预应力UHPC-NC组合梁结合面徐变剪应力分析

在恒载应力作用下,预应力UHPC-NC组合梁因两种材料不同的徐变特性及加载龄期的差异导致结合面产生徐变剪应力,分别采用解析法和有限元法对结合面徐变剪应力进行分析。在解析法中,用三角级数表示UHPC-NC结合面的应力分布,基于结合面上的变形协调,利用最小余能原理推导出结合面徐变剪应力计算公式。在有限元法中,将组合梁UHPC层与NC层均划分成四边形平面应力单元,对结合面则采用等效杆单元模拟。以T形截面预应力UHPC-NC组合梁为例进行计算方法的验证,两种方法的计算结果吻合良好,且研究发现徐变剪应力最大值位于梁端;在此基础上对影响结合面徐变剪应力分布的UHPC层压应力、梁高、计算龄期、环境年平均相对湿度等参数进行分析,结果表明:结合面徐变剪应力最大值随着UHPC层压应力、计算龄期、环境年平均相对湿度的增大而增大,但基本不随梁高变化;结合面徐变剪应力最大值的位置随着梁高的增大而逐步向跨中靠近,其他因素不影响应力最大值的位置。研究结果可为UHPC-NC组合梁结合面的抗剪设计提供参考。

单箱双室变截面波形钢腹板组合梁剪应力分析

为了研究单箱双室变截面波形钢腹板组合箱梁(CBBCSW)的剪应力分布规律,分析了单箱双室变截面CBBCSW的顶底板与波形钢腹板(CSW)的承剪问题。基于微元体平衡和切应力互等定理推导了变截面CSW的剪应力计算公式,并与等截面CSW剪应力计算公式进行了对比。对各项剪应力的性质展开了研究,针对变截面CBBCSW的顶底板和参与承剪机理进行了分析,提出了底板承剪比例计算公式。以室内模型试验梁和一座单箱双室变截面CBBCSW为例,采用ANSYS有限元软件分别建立了试验梁与实桥的有限元模型,研究了不同约束体系下,剪应力在CSW上的分布以及顶底板与CSW参与承剪的规律。对比不同荷载情况下,有限元计算结果与理论公式计算结果的差异,分析不同荷载工况对顶底板与CSW参与承剪的影响。此外,分析了横隔板对单箱多室CBBCSW剪力分配的影响。研究结果表明:所提公式的理论结果与试验实测结果和有限元结果吻合较好,且底板参与承剪的比例不可忽视;变截面引起的“附加剪应力”是影响剪力传递的直接原因,弯矩的大小会直接影响底板参与承剪的比例;对称荷载下中腹板与边腹板的剪力分布几乎相同,而横隔板会改变CSW上剪力分配,靠近横隔板处的部位剪应力分布更均匀。研究结果可以为实际工程中变截面CSW的剪应力和承剪比的分析提供参考依据。

剪应力压电智能骨料灵敏度便捷标定方法

大量混凝土结构在地震中出现显著剪切破坏特征,有必要开展混凝土剪应力监测。以PZT压电陶瓷为敏感传感元件的剪应力压电智能骨料传感器已被学者们证实能够实现混凝土内部剪应力的监测。然而,目前剪应力压电智能骨料的灵敏度标定试验依赖于高精密加载设备或大型结构构件,存在试验复杂、成本高以及标定后传感器无法重复使用等问题。本研究首先提出了一种基于单摆装置循环加载的剪应力压电智能骨料灵敏度便捷标定方法;其次,通过有限元和试验方法研究了加载位置变化对及单摆面外运动对灵敏度标定的影响;最后,通过该方法标定了一批剪应力压电智能骨料的灵敏度,并与精密加载获得的灵敏度进行了对比。本研究对提高混凝土结构剪应力监测精度具有重要意义。

基于预应力扩散的变截面箱梁剪应力计算方法

文中在变截面箱梁剪应力计算传统方法的基础上,考虑轴力变化产生的附加剪应力,并提出预应力扩散的概念,引入预应力扩散函数,运用楔形弹性体理论求解,建立了基于预应力的扩散的变截面箱梁剪应力计算方法.以某特大桥中跨悬浇段为例,对比使用传统计算方法和本文计算方法的计算结果发现:在根部附近轴力变化对剪应力影响很大,在悬臂自由端附近影响较小;在施工阶段中传统计算方法会大大低估截面中的剪应力和主拉应力,因此不能忽略轴力变化对剪应力的影响.

