加载速率影响下板裂化脆性岩石失稳破坏试验研究

深部脆性岩体开挖常发生板裂破坏,并可能进一步发生片帮剥落、岩爆等工程灾害,严重威胁深埋隧(巷)道施工安全。在深部岩体工程中,受构造应力、开挖条件和工程扰动等因素的影响,岩体开挖后应力重分布的速率、来压快慢均存在差别。为探究加载速率对板裂围岩失稳破坏的影响,采用脆性岩石加工成的板裂试样进行单侧限单轴压缩试验,对不同加载速率下试样宏观破裂、强度特性、声发射(AE)特征以及能量机制进行综合研究。结果表明:(1)低加载速率下试样发生大块剥落,整体失稳并发生分离,高加载速率下试样未发生大块分离,但有小块动力弹射现象;(2)低频、高幅信号的增多及b值的变化表明试样产生了突发式的裂纹失稳扩展,且这个过程中大小尺度破裂不断交替产生;(3)在平稳加载阶段,高加载速率使试样AE活动更加剧烈,而临近失稳及失稳破坏阶段则相反,且低加载速率下低频信号、大尺度破裂事件占比更大。因不同开挖方案、施工方法导致的围岩应力重布快慢差异,在工程上会导致围岩发生板裂后,进一步诱发不同模式破坏。

基于轨道板振动加速度的钢轨振动加速度反演估计与现场验证

为研究高速铁路轨道板与钢轨之间的时空关联规律,提出变分模态-转换器(Variational Mode Decomposition-Transformer, VMD-T)反演模型,该模型通过分解轨道板振动加速度来反演估计钢轨振动加速度.首先,对数据进行预处理并利用双门限法检测振动端点,分离振动信号与静默信号、干扰信号,再将提取后的振动信号整合输入到VMD-T模型.其次,利用VMD模型将轨道板振动加速度数据分解成一系列不同的子模态,并网格遍历搜索与钢轨振动加速度相关系数最大的子模态,以降低原始数据的复杂度以及非平稳性,提升Transformer模型的特征抽取能力.然后,通过Transformer模型对搜索出的轨道板振动加速度子模态与钢轨振动加速度数据进行反演估计训练.最后,将该模型应用于某城际高速铁路轨道板与钢轨实测振动加速度数据反演估计试验.现场高铁试验结果表明:与单一Transformer模型相比,VMD-T模型均方根误差(RootMean Squared Error, RMSE)、绝对平均误差(Mean Absolute Error, MAE)及决定系数(R2_score)分别提升近20%、11%及48.1%,特征学习能力更强,反演估计效果更佳,初步实现钢轨垂向振动加速度幅值非接触式监测估计.

天然气爆炸载荷作用下钢筋混凝土板毁伤试验研究

为研究天然气爆炸压力积聚作用下钢筋混凝土板的毁伤规律,搭建9.8 m^(3)半地下式气体爆炸加载装置,对两种厚度(80 mm、100 mm)、3种强度(C30、C40、C50)的钢筋混凝土板进行当量甲烷爆炸加载下的毁伤试验研究,获得爆炸空间中准静态压力、钢筋混凝土板面外位移、等效应变等分布特征。研究结果表明:封闭空间中,爆炸压力积聚与板体开裂泄压作用下,爆炸准静态压力出现振荡特征;等效应变与裂纹特征一致,呈对称Y型分布,且等效应变具有明显的双峰和三峰特征;两种厚度的钢混板具有显著不同的破坏模式,80 mm厚度时钢筋结构保持完整,混凝土破裂飞散,发生局部混凝土冲切破坏,100 mm时在固接处发生断裂,混凝土板整体抛出,产生大面积钢筋混凝土复合体冲切破坏。

考虑叠合面滑移的新型拼缝叠合板受力性能的有限元分析

为了优化双向受力钢筋桁架混凝土叠合板的拼缝构造方案,提高叠合板拼缝处的受力性能,设计了一种新型口袋式拼缝形式的叠合板。由于新旧混凝土叠合面容易发生相对滑移,从而影响板的整体承载力,因此利用有限元法研究其受力性能时考虑了叠合面滑移。通过对现浇板、密拼式叠合板和新型口袋式叠合板的数值分析,研究拼缝构造形式、现浇层厚度和附加钢筋对叠合板受力性能的影响。研究结果表明:新型口袋式拼缝形式可以使叠合板具有较好的承载能力,并保证了预制层和现浇层混凝土之间力的有效传递;增加现浇层混凝土厚度能够有效提高叠合板的承载力;附加钢筋配筋率对叠合板承载力影响也尤为明显,叠合板承载力在一定范围内随附加钢筋的配筋率的增加而提高。

