深水钢桁梁无承台特大桥无应力状态法合龙应用研究

深水区域钢桁梁特大桥无承台桩基施工需要特别考虑施工工艺及其受力体系控制。依托四川汉源兰家湾特大桥工程,基于无应力状态方法分析计算钢桁梁特大桥的无桩基承台施工技术以及合龙施工的若干力学研究。结果表明,通过搭建深水区域无承台的特大桥桩墩结合施工,在其上进行钢桁梁安装拼接的无应力状态法合龙施工可取得良好受力整体性效果。所述方法可解决在较深水流条件下的特大桥桩基施工与整体受力控制难题,可为类似工程提供技术参考和借鉴。

2022年四川芦山M_(S)6.1地震前应力状态研究

为研究2022年6月1日四川芦山M_(S)6.1地震的孕育和发生过程,采用CAP方法反演了2013年芦山M_(S)7.0主震及M_(S)≥5.0余震的震源机制解,并基于应力张量方差与b值时空分布特征,探讨了芦山M_(S)6.1地震的力学机制和震源区的应力状态。结果表明:2022年芦山M_(S)6.1地震震源机制表现出与2013年芦山M_(S)7.0主震和5级余震相似的逆冲型破裂特征,压应力轴方位与龙门山断裂带南段区域应力场一致。2013年芦山M_(S)7.0地震后震中及附近的应力张量方差和b值长期处于低值状态,2022年芦山M_(S)6.1地震前震中及附近出现了应力张量方差和b值的低值异常,表明芦山余震区处于较高的应力水平。分析认为:巴颜喀拉块体持续东向运动受到华南块体的阻挡,震中所在区域长期受挤压逆冲作用,从而使芦山余震区长期处于应力积累的状态,芦山M_(S)6.1地震也是在这种动力学背景下发生的。

应力状态对三点弯曲小试样蠕变性能评价的影响

针对大部分小试样技术没有规范化的标准,试样在尺寸上的变化往往会引起所受应力状态的变化,进而影响蠕变参数反演的准确性的问题,采用有限元法,基于三点弯小试样梁弯曲本构模型和Norton蠕变方程,分析试样在不同横截面宽厚比下的应力状态,及其对三点弯小试样蠕变性能的影响。研究结果表明,当横截面宽厚比b:2h<1:2时,试样趋向于平面应力状态;当b:2h>2:1时,试样趋向于平面应变状态;当1:2≤b:2h≤2:1时,试样介于两种应力状态之间。对于加载点稳态位移速率、蠕变应力、转换系数、蠕变参数反演结果,平面应力状态的影响明显大于平面应变状态;与单轴蠕变试验数据的对比结果表明,将试样横截面宽厚比控制在1:1≤b:2h≤2:1范围之内,能够提高蠕变参数反演结果的准确性。研究结果为三点弯小试样试验方法的合理应用提供依据。

基于零位移与无应力状态控制的斜拉扣挂施工扣索力确定方法

大跨度拱桥常采用斜拉扣挂法开展拱肋施工,但在节段拼装过程中扣索索力和拱肋空间位形之间互相影响,索力优化计算以及扣索状态控制问题复杂。提出改进零位移法结合无应力状态控制法的复合扣索力计算方法:基于改进型零位移法快速得到满足成拱线形要求的扣索力大小,基于成拱索力采用无应力状态法反推各施工阶段扣索索力。该复合方法可避免传统零位移法扣索力不准和反复迭代计算的缺陷,施工中扣索可实现一次张拉,后续节段拼装中无需对扣索进行索力调整。以某跨径430 m大跨度钢管混凝土拱桥缆扣合一施工为工程应用背景,采用的零位移法结合无应力状态法对大跨度非对称式钢结构拱肋进行斜拉扣挂拼装的扣索力求解和施工模拟。分析拼装过程中扣索力变化规律,并对比验证实际线形与目标线形偏差,以及拱肋应力与设计应力之间偏差程度。结果表明,所提出的复合算法理论简单且索力求解计算便捷。所求的扣索力可有效保证拱肋拼装完成及松索后拱肋线形和受力均满足要求。