基于冲压剪切的剪应力影响因素试验

初步分析了冲压剪切过程中剪应力的影响因素,其中剪切速率和相对间隙是可控的外部因素;利用材料万能试验机进行剪切试验,验证了剪切速率、相对间隙对剪应力的影响。对3种零件分别在3种剪切速率和2种相对间隙下进行剪切试验,结果表明:剪应力随剪切速率的增大而增大;剪应力随相对间隙的增大而减小。

流体剪应力对人脐静脉内皮细胞葡萄糖调节蛋白78和C/EBP同源蛋白表达的影响

目的探索流体剪应力对人脐静脉内皮细胞(HUVECs)葡萄糖调节蛋白78(GRP78)和C/EBP同源蛋白(CHOP)表达的影响。方法以HUVECs作为实验细胞,设计并构建流体动力学模拟实验系统,控制流体动力学模拟实验系统中灌流液的流速,以实现对实验细胞施加不同的流体剪应力。按实验细胞在实验系统中所承受的不同流体剪应力,将实验细胞分为低剪应力组(A组;0.4 Pa)、中剪应力组(B组;0.8 Pa)和高剪应力组(C组;1.2 Pa)。每组HUVECs包含3个细胞玻片,每个玻片经实验系统灌流液反复循环流经12 h。采用蛋白质印迹法对各组细胞中GRP78和CHOP蛋白水平进行检测,采用实时荧光定量逆转录聚合酶链反应技术测定各组细胞GRP78和CHOP蛋白及其信使RNA(mRNA)相对水平。应用GraphPad Prism 8.0软件对数据进行统计学分析。结果(1)A、B、C组HUVECs中GRP78蛋白相对表达水平分别为1.33±0.46、0.93±0.34、0.64±0.30;多组间比较差异有统计学意义(F=36.17,P<0.05)。A组GRP78蛋白相对表达水平高于B组、C组(均P<0.01),B组GRP78蛋白相对表达水平高于C组(P=0.0013)。3组HUVECs中CHOP蛋白相对表达水平分别为:A组1.29±0.38,B组0.90±0.34,C组0.59±0.29;多组间比较差异有统计学意义(F=41.27,P<0.05)。A组CHOP蛋白相对表达水平高于B组、C组(均P<0.01),B组CHOP蛋白相对表达水平高于C组(P=0.0004)。(2)A、B、C组HUVECs中GRP78 mRNA相对表达水平分别为18.3±3.4、11.3±1.8、5.4±2.2;多组间比较差异有统计学意义(F=189.20,P<0.05)。A组GRP78 mRNA相对表达水平高于B组、C组(均P<0.01),B组GRP78 mRNA相对表达水平高于C组(P<0.01)。3组HUVECs中CHOP mRNA相对表达水平分别为:A组20.4±3.8,B组14.2±2.1,C组7.8±1.3;多组间比较差异有统计学意义(F=171.80,P<0.05)。A组CHOP mRNA相对表达水平高于B组、C组(均P<0.01),B组CHOP mRNA相对表达水平高于C组(P<0.01)。结论低流体剪应力可能增加HUVECs中GRP78、CHOP的蛋白及其mRNA表达水平。

狭窄血管压降及壁面剪应力数值模拟分析

血管狭窄是一种常见的心脑血管病变类型,狭窄血管的几何及流动参数影响着血管内压降及壁面剪应力分布.基于数值模拟分析了稳态条件下血管狭窄度、狭窄长度、偏心度及雷诺数Re对狭窄血管前后压降及壁面剪应力的影响.结果表明狭窄域压降随狭窄长度增加先减小后增大,当狭窄长度接近血管内径2倍时最小.狭窄域压降与轴反向偏心度近似成反比,与轴正向偏心度近似成正比.狭窄血管的径向偏心度越大,狭窄域压降变化幅度越大.此外,在相同狭窄度下,轴正向偏心狭窄的压降比轴反向偏心狭窄的压降更大,当Re<100时狭窄域压降与速度近似成正比,当Re>100时狭窄域压降与速度的平方近似成正比.壁面剪应力整体上随狭窄度增大而增大,在径向偏心狭窄对侧和同侧壁面剪应力大小不同,且随径向偏心度的变化也不同;轴向偏心狭窄的壁面剪应力普遍高于对心狭窄模型,且随Re的增大而增大,当Re<100时增长速度较慢,当Re>100时增长速度较快.研究将有助于评估动脉狭窄引发的血流动力学异常的风险.