钢管混凝土加劲环管板节点受力性能研究

为研究钢管混凝土加劲环管板节点在轴向拉力作用下的受力性能,开展了3个节点试件的单调加载试验,分别得到了管板节点加强前后的荷载-位移曲线和破坏模式。试验结果表明:SPR节点在单调荷载作用下主管和加劲环发生局部屈曲,表现为延性破坏;CFT节点在荷载作用下主管壁发生剪切破坏,荷载-位移曲线没有明显的屈服段,表现为脆性破坏;CFTR节点在荷载作用下,连接板处加劲环发生剪切破坏,同时加劲环局部V形屈曲;加劲环能够明显提高管板节点的承载力,同时改善节点的塑性性能;相较于主管外设加劲环,主管内部填充混凝土具有更好的承载力提升效果,节点的刚度变大但塑性性能变差;钢管混凝土加劲环管板节点具有加劲环和混凝土的双重特性,在显著提高节点承载力的同时保障节点塑性性能。在264个有限元模型参数分析的基础上,得到了双加劲环管板节点受拉承载力的计算方法,给出了加劲环厚度和宽度组合的设计建议。基于极限分析的塑性铰线方法,推导出SP节点和SPR节点极限承载力的理论计算模型,计算结果与有限元结果吻合较好。

火灾后混凝土楼盖剩余承载力试验及理论研究

为了研究混凝土楼盖火灾后承载性能和破坏模式,对3块灾后楼盖和2块常温楼盖开展力学性能试验,获得了混凝土楼盖裂缝、破坏模式、变形、混凝土和钢筋应变等发展规律。基于塑性铰线理论,考虑梁刚度和变形对楼盖极限承载力的影响,建立了灾后楼盖剩余承载力和破坏模式计算方法,并与试验结果进行对比。结果表明:不同承载机制致使灾后和常温楼盖破坏模式略有不同,灾后楼盖表现为板先破坏模式,常温楼盖表现为梁先破坏模式;受火楼盖中板格易发生灾后爆裂,致使其保护层脱落、有效厚度减少,以及钢筋与混凝土间黏结性能降低,进而倾向于发生弯曲破坏和冲切破坏;相比配筋方式,配筋率对楼盖极限承载力有更为重要的影响,随着板格配筋率提高,极限承载力增加,但发生脆性破坏的可能性增加,特别是采用双层双向配筋方式的板格;传统简支板和固支板屈服线理论,倾向于低估或高估楼盖承载力。本文方法考虑边梁刚度和竖向变形的影响,其所得楼盖极限承载力计算结果较为合理,可用于确定结构中楼盖火灾后破坏模式和制定合理的灾后加固及修复措施。

POZD涂覆钢板加固钢筋混凝土板抗爆性能研究

为了研究聚异氰氨酸酯噁唑烷(Polyisocyanate oxazodone,POZD)聚合物高分子材料涂覆钢板-钢筋混凝土板在接触爆炸荷载作用下的抗爆性能,开展了接触爆炸试验和数值模拟研究,对其破坏特征进行分析。采用有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土板、炸药、钢板和POZD的有限元模型,讨论了不同药量下POZD涂覆钢板加固钢筋混凝土板的破坏模式和破坏特征。试验及数值结果表明:在钢板-钢筋混凝土板背面涂覆POZD涂层能有效提升结构的抗爆性能;在接触爆炸作用下,POZD涂覆钢板加固钢筋混凝土板试件呈现四种破坏模式。

大模场一维高阶厄米-高斯激光束产生

厄米-高斯光束在诸多前沿科学领域都有着重要的应用.不同于目前普遍采用的晶体端面离轴泵浦方式,本文提出了一种利用板条激光器产生厄米-高斯激光束的方法.采用半导体激光阵列大面正交泵浦板条激光介质,具有大模场特性.根据预先设计的谐振腔模场,在板条厚度和宽度方向分别采用尺寸可调的光阑限模.由于高阶模式对谐振腔腔镜不对准的灵敏度弱于低阶模式,可通过耦合输出镜倾斜量的控制,实现不同阶数模式腔内损耗的差异化调控,从而产生各阶次的高纯度厄米-高斯光束.利用Nd:YAG板条激光器,获得了0—9阶一维厄米-高斯光束,其光强分布与理论值的相关系数ρ高于0.95,光束质量因子M^(2)与理论值符合良好.最高阶HG09模式的输出功率为244 mW.在此基础上,进一步利用柱透镜对组成的像散模式转换器,实现了各阶厄米-高斯光束向对应拉盖尔-高斯光束的转换.结合板条放大器结构,基于本方案产生的厄米-高斯光束具备功率定标放大的前景.

