基于正交设计的大比例模型采场煤体相似材料配比试验研究

针对传统模型材料难以满足大比例模型采场材料需求,结合大比例模型相似模拟试验特点及相似理论,以陶粒、河沙、粉煤、水泥和石膏为原料,设计正交试验,测试试件的物理力学等参数。结果表明:大比例模型采场材料基本特征为低容重、高强度。煤体材料密度随陶粒/骨料比值的增大而减小,抗压强度和抗拉强度随陶粒/骨料、水膏比的增大而减小,随水胶比的增大而增大,弹性模量、黏聚力和内摩擦角随陶粒/骨料和骨胶比的增大而减小。通过多元线性回归分析反算大比例模型采场煤体相似材料配比模型,并通过试验得到不同尺寸试件各试验指标误差在20%内波动,证实了该配比模型的可靠性。

大比例模型结构-桩-土动力相互作用试验研究与理论分析

介绍了一个土-桩-框架结构1/2比例模型动力相互作用野外试验研究,通过对模型进行地脉动测试得到了其基频,并分别在忽略重力、欠人工质量、人工质量三种工况下进行了模型的顶部牵引激励试验和顶部机械激励试验,且在时域和频域内分析了试验结果,得到了一些有益结果。此外,研究了考虑土体动力非线性特征的粘弹性人工边界,提出了考虑桩土动力相互作用中桩土分离、滑移以及基础提离效应的接触模型,并引入阻尼项表征桩土动力作用中的能量损耗。建立了试验模型结构的三维有限元分析模型,通过对模型试验的模拟计算验证了有限元模型的可靠性,进而进行了不同地震动输入下的地震反应分析,总结了一些规律性结果。

大比例模型稳态激振试验研究

设计并制作了一个土桩上部结构动力相互作用1/2比例框架模型,并对模型进行了弹性范围内的顶部稳态激振试验.对比了忽略重力加速度模拟模型、部分考虑重力加速度模拟模型、考虑重力加速度模拟模型3种工况下顶部机械激振的模型动力反应情况,发现结构顶部速度响应与底部速度响应存在较大不同,并且随着所考虑的重力荷载的增加,模型的基频逐渐降低,频率的变化基本符合相似规律.通过与实测值进行对比发现,本文所建有限元计算模型基本符合实际情况.通过计算,发现结构的频率、加速度响应随土层弹性模量的变化基本呈指数函数变化,提出了通过制造基于考虑土结构动力相互作用的人工地基达到减震效果的新思路.

钢桥面复合铺装结构的大比例模型试验

在钢桥面板与沥青铺装层之间设置轻质混凝土层,组成了一种新型钢桥面复合铺装体系.为研究这种新型铺装体系的力学特性,制备了大比例模型试件,实测了不同车位下钢桥面及铺装结构的力学响应.结果表明:钢桥面板最大横向拉应力为90MPa,而设置加劲肋后最大拉应力降至为43MPa,即设置加劲肋有利于改善钢桥面板的受力.浇筑轻质混凝土铺装层后,钢桥面板顶板和加劲肋底板的应力峰值、位移都降低,最大应力降幅达48%,最大位移降幅达18%,而且钢桥面板中的应力分布也更加均匀.作为铺装结构,轻质混凝土铺装层也与桥面板共同参与结构受力,使得桥面铺装体系的结构刚度得到提高.

土-结构动力相互作用1∶4大比例模型试验研究(英文)

进行土-结构动力相互作用1∶4比例钢框架模型试验研究。分别在刚性地基与柔性地基上改变上部结构刚度与质量17种工况下进行模型顶部牵引释放试验,在时域与频域内取得并分析了试验数据结果。研究表明,土-结构相互作用系统效应随着试验控制参数变化而变化。其中上部结构与地基刚度比乃最为重要控制因素,随着上部结构与地基刚度比增大,土-结构动力相互作用影响更为明显,表征为柔性系统对刚性系统基本周期比与阻尼因子明显增大;上部结构与地基等效质量比变化对土-结构系统影响不甚明显。最后给出基本周期比与阻尼因子随结构与地基刚度比和质量比取值变化经验公式。

有限元模拟土-箱基-框架结构大比例模型动力相互作用研究

通过野外大比例模型试验,对土-箱形基础-框架结构体系进行动力测试,研究在土-结构相互作用影响下,不同质量分布情况下,结构体系的动力特性变化规律以及其在顶部稳态激振试验中的动力反应;此外,通过有限元软件MSC.Marc建模计算与试验对比分析。研究结果表明:考虑土-结构相互作用影响后,结构的自振频率减小,周期延长;通过堆载改变结构楼层质量分布后,基频减小,结构的动力特性变化规律满足动力相似关系。有限元计算与现场试验吻合较好,为研究如何利用土-结构共同作用指导结构设计提供了参考。

