基于破坏接近度的围岩稳定性研究

结合屈服接近度(YAI)和塑性荷载指数(PLI)的概念,提出了破坏接近度(FAI)的新定义。将该指标引入到三维非线性有限元中,通过对某水电站大型地下洞室群进行计算分析,表明该概念可以正确定量地评价围岩的稳定性程度,描述非塑性区、塑性区的位置和范围,并能描述围岩稳定性状态随开挖过程的演化规律,以预估未来开挖扰动对岩体稳定性的影响。可见破坏接近度对工程稳定性评价、施工中开挖方式、开挖进尺的设计以及支护时机的控制等具有重要的意义。

不同幅值温度荷载下一种饱和红黏土的固结效应

通过室内试验,研究一种饱和红黏土在不同升温幅值温度荷载作用下的固结效应。亦即,首先将试样在初始温度20℃和一定围压下(σ3=50,100,150,200 kPa)进行固结。然后,在不排水条件下将试样温度由20℃上升至40℃(或50℃,60℃,70℃,80℃),再让试样在该温度荷载下进行等温排水固结。试验表明,温度荷载引起的孔隙水压力最大值随升温幅值的增大而增大,达到同一温度设定值后的孔隙水压力与围压比随围压的增大而相应减小,而孔隙水压力值则增大。在温度荷载作用下,固结体应变随温度幅值的增大而增大,而随围压的增大有减小的趋势。在相同幅值温度荷载和相同围压作用下,红黏土的孔隙水压力增长速率及最大值要明显大于一种低塑性的粉质黏土,而其固结体应变却要小些。

等荷载循环加卸载下砂岩变形滞回环特性

通过对砂岩试件等荷载循环加卸载试验,探究了砂岩试件的变形特性及塑性滞回环演化特征。结果表明:加载终点与卸载终点应变值均随着循环数有所增加,每一次循环均产生了一定的塑性变形,后四次循环新产生的塑性变形远小于初始循环,且随着循环数增加变形呈逐渐减少的趋势,最终试件被逐步压实,呈现出应变硬化现象。依据滞回环位置指标,发现塑性滞回环随着循环数增加逐渐右移,滞回环面积大小与应变值相关,循环加卸载终点的应变值越大,滞回环面积则越大,滞回环面积随循环数增加逐渐增大。

天津滨海软黏土动力累积塑性变形特性与增长模型

为了研究了循环动应力、初始静偏应力、固结比、振动频率共同作用对软黏土累积塑性应变的影响,以天津滨海新区临港工业区的浅海-滨海相软黏土为研究对象,利用GCTS循环扭剪三轴仪对其进行一系列循环三轴试验。试验结果表明,循环动应力增加、振动频率降低,能加快软化指数的衰减速率;初始静偏应力和固结比的增加,可提高软黏土抵抗循环动荷载的能力,减缓软化指数的衰减速率。综合考虑以上4种因素对软化指数随累积塑性应变发展变化的影响,总结得到了不同影响因素下软化指数与累积塑性应变之间的经验公式。结合以往学者对软化指数和循环荷载振动次数的相关性研究,以软化指数为桥梁,最终建立了针对天津滨海软黏土累积塑性应变的增长模型,并对模型的适用性进行了验证。

玄武岩纤维混凝土抗冲击性能的试验研究

参考美国ACI 544规定,采用带导轨的自制落锤试验装置及抗弯冲击装置,研究普通混凝土、玄武岩纤维混凝土的冲压及动态抗弯冲击性能。结果表明,掺量为3.15 kg/m3的玄武岩纤维混凝土的抗冲击能力最强,破坏冲击次数最大,达到117次,试件初裂和破坏时冲击次数的差值达到25次,冲击功为2030.3 N.m,冲击延性指标比素混凝土提高166.7%。冲压加载下,素混凝土的破坏呈现出明显的脆性断裂,断口基本呈一字型,断口较为整齐,玄武岩纤维混凝土产生数条由中间向四周逐步开展的裂纹,呈放射状分布。动态抗弯冲击下,素混凝土断口较为平整,不同掺量的玄武岩纤维混凝土梁断口有一定弧形。冲压和抗弯冲击下,玄武岩纤维混凝土表现出较明显的"塑性"性质。