三元混晶薄膜的导波声子极化激元

采用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,结合麦克斯韦方程组和边界条件,研究了局域于三元混晶薄膜内部的导波声子极化激元的色散关系和电场的空间分布,以及导波模的能量随三元混晶的组分和薄膜厚度的变化关系,并分析了导波模在实验上的可观测性。数值计算结果表明:在三元混晶薄膜系统中存在三组导波声子极化激元,每一组导波声子极化激元都是由许多支离散的导波模组成的,并分别位于由真空中光子的色散曲线和三元混晶体声子极化激元的色散曲线以及三元混晶的体纵、横光学声子的频率曲线围成的三个频率区间内。随着三元混晶组分的增大,其中两组导波模的能量非线性增大,而另外一组导波模的能量则非线性减小。此外,导波模中除了有一支模的频率随薄膜厚度几乎没有变化以外,其余导波模的频率则随薄膜厚度的增加非线性减小。

不同连接方式叠合板-现浇梁滞回性能试验研究

为了提高叠合板中预制底板与现浇梁的现场施工效率和连接性能,提出预制底板与现浇梁的斜插筋连接方式.通过对4种不同连接方式的叠合板-现浇梁试件进行低周往复加载试验,对比分析叠合板-现浇梁试件的裂缝开展及分布、滞回特性、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力等滞回性能,研究采用出筋、斜插筋、叠合面钢筋和凹槽钢筋4种连接方式对叠合板-现浇梁试件滞回性能的影响.结果表明:采用斜插筋连接的试件滞回性能与采用传统出筋连接的试件滞回性能基本相似;采用叠合面钢筋搭接的试件正向承载力较大,反向承载力较小,该连接方式试件的正、反向承载力相比其他连接方式试件的不对称性更显著;采用凹槽钢筋连接的试件承载能力、延性、耗能能力均优于采用出筋和斜插筋连接的试件;剪跨比对采用出筋连接和斜插筋连接的试件承载力影响较小,对采用斜插筋连接的试件反向延性系数影响较大.

基于钢筋混凝土板抗爆响应的爆炸分类研究

因为爆炸荷载的瞬时性和复杂性,所以鲜有学者对近远场爆炸分类进行研究。此外,钢筋混凝土(reinforced concrete,简称RC)板在近远场爆炸发生时的破坏模态是不同的。因此,首先基于对近距离、近场和远场爆炸下RC构件破坏模态的讨论对数值模型进行了可靠性验证;随后,通过数值模拟提出并验证了爆炸分类的界限值;最后,通过数值拟合提出了爆炸峰值超压的计算公式,以预测不同条件下的爆炸峰值超压。

漏表面波IMF_(1)能量识别无砟轨道脱空适用性研究

为了研究漏表面波法对高铁无砟轨道层间脱空检测的适用性,建立脱空特征指标,通过含层间脱空的板式无砟轨道实尺模型进行试验,建立空气‑无砟轨道耦合有限元模型,分析不同工况下的冲击响应声场分布特征;进一步对漏表面波信号进行希尔伯特‑黄变换,保留高频特征信号至第1阶本征模函数(intrinsic mode function,简称IMF_(1)),分解低频干扰信号至高阶本征模函数,提出以IMF_(1)能量为特征指标的层间脱空判识方法。研究结果表明:随着脱空长度和脱空至荷载冲击点距离的增大,漏表面波IMF_(1)能量分布呈现正相关变化趋势;IMF_(1)能量对CRTSII型板式无砟轨道板中CA砂浆层脱空0.2~0.5 m较为敏感,基于漏表面波的CA砂浆层脱空检测具备一定理论可行性。

均布荷载作用下密拼缝叠合板受力机理及有限元分析

叠合板密拼缝的存在是改变板件受力传递模式的重要因素。为研究密拼缝对板支反力传递路径的影响,考虑不同长宽比和不同密拼缝数量两个变化参数的影响,设计了6块叠合板试件进行足尺静载试验,其中4块为密拼缝叠合板,2块为现浇板件。试验对试件刚度、挠度、裂缝破坏模态及支座反力分布进行了研究和对比,通过ABAQUS有限元软件运用混凝土塑性损伤模型对试验板件进行校准对比分析。结合试验数据及有限元分析结果,指出了密拼缝叠合板在拼缝处的载荷分布以及拼缝影响下的板件破坏模态。研究表明:双拼缝板的整体破坏形式仍趋于双向板受荷下的破坏形式。总体而言,密拼缝板设计中可运用现行双向板设计原理对板件进行保守设计及计算。

