承载因子为2.012,极限承载因子大于1.4,并有一定的安全储备;梁拱交汇节点的破坏路径为:从上弦梁底板混凝土受拉破坏开始,随着荷载的增大破坏面逐渐扩展至上弦腹板,最终上弦梁结构被拉溃;提出一种基于Von-Mises应力相似追踪的方法,可以有效的模拟实体单元力学边界条件;给出了判断节点内力平衡的计算公式,提出内力平衡影响因子η,并通过数据对比给出了影响因子相应的阈值范围,定量的解释了局部杆系模型与整体模型的内力状态无法相同的原因。

确定材料J积分塑性因子η_(pl)的单试件法研究

本文在Ｌａｎｄｅｓ规则化方法基础上提出单试件确定塑性因子法，即只使用单个试件的实验记录Ｐ，Ｖ和ａ就可求得材料塑性因子ηｐｌ．其中实时裂纹长度ａ可以卸载柔度法或物理测量得到．通常规则化方法需一组试件．单试件法可避免多试件存在的尺寸分散性，也可使实验过程简化．文中结合３０４不锈钢实验进行分析，结果表明单试件法简便、实用、精度较高．

钢筋混凝土梁变形限值的分析

为了分析钢筋混凝土梁的变形限值,对一批梁进行低周反复荷载试验,并对试验进行了有限元模拟.模拟过程中对混凝土和钢筋的材料本构进行了设置,混凝土单轴受压时采用Hognestad本构模型,混凝土单轴受拉时采用二折线本构模型,钢筋本构模型则采用双线性强化模型,模拟结束后即可获得梁的荷载-位移骨架曲线.将试验结果和模拟结果进行对比,表明有限元方法可以较准确地模拟试验情况,由于有限的试验数据对研究梁的变形限值不充分,进而通过有限元软件来仿真模拟大批的梁,并获取荷载-位移骨架曲线和弯矩-转角曲线,根据曲线得出梁的变形限值,即塑性转角限值和剪切变形角限值.梁的变形限值为梁的性能评估提供了定量的参考指标.

钢筋混凝土梁抗震性能指标分析

采用软件ABAQUS对钢筋混凝土梁进行有限元模拟,即可获取梁的荷载-位移骨架曲线。将试验结果和模拟结果进行对比,结果表明,有限元可以较准确地模拟试验情况。然后同样采用软件ABAQUS来模拟146根梁,并获取该批梁的弯矩-转角骨架曲线。将曲线按照不同因素进行分类,并由这些曲线得出梁的性能参数:塑性转角限值。塑性转角限值能为梁的性能评估提供定量的参考指标。

含裂纹构件塑性失效时载荷与位移关系的闭合解

对含裂纹构件的一种失效模式(韧带屈服)进行研究。将构件位移分成线弹性位移与塑性位移。在进行线弹性位移分析时,采用断裂力学中的能量差率方法与固体力学中的余能原理。在进行弹塑性位移分析时,建立三区力学模型,在此基础上得到载荷位移关系与构件承载能力表达式的闭合解。此解与试验结果具有很好的一致性。

曲线钢箱连续梁桥极限承载能力分析

采用弹塑性有限元方法,结合工程实际,建立了曲线钢箱连续梁桥三维板壳单元模型,进行了桥梁整体结构极限承载能力分析,分析过程中考虑了几何非线性、应力钢化与材料非线性对结构极限承载能力的影响。研究结果表明,曲线钢箱连续梁桥具有承载能力高的特点,在市政或公路桥梁建设中具有较好的应用前景。研究结论可供今后同类桥梁设计和分析参考。

基于能量法的材料弹塑性能力分析

通过纳米压痕测试法探讨了碳纤维的弹塑性变形行为,得到了在0.5mN和2.5mN下的非线性载荷与位移曲线、最大压入深度hmax、压痕接触深度hc以及残留压痕深度hf,并计算了碳纤维的弹性回弹能力ζ和塑性变形能Eelastic。实验结果表明,碳纤维的弹性回弹量e随着载荷的增加而增加,但回弹能力ζ将随着载荷的增加而逐渐下降;塑性变形能Eelastic随着载荷的增加而增加,即材料的储存能量的能力随着载荷的增加而增加,而弹性能量恢复率η随着载荷的增加而减少,即材料释放能量的能力随着载荷的增加逐渐减少,对于碳纤维其弹性能量恢复率小于弹性回弹能力,即η<ζ。

钢框架子结构抗连续性倒塌性能数值模拟分析

对栓焊节点的钢框架子结构连续性倒塌过程进行数值模拟分析,考察子结构在抗连续性倒塌工况下的破坏模式和受力机制,验证了该分析模型和分析方法的有效性。基于试验与数值模拟结果中存在的翼缘屈曲和应力集中问题,对文献试件SI-WB-2进行改进,针对改进试件SW与原试件SI-WB-2,在破坏模式、应力、承载力、内力发展过程和抗力机制等方面进行对比分析。结果表明:增大连接区域的钢梁翼缘宽度和施加腹板加劲肋,可使节点域的塑性铰外移,降低翼缘局部屈曲程度,同时节点域刚度增大,抗倒塌能力增强,承载能力提高了8.3%;钢梁下翼缘断裂范围减小,利于悬链线作用的发挥。