大比例模型的桩基-土-框架结构相互作用有限元分析

以大比例模型为基础，以大量试验实测数据为依据，利用通用有限元程序MARC对桩-土-上部结构相互作用体系进行了三维有限元计算分析。计算中土体选用线性Mohr-Coulomb理想弹塑性模型，钢筋混凝土采用随动双线性硬化本构模型，计算得到相互作用体系的基频及牵引释放时程曲线与试验结果吻合较好，表明所采用的计算模型和计算方法是合理可行的。从计算分析的角度探讨了考虑结构-地基动力相互作用时体系地震反应的有关规律，主要从体系的加速度、桩身等效应力、桩土接触压力及摩擦力等方面进行了分析，为结构-地基相互作用的进一步研究提供了依据。

国内首次具备大比例模型全机颤振试验能力

3月15日，亚洲最大的8米X6米风洞全机颤振悬挂系统用于某飞机全机颤振试验成功．标志着国内首次具备在大型风洞进行全机颤振试验的能力。该系统可直接验证飞机颤振特性是否满足气动弹性和适航性要求，为确定飞机飞行包线提供了重要依据。

带悬臂流线型箱梁大比例节段模型涡振试验研究

大比例节段模型风洞试验是预测大跨度桥梁主梁涡振性能的有效方法之一。为研究带悬臂流线型箱梁涡振性能影响因素及气动优化措施,以某大跨悬索桥为工程背景,进行了1∶25大比例节段模型风洞试验。试验研究了不同来流攻角状态下主梁断面的涡振性能,并检验了移动检修轨道位置、安装悬臂、轨道导流板以及底板竖直稳定板等气动措施的制振效果。研究结果表明:随攻角由负变正,断面的扭转涡振性能逐渐变差;检修轨道向底板中央移动能有效降低涡振振幅,同时在检修轨上附加导流板能进一步地优化涡振性能,并且导流板越宽效果越明显;悬挑臂导流板以及底板设竖直中央稳定板不适于提高本文主梁断面涡振性能。

国外大比例潜艇模型试验研究

采用大比例潜艇模型进行试验测试可有效评估、预测潜艇战技性能,从而推进潜艇研制工作。与实艇试验相比,大比例潜艇模型试验具有低成本、无人员安全风险等突出优点。本文将研究国外大比例潜艇模型试验情况,分析未来潜艇大比例模型试验发展趋势。

大比例主梁节段模型涡激振动风洞试验分析

节段模型风洞试验是预估大跨度桥梁主梁涡激振动响应的有效途径之一。大比例主梁节段模型(通常为1:15～1:20)几何尺度更大,试验雷诺数更接近实桥值,同时在模型加工制作方面也可更精确地模拟主梁细节。通过一扁平钢箱梁1:20大比例节段模型试验,优化了检查车轨道位置,分析了涡激振动典型现象如振幅、涡振区与阻尼、Scruton数关系,迎角与斯托劳哈数St关系,双竖向涡振区等,为节段模型涡振试验结果向实桥拓展提供理论与试验基础。

基于大比例静力模型试验的高强度桩复合地基加筋垫层分析

为研究高强度桩复合地基加筋垫层的作用机理与筋带拉力的计算方法,采用一套自制的桩土差异沉降控制装置,进行了4组不同桩帽尺寸的大比例静力模型试验。测试了各级荷载作用下的加筋垫层筋带拉力,分析了筋带拉力的大小及分布随荷载增加的变化规律。结果表明:随桩顶和桩间土沉降差增加,筋带拉力逐渐增大,筋带拉力最大值出现在桩顶位置;随着桩帽覆盖率增加,桩间土范围内筋带拉力缓慢减小,桩顶范围筋带拉力变化较大,先增大后减小。加筋垫层的破坏模式表现为桩帽边缘的筋带断裂。

基于特征分离原则的大比例砂土类缩尺模型相似材料配比研究

为了获得砂土类大比例缩尺模型相似材料配比,选取福建厦蓉高速漳州段原型砂土作为骨料,石英砂、滑石粉为填充材料,膨润土为添加剂。基于特征分离原则及正交设计方法,进行了3因素5水平共25组固结压缩和直接剪切试验,得到了不同配比相似材料的力学参数值。结果表明:1)基于特征分离原则的试验配比基本能满足大比例模型试验对砂土类相似材料的要求。2)砂土和滑石粉含量与砂土、石英砂和滑石粉总重的比值对材料黏聚力和内摩擦角起主要控制作用,而滑石粉含量与砂土和滑石粉总重的比值对材料的压缩模量起主要控制作用。3)当滑石粉的含量分别占砂土和滑石粉总含量的4%和6%时,对黏聚力和压缩模量的影响均达到峰值;而掺入膨润土可以降低压缩模量,当膨润土掺量为3%时,黏聚力达到最小值;添加石英砂可以降低内摩擦角,而对其他指标影响呈现无规律波动。成果可为其他砂土类大比例缩尺模型相似材料的配制提供参考。