预应力空心板梁混凝土强度大幅度波动的试验研究

对某预应力生产厂的预应力空心板梁进行试验研究,分析空心板梁混凝土强度大幅度波动的原因。试验分析过程包括现场调查、混凝土配合比验证、混凝土抗压强度检测和空心板梁内部质量分析。试验表明,混凝土原材料质量、混凝土振捣方式、混凝土卸料工艺对空心板梁混凝土强度影响较大。本文为厂家的后续生产提供若干可靠建议。

苯在Au(100)表面化学吸附的周期性密度泛函理论研究

采用局域密度泛函理论(LDA)的VWN方法,结合周期平板模型,在DNP基组下,研究了苯分子在Au(100)面的吸附情况.构型优化的结果表明,苯分子在穴位吸附活性最高,吸附能为-184.8～-184.3kJ·mol-1,苯环发生扭曲,C—C键明显拉长,出现了介于苯和1,4-环己二烯之间的船状构型,船头的2个C原子从sp2杂化重新进行sp3杂化.苯分子在桥位和顶位的吸附活性较低,吸附能分别为-156.7～-145.3kJ·mol-1、-116.5～-117.0kJ·mol-1,苯分子构型有稍微的改变.轨道分析的结果还表明,吸附之后苯分子的轨道简并度降低,苯分子的LUMO轨道和邻近Au原子的dz2轨道叠加比较好,两个对位的C原子以双σ键形式连接到表面邻近的Au原子上.

方形钢筋混凝土板的近场抗爆性能

为了探讨钢筋混凝土板在爆炸载荷作用下的抗爆性能,对方形钢筋混凝土板在单向支撑条件下进行了近场爆炸加载实验,实验中采取TNT装药对钢筋混凝土板进行加载。并利用AUTODYN软件采用流固耦合算法,建立了混凝土和钢筋三维分离式实体模型,对钢筋混凝土板的动态响应过程进行数值模拟,且考虑应变率对钢筋和混凝土材料的动态本构特性的影响。模拟得到的钢筋混凝土板破坏现象与实验结果吻合较好。在此基础上,分析了不同质量的装药作用下钢筋混凝土板的损伤和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、底部层裂碎片形成、钢筋屈服到混凝土板局部震塌的动态演变过程。研究结果表明,随着装药质量的增加,方形钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部冲切破坏。

结晶型塑料注塑平板冷却模型的研究

本文从注塑的实际出发,针对注塑塑料平板的冷却凝固本质,提出了有限厚度区域内注塑平板的冷却模型,用精确分析解法与积分近似解法相结合,进行了理论推导,求得了固液两相内的温度分布和平板中心层温度冷却至熔点所需的冷却时间。

密肋复合墙体抗震性能及设计理论研究

结合课题组前期的研究成果,就一种新型结构的主要受力构件——密肋复合墙体的抗震性能及设计理论进行研究.介绍墙体的主要破坏形式,提出墙体的三阶段受力模型,给出墙体的恢复力模型,探讨墙体的抗震设计方法,并提出相应的施工构造要求.理论分析与试验研究表明:墙体的破坏形式主要分为剪切型破坏、弯曲型破坏,其中剪切型破坏属于合理的破坏形式;墙体中的砌块、框格及框架,能够在试验的不同阶段依次发挥作用,具有多道抗震防线,体现出良好的抗震性能;墙体的抗震设计方法体现出抗震控制设计思想,墙体的施工构造保证了结构的整体性能.

无粘结预应力混凝土连续板火灾行为的试验分析

对9块无粘结预应力混凝土连续板进行了受火性能的试验研究[1～2]。通过对这些试验的综合分析,给出了出现裂缝的主要种类、成因及由此造成的破坏形式。根据裂缝的发展趋势和板的破坏形式说明了内力重分布的规律,并与由支反力推算得的弯矩变化规律相互验证。从火灾初期弯矩变化规律图可以发现,在受火的前5min,结构内已产生剧烈的内力重分布,火灾初期结构的内力重分布主要是由热膨胀应变引起的。根据板的破坏形式和预应力筋被拉断等现象提出了保证连续构件必要的耐火极限的防护措施。

弹性地基板模态试验及地基动参数识别

用脉冲锤击法进行了弹性地基上自由板的自由振动模态试验,并用Me scope软件分析传递函数,得到了7阶位移模态和应变模态。在此基础上,对试验结果进行了初步的分析并总结了弹性地基板振动测试的场地经验。对用优质LR12-2元建立的厚板ADS1元进行了Vlasov地基上矩形板的有限元分析,同时对Vlasov地基上板的振型进行了分析,利用刚体模态进行了Winkler地基参数识别,并利用2阶频率,根据模态振型匹配的原则进行双参数地基参数的识别。结果表明:该有限元分析程序具有较强的通用性,地基板的振型呈模态密集区的形式。