V Flow技术测量颈动脉壁面剪应力的一致性研究

目的评价血流向量成像(V Flow)技术在测量健康成年人颈动脉壁面剪应力(WSS)中的一致性。方法于2021年2月至2021年3月招募健康成年志愿者20人,由2名不同年资的超声医师使用配备V Flow功能的Mindray Resona 7超声仪和3~9 MHz线阵探头进行双侧颈动脉扫查,分别采集双侧颈总动脉远段、颈总动脉分叉至颈内动脉起始部两段动脉的动态V Flow图像,测量两侧颈总动脉远段的近心端、远心端、分叉处及颈内动脉起始部的前、后壁的WSS,使用组内相关系数(ICC)和Bland-Altman图评估组内一致性及组间一致性。结果双侧颈动脉前、后壁的4个不同节段之间WSS值差异均有统计学意义(P<0.05)。高年资超声医师2次测量结果的一致性结果显示,左侧颈总动脉远段的远心端一致性极好(ICC 0.779),右侧颈总动脉远段的近心端(ICC 0.605)、远心端(ICC 0.585)、颈内动脉起始部(ICC 0.457)、左侧颈总动脉分叉处(ICC 0.606)及颈内动脉起始部(ICC 0.702)一致性均较好;不同年资超声医师的测量结果显示,仅右侧颈总动脉分叉处(ICC 0.486)及左侧颈总动脉远段的远心端(ICC 0.576)一致性较好。结论V Flow技术可显示不同位点间颈动脉WSS之间的差异,其组内一致性较好,但在不同年资超声医师间存在一定的差异。

变截面钢桁腹混凝土组合梁-钢腹杆剪应力计算

基于弹性梁微元法,考虑混凝土顶底板对组合梁的抗剪贡献,在轴力、剪力及弯矩共同作用下,推导变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算公式,并结合算例和有限元进行验证,对比分析在集中荷载作用下理论值与有限元值的相对误差,验证计算公式的适用性。研究结果表明:解析法和有限元法计算结果吻合良好,在变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算中变截面效应的影响不可忽略。在集中荷载作用下,等截面梁与变截面梁等效钢腹板的承剪比最大差值约79.75%;从悬臂梁端部到根部,钢腹杆的剪应力在减小,钢腹杆的承剪比从81.48%降低至10.90%。

梯度流体剪应力下细胞膜张力的数值模拟

目的分析梯度流体剪应力(fluid shear stress,FSS)流场中细胞膜张力分布。方法构建梯度平板流动腔模型,采用流固耦合数值模拟方法,研究不同FSS梯度和幅值、不同静水压下细胞膜的膜张力分布。结果当流动腔入口流量增大时,FSS流场梯度呈正比例增大。梯度FSS流场下,细胞膜张力由贴壁侧向顶部呈先减小后增大的趋势。在正常人体血压下,静水压越大,细胞膜张力越大。当FSS幅值一定时,增加FSS梯度,细胞高、低FSS区域平均膜张力差值增大;当FSS梯度一定时,增加FSS幅值,细胞高、低FSS区域平均膜张力差值增大。结论梯度FSS流场会引起细胞膜张力的局部差异,其可能是破骨前体细胞在梯度流场中定向迁移的重要原因。

近距离下煤层中空注浆锚索注浆前后周边剪应力作用机理

为解决近距离下煤层破碎巷道围岩难以控制的问题,基于理论分析和数值模拟研究中空注浆锚索注浆前后对破碎围岩的控制效果,即注浆前后中空注浆锚索与围岩的周边剪应力作用机理。结果表明:注浆前锚固段符合粘弹性本构模型,剪应力曲线呈现线性增加到非线性下降再到稳定的单峰值,注浆后巷道周围预应力场沿锚索形成一个渐变式的整体,使巷道围岩应力场重新分布,剪应力强度随之降低,应力曲线转变二次线性快速增加到非线性快速下降再到稳定的双峰值曲线,有效提高破碎围岩和软岩巷道的抗剪强度。

