考虑加载历史的小半径曲线桥梁梁轨相互作用分析

目前,大部分考虑加载历史的梁轨相互作用研究都集中在直线桥梁上,针对曲线桥梁,尤其是小半径曲线桥梁,梁轨相互作用的研究相对较少。采用理想弹塑性滞回阻力模型模拟扣件纵向阻力,运用有限元软件,建立以城东特大桥为研究对象的钢轨-桥梁-墩台三维有限元空间力学计算模型,研究曲线半径对于梁轨相互作用的影响,探究了多荷载耦合作用、往复荷载作用以及循环荷载作用下考虑加载历史效应的曲线桥梁梁轨相互作用情况,并提出“拉力百分比”以及“压力百分比”的概念以便分析曲线半径对传统线性叠加法误差的影响。结果表明,曲线桥梁中梁轨纵、横向相互作用分别与曲线半径成正、反比,相关数据改变幅度与曲线半径成反比且当曲线半径超过800 m时基本收敛,此时可采用“以直代曲”的简化算法;曲线半径对于横向梁轨相互作用影响程度大于纵向,相较于挠曲、制动工况,伸缩工况受曲线半径影响更加显著;多荷载耦合作用下,采用传统线性叠加法相较于考虑加载历史更为保守且温度荷载起主要贡献;考虑加载历史时钢轨在往复荷载作用下会产生不可忽视的残余内力,且在循环荷载作用下将会产生收敛于第1次往复荷载下的残余内力,这是扣件纵向阻力的弹塑性滞回特性决定的;线性叠加法误差与曲线半径具有相关性,相较于挠曲、制动工况,伸缩工况下对其更为敏感。研究结果可为考虑加载历史下曲线桥梁结构设计提供参考。

考虑加载历史多因素耦合作用下的梁轨相互作用附加力

目前,大多数考虑加载历史的梁轨相互作用研究都集中在梁桥、拱桥以及斜拉桥等桥型上,对于悬索桥上考虑加载历史的梁轨相互作用研究还存在不足,采用理想弹塑性滞回模型模拟道床纵向阻力,建立以五峰山大桥为研究对象的高速铁路大跨度悬索桥梁轨相互作用分析模型,研究多因素耦合作用时加载历史对梁轨相互作用附加力的影响规律,以及往复荷载和循环荷载作用后道床纵向阻力的滞回特性对于梁轨相互作用产生的残余应力及位移的影响规律。分别采用加载历史法和线性叠加法计算温度、挠曲和制动荷载耦合作用下钢轨纵向附加应力,分析往复荷载和循环荷载作用下钢轨内部残余应力和梁轨残余相对位移的分布特点。研究结果表明:在多因素耦合作用下,虽然2种方法的梁轨相互作用附加力分布规律总体趋势保持一致,但是线性叠加法计算结果相较于加载历史法过于保守;钢轨在往复荷载和循环荷载作用下存在明显残余应力且经历过一次循环后其内部的残余应力就能达到收敛的稳定值,这是道床纵向阻力的弹塑性滞回特性决定的;温度因素不管是在多因素耦合作用下还是在往复或者循环荷载作用下对梁轨相互作用附加力的产生都占据主导地位,表明温度作用对考虑加载历史的悬索桥上梁轨相互作用有重要影响。

辉绿岩非线性流变模型及蠕变加载历史的处理方法研究

分级加载的流变试验方法采用单个岩样进行试验,可避免岩样离散性对流变变形的影响,但后级载荷的变形量包含前面各级载荷产生的蠕变变形,很容易引起混淆。详细分析流变介质对加载历史的记忆效应,并给出考虑加载历史的蠕变数据处理的具体步骤和数学依据。同时,对大岗山水电站坝基辉绿岩三轴流变试验曲线进行整理,分析其典型的流变特性。根据不同应力水平下的蠕变试验曲线,提出由瞬弹性Hooke体、黏弹塑性村山体、非线性黏塑性体串联而成的岩石非线性黏弹塑性流变模型。该流变模型通过引入非线性黏塑性体可以描述岩石流变的减速、等速特别是加速蠕变阶段。推导非线性黏弹塑性模型的三维蠕变方程,利用不同应力水平下岩石蠕变试验曲线,对流变参数进行反演。结果表明,非线性流变模型计算曲线与试验曲线较吻合,证实所建模型的正确性与合理性。