压缩剪切平面应变试样的应力状态响应

为模拟金属塑性变形过程中的压缩剪切应力状态的平面应变特征,构建了平面压缩剪切试样。通过数字图像相关(DIC)技术和有限元模拟表征变形区Y方向的应力状态分布特征及压缩断裂过程。DIC结果显示,在压缩实验过程中,变形区的应变场分布与有限元结果吻合良好,有限元结果可靠。有限元结果表明,通过改变试样的缺口倾角,可以定量控制应力三轴度的大小,并且主应变方向与缺口倾角方向一致。在变形区Y方向发生压缩剪切的平面应变,同时试样边缘位置相对于中心位置具有更低的Lode角参数,具有双向压缩加载特征,使得静水压力增大,应力三轴度进一步降低至-0.823。

高应力状态下两河口堆石料蠕变特性试验研究

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其蠕变特性直接决定着土石坝工后变形的大小。对两河口水电站砾石土心墙堆石坝的两种筑坝堆石料,开展室内大型三轴蠕变试验,结果表明:①在低应力水平下,试验侧向应变为正;在高应力水平下,试验侧向应变为负;②采用幂函数外推30 a对应的试验值,将其作为堆石料蠕变试验的极限应变,所得剩余蠕变与时间呈良好的幂函数关系;③最终剪切蠕变与剪应力呈倍数关系,轴向蠕变衰减幂指数与剪切蠕变衰减幂指数基本相等,最终轴向蠕变是最终剪切蠕变的1.5倍。最后,提出了更简洁的两参数幂函数蠕变模型,模型参数物理含义明确,便于在工程中使用。研究可为土石坝工后变形的初步估算提供参考。

库车坳陷应力状态转换特征及其地质与力学响应

结合最新的钻井、测井和地震资料,采用数值模拟手段,明确了塔里木盆地库车坳陷喜马拉雅晚期古应力状态转换特征。通过有限元数值模拟方法揭示了库车坳陷克拉苏构造带巴什基奇克组喜马拉雅晚期应力场三维分布并准确地厘定了古应力状态。通过分析古应力状态与宏观构造样式、裂缝产状及储层物性的关系,系统揭示了古应力状态转换的地质与力学响应,最后利用离散元数值模拟,揭示了古应力状态转换对储层物性的影响机制。综合分析认为:研究区在喜马拉雅晚期6500~7500 m的深度区间逐渐由逆冲型应力场转换为走滑型应力场;6500 m之上为逆冲型应力场,压实减孔量随埋深增大而增大,应力状态与岩石强度均不利于裂缝发育;7500 m之下为走滑型应力场,有利于储层孔隙保存和岩石破裂成缝。研究结果深化了对库车坳陷构造、储层和岩石力学性质的认识,并认为古应力状态转换是克拉苏构造带超深部储层具备形成大中型油气田的力学基础,其发现对克拉苏构造带下一步的油气勘探、开发具有指导意义。

基于无应力状态法的异形钢箱拱塔施工过程线形控制

为进一步优化异形钢箱拱塔施工及安装方法,以某异形斜拉桥中采用的双肢非一致倾斜拱形桥塔为工程案例,考虑支架对结构线形的影响,分析了桥塔施工过程线形变化。针对钢箱桥塔内部板件变化复杂且规律性低、传统建模方法效率低下的问题,使用插值原理生成坐标并对号入座到节点逻辑编号,节点逻辑编号中自带单元信息,单元可以通过循环快速生成,形成了复杂钢箱结构快速建模方法;针对传统正装法在计算闭环结构时常发生的单元畸变导致算法不收敛现象,将无应力状态法与正装法相结合,解释了传统正装方法失效的原理,提出一种改进的闭环结构施工过程模拟的分析方法——无应力正装法,运用该方法分析了支架上的闭环结构施工过程中的3种线形方案,以合龙为目标精确计算了主塔结构在施工过程中的三向控制线形,顺桥向、横桥向和竖向最大变形分别为16,2 cm和9 cm,两肢间三向线形偏差分别为5,3.5,5 cm,同时计算了桥塔节段的安装线形,作为实际桥塔施工安装的重要定位依据,安装线形最大矢量位移值为2.8 cm,最终节段安装线形恰好落在零位置处,实现了合龙段的零偏差安装。无应力状态法在异形钢箱拱塔施工过程线形控制中的应用展示了其在保证施工精度和效率方面的优势,给桥塔安装提供了重要的定位基准。