粘土复合地基中桩初始剪应力特性分析与沉降计算方法

为了更加准确计算复合地基中桩的沉降,对其计算方法展开了研究讨论。回顾了桩的沉降和地基不均匀沉降研究进展,然后根据已有文献讨论了三折线桩侧初始剪应力,复合地基的特性以及桩在复合地基中的沉降计算过程,最后对复合地基中考虑桩侧初始剪应力的桩基不均沉降计算方法的特点进行了分析讨论并提出办法。结果表明,复合地基中各项计算指标与土体厚度没有明显关系。提出减小桩基沉降计算方法中位移假定误差的方法,分析说明三折线模型中初始位移计算误差的影响,桩段划分数量的影响和三折线模型中位移随时间变化图。

基于模型履带板的斜坡最大剪应力计算模型构建与验证

在山地斜坡路面工况下,履带拖拉机行走系对土壤施加的最大剪应力是拖拉机高效行驶的动力基础,由于经典的库伦公式未考虑履带剪切速率、斜坡角度、土壤含水率等实际因素的影响,不能直接应用于履带拖拉机在斜坡路面工况下的行驶力学计算。针对该问题,在不同土壤含水率条件下进行了直剪试验,得到土壤抗剪强度参数随含水率变化的数学模型。采用二次旋转正交组合试验,探究了履带板在不同剪切速率及斜坡角度下对土壤最大剪应力的影响规律,并对经典库伦公式进行修正。验证试验表明,在不同土壤含水率、剪切速率和斜坡角度条件下,最大剪应力试验值与理论值之间的相对误差均<5%,表明修正后的库伦公式可准确反映各因素对最大剪应力的影响,可为履带拖拉机在斜坡路面工况下的行驶力学计算、性能分析提供理论依据。

山区高速公路陡纵坡段沥青路面面层剪应力分布规律

为研究山区高速陡纵坡段沥青路面面层剪应力分布规律,并考虑基层-面层层间结合状态、基层-面层模量比,基于BISAR3.0软件开展弹性层状体系静力学分析。研究结果表明:1)相较平坡路段,陡纵坡路段具有较大的水平荷载系数,从而导致沥青面层极值剪应力最大值大幅增大,高极值剪应力分布更为集中,水平荷载对整个沥青面层的极值剪应力的分布均有一定程度影响;2)不同层间接触状态下陡纵坡段沥青面层的极值剪应力最大值差异较小,但在较高值(>250 kPa)极值剪应力的分布上有较大差别,基层-面层层间完全光滑状态下陡纵坡的极值剪应力较高值(>250 kPa)相较层间完全连续状态分布更为广泛且贯穿于沥青面层,沥青面层底部更易发生剪切破坏;3)在沥青面层模量为10000 MPa、基层模量范围为6000 MPa~14000 MPa时,随着基层-面层模量比提升,陡纵坡段沥青面层极值剪应力最大值有所降低。根据静力学分析结果,陡纵坡段沥青路面相较平坡路段具有更高的极值剪应力,可提高基层-面层层间结合性以及在保障沥青面层模量的基础上适当提升基层模量,有利于陡纵坡段沥青路面的抗剪切能力。

基于ABAQUS的连续配筋复合路面剪应力响应特征分析

为探究连续配筋复合路面剪应力的响应特征,通过ABAQUS建立连续配筋复合路面三维有限元模型,通过不同轴载条件、不同结构层模量等变化分析剪应力特性。研究表明,结构剪应力分布呈现“双峰”分布,峰值出现在沥青层层间与面-基层层间,在标准轴载下分别可达3.518 MPa和1.417 MPa;沥青层剪应力峰值易受重载影响而产生较大的线性变化。上面层模量增大对于剪应力指标的降低均有较好效果。研究表明连续配筋混凝土层设计时不应过分追求刚度,否则会因模量过大导致面-基层层间黏结不足,产生层间滑移等。本研究可为连续配筋复合式路面的力学响应指标控制提供理论基础。

免标定壁面剪应力测量技术研究

剪应力传感器的标定是一个极其复杂且易受环境影响的过程。因此,免标定壁面剪应力测量技术是一个很有前景的研究方向。该文介绍这种无需标定即可测量局部壁面剪应力大小和方向的技术的研究状况。该技术使用2个尺寸相同的双层热膜传感器,彼此靠近并垂直放置,形成V形。实验证明,该方法能够以合理的精度测量壁面剪应力矢量,且无需标定。