考虑加载历史影响的蠕变律

考虑到蠕变过程中 ,材料内部微观结构的变化 ,会使材料的变形行为发生改变 ,本文引入硬化状态变量表征加载历史对材料变形行为的影响。提出的蠕变律可以正确反映蠕变三个阶段的变形规律 ,由此导出的蠕变损伤演变方程与加载历史有关。

考虑加载历史的高速铁路梁轨相互作用分析

目前大多数梁轨相互作用研究中并未考虑加载历史的影响，本文推导了考虑加载历史的线路纵向阻力表达式，与梁轨相对位移的微分方程联立，迭代求解钢轨纵向力和墩台水平力，计算结果更贴近实际情况。以高速铁路简支梁桥、连续梁桥和独塔斜拉桥为算例，采用考虑加载历史的荷载步法计算挠曲力和制动力，并与影响线及逐跨加载法进行对比。分析在梁体温度变形基础上各纵向力的计算方法，并与数值相加的结果进行比较。研究表明，逐跨加载法误差较大，影响线法计算钢轨纵向力结果虽偏安全，但其计算出的墩顶水平力比实际结果小10％～40％；通过单独计算钢轨纵向力并数值相加来检算钢轨时，应考虑伸缩力或制动力系数为-1时的情况；检算墩台时采用数值相加法有时会比实际结果小40％。

加载历史对岩石热开裂破坏的影响

为了解决现有研究一般不考虑加载和加温的顺序,不论引起其热开裂破坏的加载历史如何,认为只要所加的载荷和温度值相同,其损伤演化过程和破坏强度将相同的问题。结合带扫描电镜的岛津SEM高温疲劳实验系统实时观测了石灰岩在不同加温和加载顺序下的热开裂破坏过程。从岩石微裂纹扩展的角度,计算不同加载顺序下其裂端能量释放率。理论与实验结果表明:岩石热开裂破坏受加载历史的影响,加温加载对岩石损伤破坏的影响是非线性耦合关系,高应力、低温和低应力、高温必须考虑其热-力耦合效应。岩石的热损伤是不可逆的,它会受加温历史的影响,在不同的加载顺序下其结果不同。

加载历史对聚乙烯管道损伤演化的影响

采用两步实验法研究了加载历史对聚乙烯管道力学性能和损伤演化规律的影响。在第1步实验中,通过单轴拉伸、蠕变和疲劳3种加载模式将聚乙烯缺口管道环式样拉伸到预先设定的预应变值。2个月后,第2步实验采用加载速度为0. 001 mm/min的单轴拉伸实验表征管道环式样力学性能的变化。实验结果表明:聚乙烯管道的屈服应力和切线模量随着第1步实验预应变的增大而减小,但残余塑性应变随着预应变的增大而增大。基于实验测得的切线模量的变化建立了聚乙烯管道的损伤演化方程,实验发现力学性能的衰减程度和损伤演化与第1步实验的加载模式(单轴拉伸,蠕变或者疲劳加载)和加载速度有关。

等幅循环加载历史后混凝土动态特性试验

对经历不同频率(0、0.5、2.0 Hz)循环加载历史后的混凝土进行了不同应变速率(10-5、10-4、10-3/s)下的单轴压缩试验,研究了循环加载历史下不同循环频率对混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量的影响。研究结果表明:混凝土的峰值应力随着应变速率的提高而增大,随着循环频率的提高先增大后减小;混凝土的峰值应变随着应变速率的提高而增大,随着循环频率的提高而减小;混凝土的弹性模量随着应变速率的提高总体变化规律不明显,随着循环频率的提高先增大后减小。