舰船艉管水润滑橡胶板条轴承与铜背衬的机械接触力学

基于对起伏和凹凸不平的表面微观几何学形貌统计分析,考查衡量微接触点的弹性和塑性变形区域,建立橡胶板条轴承与铜背衬接触的法向接触载荷、实际接触面积、弹性实际接触面积、塑性实际接触面积、橡胶塑性指数等的理论解。计算及分析结果表明:发生接触的突起期望数随着法向接触载荷的增加而增加,随着表观接触面积的增大而略微增加;橡胶板条轴承与铜背衬之间的间距随着法向接触载荷的增加而减小;在法向接触载荷一定时,橡胶板条轴承与铜背衬之间的间距随着表观接触面积的增大而增加;对于给定的表观接触面积,实际接触面积近乎恰恰与法向接触载荷呈正比,但不依赖于表观接触面积;平均实际接触压强随着法向接触载荷的增加而增加,随着表观接触面积的增加而减小;接触表面之间的接触电阻随着法向接触载荷的增加而降低;当橡胶塑性指数小于1.77或金属制品塑性指数小于0.6时,接触表面发生弹性变形;当橡胶塑性指数大于2.95或金属制品塑性指数大于1.0时,接触表面发生塑性变形。相关模型及仿真曲线图可为橡胶粗糙表面弹塑性接触的精确求解提供一定的理论基础。

灌注桩桩土相互作用试验及有限元模拟研究

以灌注桩桩土相互作用的原位试验为基础 ,结合西安土层结构、性质 ;采用有限单元法对黄土地区的砼灌注桩桩—土相互作用进行仿真模拟 ,研究了桩土相互作用、荷载的传递规律、桩土相对位移与桩侧摩阻力的关系。通过桩载试验资料对比 ,得出三维有限单元法的模拟结果与实测值相近 ,该研究进一步揭示了桩土相互作用的实质 ,为最优桩长的选取和单桩承载力的确定奠定了基础。

长沙国金中心T1塔楼总体结构设计

长沙国金中心T1塔楼建筑高度452 m,结构高度440.45 m,地上共92层;塔楼还存在斜柱转换、高位梁托柱转换等超限问题。论述了塔楼采用的结构体系及针对超限的相关结构对策;介绍了风荷载及地震作用的取值方法;阐述了塔楼基础的选型问题;归纳了塔楼弹性分析的主要结构指标,计算结果能够满足规范和超限审查专家的要求。考虑非荷载效应的塔楼施工模拟分析表明,巨柱与核心筒、巨柱与角柱等之间的竖向变形差对伸臂桁架及环带桁架的影响很小。塔楼核心筒剪力墙在中震下总体处于受压状态。弹塑性时程分析显示,罕遇地震下塔楼的位移满足规范要求,结构总体处于弹性状态,证明了结构的安全性。

机床支撑地脚结合部法向粗糙接触建模

基于对起伏和凹凸不平的表面微观几何学形貌统计分析,考查衡量微接触点的2个弹塑性变形区域,建立机床支撑地脚结合部的实际接触面积、法向接触负载与法向接触刚度的理论解.该理论解综合考虑了材料的弹性、弹塑性与塑性变形规制.计算及分析结果显示:地脚结合部的实际接触面积、法向接触负载和法向接触刚度均随着混凝土地坪与标准平板之间间距的减少而增长,但随着塑性指数的扩大而上升.微接触点高度的概率密度关乎结合部法向接触参数的程度最大.通过有限元仿真对地脚结合部法向接触参数辨识结果进行验证,计及地脚参数的有限元模型得到的谐响应分析和法向接触刚度结果与试验结果一致.结合部法向接触参数的理论考究以及仿真分析为粗糙表面接触特性的扩展探索奠定了基础.

塑料大棚恒载与风荷载组合的荷载分项系数计算分析

该文首先对比塑料大棚结构和工民建结构设计的差异,指出对塑料大棚结构的荷载分项系数进行计算分析的必要性。然后通过对中国国内有代表性城市气象台站收集的历年来风荷载的记录资料作为统计依据,得到了风速任意时点荷载及设计基准期最大荷载的概率分布函数与统计参数,即风压的变异系数和均值系数。确定塑料大棚的目标可靠指标后,以恒载和风荷载作用的简单荷载组合为基础,采用分项系数的实用表达式,利用迭代法得出恒载分项系数和风荷载分项系数的取值范围分别为1.07~1.1,0.89~1.22;再利用最小二乘法的原理,得到恒载和风荷载分项系数的理论值分别为1.1,1.0。最后,综合考虑各种因素,得出恒载和风荷载分项系数的建议值分别为1.0,1.0。

国产弹性金属塑料瓦在600MW水电机组的应用

大型水电机组推力轴承中国产弹性金属塑料瓦的摩擦功耗、自调性、阻热性、高承载能力、pv值、绝缘特性均优于进口巴氏合金滑动轴瓦,它具有安全裕度大、承载能力高、寿命长和价格低等优点。为推动巨型水轮发电机国产化进程,打破国外关键技术垄断局面,构皮滩发电厂技术人员在大量调研的基础上,尝试在600 MW水电机组上大胆使用推力负荷达30000 kN弹性金属塑料瓦。连续4年运行(每年累计运行5000 h和1200次启、停机的条件下)的跟踪分析结果表明,使用国产弹性金属塑料瓦在推力负荷达30000 kN时水电机组运行稳定、安全且可靠。