UHPC-AC复合路面沥青层剪应力试验研究

为避免超高性能混凝土(UHPC)下面层、沥青混凝土(AC)面层新型复合式路面结构发生早期破坏,利用BISAR3.0软件模拟不同水平力系数等参数下最大剪应力分布;采用斜面剪切法进行UHPC-AC层间、沥青混合料抗剪强度试验;依据规范进行沥青层剪应力指标校核分析。结果表明:复合路面沥青层内最大剪应力均出现在路表处,各计算面最大剪应力在深度方向呈对数减小;水平力系数和UHPC-AC层间结合状态对剪应力影响最为明显,沥青层内最大剪应力随水平力系数增大呈线性显著增大,随UHPC-AC层间摩擦参数增大呈抛物线变化,随UHPC层、沥青层厚度与模量变化而微变化;嵌石处理层间抗剪强度较喷洒粘结层明显提高,且随嵌石粒径、撒布量增大而增大;不同沥青混合料抗剪强度差异明显;复合路面沥青层剪应力指标校核结果说明沥青面层在早期不会发生层间破损以及路表剪切疲劳破坏。该研究为UHPC-AC复合路面结构分析与设计提供了重要计算参数。

单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转剪应力分析

波形钢腹板组合箱梁扭转刚度小、截面易发生翘曲变形.为合理计算单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转时的剪应力,对剪力流进行分解,根据剪力流的传递路径、微元体纵向平衡及翘曲位移连续性,引入能够反映各室箱壁剪力流传递规律的常数,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演出截面几何特性和剪应力的实用计算公式.基于Reissner原理建立约束扭转控制微分方程,并用初参数法求得解析解.用该文解析法和ANSYS有限元法计算偏心荷载作用下简支箱梁的扭转剪应力,并引入反映扭转剪应力对总剪应力影响的剪应力增大系数和翘曲剪应力对扭转剪应力贡献的剪应力系数,详细分析了梁宽和箱室数量对剪应力的影响.研究结果表明:该文解析解与ANSYS有限元解吻合良好;梁宽增大和箱室数量增加均可降低扭转剪应力;约束扭转使得外腹板剪应力增大系数达到1.69,且腹板间的总剪应力表现出明显的分布不均匀性;翘曲剪应力对扭转剪应力的影响显著,设计时不可忽略;设计时应考虑混凝土顶底板扭转剪应力对主拉应力的影响,避免斜裂缝的产生.

基于材料时变参量的挖补修理胶层内剪应力研究

以AS4/3501-6材料的挖补修理为研究背景,基于材料热、力学参数的时变特性,分别为补片和胶层建立了热-力-化学多物理场耦合的有限元模型,研究了不同挖补角度和胶层厚度对胶层残余剪应力的影响,探索了不同挖补修理设计方案下的修理过程中胶层残余剪应力分布。结果表明:挖补角度、胶层厚度的增大均会加剧胶层残余剪应力集中;减小挖补角度,可有效降低胶层残余剪应力及沿胶层径向平均剪应力梯度;3°挖补角度下胶层径向中点残余剪应力比15°下降低17%,径向平均剪应力梯度降低92%;减小胶层厚度,胶层残余剪应力减小但平均剪应力梯度增大,0.3 mm胶层厚度下胶层径向中点残余剪应力比1.5 mm下降低15%,径向平均剪应力梯度升高30%。经验证三维有限元模型及计算方法正确,为改进修理工艺、提高修复质量提供了依据。

正弦余弦算法支持向量回归在MEMS剪应力传感器温度补偿中的应用

为解决电容式微机电系统(Micro-electromechanical system,MEMS)剪应力传感器输出信号随工作环境温度变化产生漂移的问题,提出了基于正弦余弦算法的支持向量回归(Sine cosine algorithm-support vector regression,SCA-SVR)温度补偿算法。首先,利用SVR对传感器温漂进行补偿;其次,基于SCA对SVR的超参数进行优化;最后,将所提出的SCA-SVR温度补偿算法与广泛应用的粒子群支持向量回归(Partical swarm optimization-support vector regression,PSO-SVR)算法进行实物实验对比。结果表明,基于SCA-SVR的温度补偿算法能够有效地对电容式MEMS剪应力传感器的输出温漂进行补偿,SCA-SVR算法补偿后的传感器输出信号与整定值间的相关系数提高至0.9996,均方根误差降低至0.0099 mV,比PSO-SVR算法补偿后的结果降低了一个数量级。