加载历史对63Sn37Pb力学性能的影响

在室温下通过对63Sn37Pb进行一系列棘轮实验和单轴拉伸实验,得到加载历史对材料棘轮应变累积速率以及延伸率的影响关系。拉伸棘轮试验和压缩棘轮试验表明,在相同加载条件下,没有加载历史的试件较有加载历史的试件会发生更大的棘轮变形,加载历史在很大程度上抑制棘轮变形的累积速率。此外,没有加载历史的试件断后延伸率要比有加载历史的试件大。热处理可以改善材料的延性,有效的增大材料的延伸率。

速率加载历史对铁磁性材料压磁磁场演变规律的影响

以往的研究已经证明加载速率会对铁磁性材料的力学行为和周围压磁磁场产生影响,为了进一步研究历史加载速率对后续压磁磁场演变规律的作用,对Q345工程结构钢进行了一系列循环拉伸试验,采用磁通仪对试件压磁磁场进行在线监测,研究试件在经历不同的历史加载速率后,其压磁磁场的演变规律。结果表明:加载速率历史是影响压磁磁场演变的重要因素之一。

冻融劣化后预加载历史对混凝土损伤特性影响

为了研究冻融劣化和荷载预损伤对混凝土动态损伤特性的影响,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪及TR-TSDRSL冻融仪,对历经不同冻融循环后混凝土进行一定幅值的加载历史后,按照不同应变率单调加载直至破坏,并通过Najar能量法对损伤变量D进行了定义,从弹性模量、应变速率和预加载历史三个因素对试件进行损伤分析。试验结果表明,随应变速率的增加,混凝土强度总体呈线性增长,强度增加比例为40%左右,两者拟合后发现预加载历史对混凝土强度的增幅更敏感;随着预加载历史的增大,混凝土强度呈现出先增大后减小的趋势;弹性模量、应变速率和预加载历史三者之间预加载历史的损伤率敏感性更高。随着预加载历史的增大,正式加载时混凝土的压密阶段提前,损伤快速发展阶段提前。

应力加载历史对铁磁性材料压磁磁场演变规律的影响

为了进一步明确历史应力对材料疲劳性能的影响,引入了压磁磁场作为新的损伤指标,对30Cr合金钢进行了循环变幅应力逐级加载试验,采用磁通门磁通仪对试件周围磁场进行整个加载过程中的在线监测,研究了试件在经历了不同的历史最大应力后,其压磁磁场在循环应力作用下的演变规律,并且分析了压磁磁场在材料发生不同程度的疲劳损伤时的特征表现。对其进行分析的结果表明:历史最大应力使得材料内部发生位错和微裂纹,对后续的疲劳加载有明显的影响。

加载历史和裂纹闭合对疲劳裂纹扩展行为影响的数值模拟

采用不同应力比条件下的16MnR钢紧凑拉伸试样,设计了三种有限元分析模型,即不考虑加载历史效应的静态裂纹扩展模型,同时考虑加载历史和裂纹闭合的动态裂纹扩展模型以及仅考虑加载历史的伪动态裂纹扩展模型,对疲劳裂纹闭合过程、裂纹尖端的应力-应变迟滞环、疲劳损伤和裂纹扩展速率进行了数值模拟与分析,进而着重探讨了加载历史和裂纹闭合影响疲劳裂纹扩展行为的交互作用机制。结果表明:对于同类分析模型,应力比越大越不容易产生裂纹闭合;而在应力比相同的情况下,加载历史引起的残余压应力对裂纹闭合有明显的促进作用。裂纹闭合效应阻碍了平均应力的松弛,减小了裂纹尖端附近的应力-应变场强度、疲劳损伤和裂纹扩展速率,而加载历史引起的残余压应力则加快了平均应力的松弛和抑制了棘轮效应。与实验结果比较发现,只有同时考虑了裂纹闭合效应和加载历史影响的动态裂纹扩展模型,才能对疲劳裂纹扩展行为进行准确、定量的模拟。