黄土抗拔基础承载性能

基于黄土抗拔基础现场试验成果,阐述了黄土平地和斜坡条件下等截面直柱基础和直柱扩底基础抗拔荷载位移特征及其承载机理。结果表明,黄土平地等截面直柱基础和直柱扩底基础抗拔荷载–位移曲线均呈"缓变型"变化规律,L-1-L2两点法可较好反映黄土抗拔基础荷载–位移曲线的初始弹性直线段、弹塑性曲线过渡段和直线破坏段3阶段变化特征。等截面直柱基础抗拔承载力由直柱与周围土体间摩擦阻力提供,直柱扩底基础呈扩大端土体压缩挤密发生弹性变形—基础周围土体塑性区形成、发展、贯通—土体整体剪切破坏的渐进过程,抗拔极限承载力由基础自重、滑动面剪切阻力及滑动面范围内土体重量组成,并可分浅基础和深基础2种破坏模式。上拔荷载作用下,黄土斜坡地形等截面直柱基础和直柱扩底基础下坡侧的柱顶及柱侧周围土体位移均大于上坡侧,抗拔土体的破坏滑裂面形态具有不对称性,地表裂缝主要分布在基础下坡侧。基础顶面均产生沿上拔荷载作用方向的微小偏转,且转角随荷载增加而增加。扩底和增加埋深均可提高黄土斜坡基础抗拔承载性能。

软土区抗拔桩荷载—位移曲线归一化数值分析

在Hsiung归一化分析方法的基础上,采用抛物线荷载传递函数,将抗拔桩的荷载—位移曲线归化为单一的曲线,建立该曲线的回归公式,并和工程实测数据加以对比,得出文中提出的方法和实际工程有较高的吻合度的结论。

孔间厚度对双孔法测定材料局部强度的影响及方法改进

工程上对金属材料进行承载能力评定时,需测定各区域的局部强度;在双孔微剪切试验的基础上,研制可稳定加载的双孔微剪切试验新装置,构建荷载位移同步检测的LabVIEW系统,并对12Cr13、S31608和16 Mn三种钢材料进行多组双孔试验;借助标准拉伸试验,通过对试验数据的分析,研究孔间厚度t对荷载位移试验曲线的影响,并给出归一化参数P_(y)/t与屈服强度σy,归一化参数P_(m)/2t与抗拉强度σt的相关关系,实现由双孔试验曲线的特征值和孔间厚度一同求取局部强度参数;试验结果表明,孔间厚度的微小变化对荷载位移曲线具有明显可测的影响,且应用改进的装置以及归一化参数来测定12Cr13、S31608和16 Mn局部强度的方法,可以有效地减小孔间厚度对测定精度的影响。

面心立方金属材料压入初期突变现象的位错机制

接触应力是引发金属构件形变与失效的重要来源之一。为了理解材料的力学行为与失效机制,研究者对接触条件下位错的产生与运动开展了大量研究。然而由于实验技术的限制,对接触初期塑性变形机理的认识仍较为薄弱。近年来得益于原位表征和高测试精度的优点,仪器化纳米压入技术被陆续地应用于研究材料接触初期变形行为,尤其针对面心立方结构(FCC)的金属材料,结合模拟分析与微观表征,大大促进了对相关位错行为的理解。因此,在简要介绍仪器化纳米压入技术的特点、模型及应用的基础之上,首先,介绍了纳米压入接触初期载荷-位移曲线的突变现象,讨论了其与位错行为的关系;其次,重点以面心立方金属材料为对象,从位错萌生和位错运动与反应两个方面分别介绍了二者与突变现象的关系,并结合文献报道,详细讨论了压入过程位错萌生的影响因素,以及位错运动与反应机制;最后,进行了总结和展望,提出借助多种先进实验和模拟方法的交叉使用,将有助于揭示接触条件下的位错行为,从而为仪器化纳米压入技术的发展和理解接触条件下金属材料的变形与失效提供理论基础。

翼缘扩大型节点与传统节点的受力性能对比分析

为了研究翼缘扩大型节点的力学性能,对比分析其与塞板焊接节点及传统钢结构梁柱连接节点的受力性能差异,设计了一种翼缘扩大型梁柱连接节点.采用ABAQUS分析软件对三种节点在单调荷载下的受力性能进行分析,研究翼缘扩大型节点在实际结构中应用的可行性,并对比分析三种节点的性能差异.结果表明,翼缘扩大型节点能够有效改善节点的受力状态,改善节点区域应力分布问题,使节点梁端的塑性铰出现区域向跨中转移;与塞板焊接节点以及传统节点相比,翼缘扩大型节点承载力较高,且节点域柱与梁端应力分布较为均匀.

在裂纹有限扩展时 Garwood 假设的修正及应用

对修正的Ｇａｒｗｏｏｄ假设作进一步论证。该假设指，当预裂试件与相应静裂纹试件的外载荷Ｐ、位移Ｖ相等时，其实时裂纹长度ａ也相等。以前的验证是基于少数实验结果，定量显得不够。最近Ｌａｎｄｅｓ等用载荷分离法对多种材料塑性因子和规则化载荷－塑性位移曲线作了系统研究，这就为进一步论证创造了条件。结果表明，修正的Ｇａｒｗｏｏｄ假设的正确性是肯定的。按照这一假设，可用静裂纹塑性位移解求解预裂试件实时裂纹长度，并校核实测结果，也为规则化方法寻找补充标定点提供依据。