依据修正GW理论的结合部法向接触研究

考虑两半球体单峰塑性接触时球台体积守恒建立实际接触面积、法向接触载荷、塑性指数的解析解,通过中间自变量———两接触粗糙表面的间距,建立了机械结合部法向接触的力学模型.计算与分析结果表明:在给定法向总接触载荷下,两接触粗糙表面的间距随塑性指数的增加而增加;对于非常光滑表面或硬材料,接触几乎始终为弹性;表面越粗糙或材料越柔软,更多塑性接触会出现,未计及塑性接触的GW理论低估两接触粗糙表面的间距;在给定法向总接触载荷下,总接触面积随塑性指数的增加而减小;在非常高塑性指数下,弹性接触所占比例极少;在较低塑性指数下,塑性接触面积对总实际接触面积的贡献非常小;修正GW弹塑性接触理论适用于法向接触载荷极大的情况.

基于塑性铰模型的钢筋混凝土桥墩地震损伤评价

塑性铰模型已被日本JSCE、美国Caltrans、新西兰NZS和中国(征求意见稿)等国家的桥梁抗震规范采纳,用于评价钢筋混凝土桥墩的位移(延性)能力。随着基于性能/位移抗震设计理论的发展,相继提出了残余位移、极限曲率及曲率延性系数、纵筋和混凝土的最大应变、纵筋低周疲劳损伤等桥墩地震损伤量化指标。选用5种常用塑性铰模型,通过数值分析和试验数据对比研究了利用塑性铰模型对上述损伤指标进行估计的准确程度及主要影响因素。结果表明:塑性铰模型计算的滞回曲线及残余位移和试验结果十分接近,但会高估桥墩最终破坏时纵筋的最大拉应变,低估核芯混凝土的最大压应变;对剪跨比λ≥8的(高)桥墩计算的极限曲率小于试验值,可能会导致偏于不安全的设计结果;在最大加载控制位移相同条件下,加载方式对上述损伤指标的计算结果影响较小。

隔板贯通式箱型柱-H型钢梁节点循环加载试验和破坏机理分析

对4个双折线隔板贯通式箱型中柱-H型钢梁节点和1个常规节点进行了低周往复循环加载试验,基于考虑焊接缺陷和焊接残余应力的结构钢椭球面断裂模型及偶联的椭球面屈服模型的断裂机理分析,对比研究了双折线扩大头构造对隔板贯通式箱型中柱-H型钢梁节点破坏模式、延性、承载力、刚度退化和耗能性能的影响,揭示了隔板贯通式箱型中柱-H型钢梁节点在强震时断裂和屈服的演化规律。结果显示,常规节点在几何不连续的梁翼缘对接焊缝侧边脆断,节点塑性转角约为0.02rad,达不到FEMA要求的0.03rad。双折线扩大头型节点在隔板折线段内形成塑性铰,节点塑性转角达到0.03rad,承载力和耗能性能较常规节点分别提高10.1%~27.7%和65.5%~123.6%。双折线扩大头构造和梁翼缘对接焊缝移至远离节点区的措施,减缓了节点区的几何突变和应力集中,规避了节点区焊缝过于密集和焊接热影响区的交叉影响,防止了节点过早脆断。该文给出了双折线扩大头节点的构造设计建议。

再生PET塑料骨料砂浆的弯曲韧性及阻尼特性

为研究再生聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料骨料砂浆(RPAM)的弯曲韧性及阻尼特性,利用废弃PET塑料制备再生PET塑料骨料(RPA),以RPA取代率为参变量,开展了RPAM三点弯曲加载试验和悬挂梁弯曲自由振动试验,分析了三点弯曲RPAM荷载-挠度全曲线与弯曲韧性、弯曲振动一阶阻尼比与频率随RPA取代率的演变规律,并通过SEM测试RPA界面特征,分析其阻尼机制。结果表明:随RPA取代率增加RPAM延性增加,荷载-挠度曲线上升段和下降段斜率逐渐降低,初裂强度和抗弯强度降低;RPA的掺入使得RPAM破坏更具延性,初裂挠度和峰值挠度均明显增大,韧性指数I_(5)、I_(10)、I_(20)分别比普通砂浆提高4.17倍、5.65倍、5.89倍,且RPAM的剩余强度随RPA取代率增加逐渐增大;随RPA取代率增加,RPAM一阶频率降低9.0%~25.9%,阻尼比增加11.3%~58.1%;RPA与水泥基体之间的界面过渡区(ITZ)微观结构疏松,ITZ界面滑移与摩擦作用及RPA的黏性增加了RPAM的阻尼耗能;RPA最佳用量为15.5vol%~17.2vol%。