比例及非比例路径下16Mn钢的应力控制循环加载实验

应用MTS809系列电液(elec-hydrolic)伺服实验机及Teststar控制系统,对16Mn进行了应力控制的单轴及多轴非比例循环实验。研究了应力幅值大小及其历史对单轴及多轴棘轮效应的影响,结果表明,随着应力幅值的增加,棘轮应变增加,并逐步趋于稳定;同时,先前较大的应力幅值历史遏止了后继较小应力幅值下的棘轮效应。

历史荷载作用对混凝土受压动态力学性能的影响

对历经单调加载历史和循环加载历史后的混凝土,进行了应变速率为10-5/s、10-4/s、10-3/s下的单轴压缩试验。试验结果表明:历经单调加载历史的混凝土,随着应变速率的提高,峰值应力、峰值应变、弹性模量均增加;历经循环加载历史的混凝土,随着应变速率的提高,峰值应力和峰值应变均增加,而弹性模量则减小;在应变速率为10-5/s时,历经单调加载历史比历经循环加载历史的混凝土的峰值应力和峰值应变大,但弹性模量相差很小;在应变速率为10-3/s时,历经单调加载历史比历经循环加载历史的混凝土的弹性模量大,但峰值应力和峰值应变相差很小。

历经200次动态循环加载后混凝土抗压性能研究

进行了4种加载制度下的混凝土动态循环200次加载试验,主要考虑不历经往复加载历史以及历经动态往复加载,考虑地震作用机理,揭示了混凝土抗压特性包括抗压强度、极限位移、耗能能力和峰值应变的变化规律;研究表明,在一定的加载频率内,循环加载提高混凝土的抗压强度和耗能能力;在0-2Hz加载频率范围内,随着加载频率的提高,混凝土的抗压强度、极限位移和耗能能力均呈现先提高后降低的趋势。

粘钢加固梁承载力影响因素的试验研究

粘钢加固梁的承载力是由若干因素决定的。本文通过一组加固试件梁的破坏试验来研究粘钢加固梁的锚固长度、历史加载、配筋率、钢板端部锚固措施等因素对承载力的影响,并观察其破坏形态,分析加固梁的破坏状态和产生原因。

系杆拱连续梁桥-多线轨道互制分析的荷载步法

为研究考虑加载历史的桥梁-多线轨道系统受力特性,通过推导考虑加载历史的线路纵向阻力迭代公式并以某(77+3×156.8+77)m系杆拱连续梁桥为例,建立考虑钢管混凝土拱、吊杆、梁体、桥墩、桩基、多线轨道的大跨度系杆拱连续梁桥一体化有限元模型,分析加载历史对系杆拱连续梁桥-轨道系统受力影响及结构检算结果。结果表明:代数求和算法计算钢轨应力峰值偏大61.9%,墩顶水平力偏大74.0%,考虑温度效应须同时对钢轨、梁体和拱施加温度荷载;挠曲工况下双线同向加载时墩顶水平力为1058.2 kN,双线对向加载时墩顶扭矩为4193.6 kN·m;计算温度制挠力时,代数求和算法计算钢轨应力较荷载步法偏大7%,墩顶水平力偏大8%~27%,设计不经济;代数求和算法计算墩顶扭矩与荷载步法最大偏差可达51.3%。

循环荷载下黏土应变积累积强化模型研究

循环加载历史是影响土的动力特性的一个重要因素。通过对一种原状粉质黏土进行高循环次数单剪试验,研究了黏土体应变随剪应变幅值及循环次数的变化规律,以及由于体应变的累积对黏土动力特性产生的影响。试验结果表明,黏土的体应变随着循环次数的增多和循环剪应变幅值的增大而增大,而土的动力特性则随着体应变的不断累积而出现强化现象,表现为动剪模量增加,阻尼比减小。对累积体应变与动剪模量、阻尼比之间的关系进行了研究,提出了相应的强化关系式。在常用的非线性模型基础上,通过引入动剪模量的强化系数和阻尼比的衰减系数,建立了一种能考虑循环应变历史影响的土动力模型。