海洋高桩基础水平大变位性状模型试验研究

利用浙江大学自行研制的大型地基与边坡工程模型试验系统开展了单桩基础水平大变位的大比例模型试验,获得了桩身屈服前后不同深度的桩身位移和桩身弯矩。通过建立桩身位移、弯矩及桩周土反力三者之间相互推导的有效途径,研究了桩周土p–y曲线沿深度的分布特性,发现传统Reese法和API法p–y曲线具有偏大的初始刚度及偏小的极限土抗力。在拟合桩周土反力试验值的基础上,提出了计算桩基水平大变位的双曲线型p–y曲线模型。

竖向下压循环荷载作用下单桩承载力及累积沉降特性模型试验研究

竖向循环荷载作用下,单桩的承载力及变形特性均不同于静荷载情况。利用浙江大学自行研制的大型地基与边坡工程模型试验系统开展了单桩基础竖向下压循环荷载作用下的大比例模型试验,获得了不同侧/端阻比下桩基的循环承载力及桩顶循环累积沉降。试验发现:存在一最小循环荷载比,当循环荷载比小于该值时,桩顶不会发生循环累积沉降;一定循环次数内桩顶循环累积沉降基本与循环次数成正比,且循环累积沉降与循环次数的比值近似与桩顶循环荷载比呈线性关系。通过给定单桩循环破坏标准,绘出了模型桩的循环承载力曲线,发现侧/端阻比较大的桩基更易发生桩顶循环累积沉降;通过拟合桩顶无量纲沉降,可预测桩基循环累积沉降的发展。最后提出了长期循环荷载作用下单桩基础的工程设计方法。

刚性单桩竖向循环加载模型试验研究

刚性桩在高铁低矮路堤加固中广泛应用。利用浙江大学大型地基与边坡工程模型试验系统,开展了饱和粉土地基中刚性单桩动力加载大比例模型试验,对不同静偏荷载及循环荷载组合作用下的桩基性状进行了研究。通过模型桩身安装的各类传感器,对桩顶累积沉降、桩身轴力、桩–土界面孔压及正应力变化进行了监测。试验发现,循环剪切会引起桩–土界面土颗粒重排,导致桩–土界面孔压及有效应力状态发生改变。循环荷载比CLR对桩基累积沉降、桩侧应力状态发展影响显著。根据试验结果,对累积沉降发展规律进行了归纳,分析并讨论了桩侧应力状态变化机理。

斜拉桥拱塔大缩尺比模型试验研究

大跨度缆索承重桥梁桥塔模型试验研究多采用大比例节段模型为研究对象,但该节段模型无法完整反映索塔的整体受力机理。文章采用1∶10大比例全模型,对马鞍山长江大桥右叉斜拉桥的拱形索塔进行试验研究,解决了模型试验设计中的恒载补偿设计、拱塔环向预应力加载和斜拉索张拉模拟等关键技术问题;采用等应变原理设计拱塔模型,并模拟了斜拉索拱塔的受力特性。研究结果表明,除个别点位外,试验结果与有限元数值模拟结果的误差不超过15%。该研究对马鞍山长江大桥右叉斜拉桥以及类似工程的设计和施工均具有借鉴作用。

公路预制拼装桥墩试验模型施工及加载方法研究

为改善公路预制拼装桥墩试件施工中存在的问题,结合公路预制桥墩大比例缩尺试验模型,分析了预制拼装桥墩的特点,探讨了试验中试件施工要点和问题的解决方法,阐述了施工准备、各节段的安装、钢筋布置、预应力筋张拉等过程,给出了试验模型的加载方案,为学者对公路预制拼装桥墩进一步的试验研究提供参考。

循环荷载下桩网结构路基和垫层动力响应研究

基于相似理论，开展了4组桩网结构路基大比例动态模型试验，测试了循环荷载下桩网结构路基的动力响应指标，研究了降雨前、后加载力、加载频率以及循环加载次数对路基的动力响应、桩土荷载分担以及垫层格栅应变的影响。结果表明，降雨后路基动应力和动加速度均会增大，并且在基床内部增速较快，而路堤下部其增长基本趋于稳定；循环加载期间桩土应力比缓慢增大，其受降雨影响敏感，雨后降幅可达56．4％-79．5％；循环加载完成后垫层格栅应变增大，其横向分布特征基本保持不变；土拱形成后路基填高继续增加，路基宽度范围内4桩中心格栅应变增幅较大，峰值出现在边坡中心和路基中心附近，横向分布呈“W”型；两桩中心的格栅应变由路基中心向坡脚处呈“台阶”型递增，而路基宽度与边坡范围的格栅应变差距不断缩小。

有限元建模对结构自振频率计算的影响

以室外大比例框架结构(1∶2)模型自振频率测试结果为基础,采用Nastran程序分5种有限元模型4种工况计算了结构的自振频率,工况中包括了单元类型、单元位置偏置、地基条件和结构配筋等因素的影响.计算表明,考虑土结构相互作用(SSI)的计算结果比考虑刚性地基的结果低;较为准确的有限元计算模型应采用实体单元,并考虑配筋及上下部共同作用;在小震情况下,采用现行框架结构设计方法建模计算偏于不安全,这与通常的设计结论不一致.