钢管混凝土拱桥斜拉扣挂施工的无应力状态控制法

【目的】避免钢管混凝土拱桥施工过程温度、临时荷载等因素变化对索力的影响,实现大跨拱桥拱肋斜拉扣挂节段拼装施工的精准高效调控。【方法】提出以扣索无应力长度代替索力调整拱桥过程状态的控制方法,推导考虑垂度效应和扣塔偏位的扣索无应力长度计算公式,研究索力增量与扣索无应力长度变化的关系。【结果】工程算例结果表明,基于无应力状态法的索力最大误差为5%左右,高程最大偏差3.7cm,计算精度满足要求,实现了精准高效的施工调控。【结论】该方法可消除温度和临时荷载变化对索力的影响,减小施工中间状态的计算工作量,可为大跨度钢管混凝土拱肋节段拼装提供技术支持。

砂岩双轴压缩应力状态下的拉伸强度的实验研究

岩石材料的拉伸强度对于井壁稳定校核计算是一个比较重要的基础参数。一般的,对于金属材料,可以通过拉伸试验机来直接获得抗拉强度;但是对于岩土类材料,这种方法从第一步制样上可行性就较差。在实验室内获得岩石抗拉强度最常用的方法是巴西劈裂法,这是一种间接获得岩石单轴抗拉强度的方法,目前被ISRM(国际岩石力学协会)推荐并得到了广泛的应用。但这种方法也存在一定的局限性:首先,由于无法还原岩石的初始压实状态,因此在校核超深层岩石的拉伸强度时会有偏差;此外,这种方法的前提假设是岩石在线弹性阶段过后直接发生脆性破坏,这与砂岩实际变形规律不符。基于以上问题,本文从屈服理论出发,通过双轴压缩实验的方法确定了砂岩在地下的真实拉伸屈服强度以及极限拉伸强度,实验表明砂岩的屈服强度随围压增大而增大,符合岩石材料越致密强度越高的普遍认识。通过拟合外推可以得到等效的砂岩单轴拉伸屈服强度,与巴西实验数据结果非常接近,验证了这种方法获得带围压下砂岩拉伸屈服强度的可靠性。通过研究双轴压缩应力状态下砂岩的拉伸强度,可以为卸载工况下砂岩发生拉伸破坏提供更准确的校核依据,为砂岩井壁稳定提供理论与实验支撑。

基于Matlab应力状态分析的教学实践

文章基于Matlab GUI编程开发出应力状态分析平台,并引入力学类课程课堂教学中,通过交互方式,将抽象的单元体模型和复杂繁琐的公式计算以图形直观动态表达出来。实践表明,该平台解决了学生学习过程中的易错点和难点,提高了教师课堂讲授和学生学习的效率;同时,通过实践大作业的方式,帮助学生提升编程能力和计算机应用水平,锻炼和培养学生动手和创新能力,从而更好地达到复合型工科人才的需求。Based on Matlab GUI programming, an interactional software platform for analyzing plane-stress state is developed. By applying it through the teaching practices of mechanics courses, abstract conceptions of elements and complex mechanical formula are displayed and illustrated by graphical visualization through the teaching practices of mechanics courses. It shows that the platform can help the students understand the difficult knowledge and reduce the error-prone problems, and improves the efficiency of classroom teaching and student learning. At the same time, through the practice assignments, students’ programming ability is improved and their creative ability is also inspired, so as to meet the needs of composite engineering talents better.

无应力状态法在半穿式连续钢桁架桥设计和施工中的应用

盐城市盐渎路大桥主桥是超大宽度的半穿式连续钢桁架结构,受力复杂,构件繁多,该桥在设计和施工中运用无应力状态法,成桥后获得了与设计目标相一致的内力和线形。文章首先介绍了桥梁概况,然后概述了无应力状态法,在此基础上进行了桥梁无应力构形的确定,最后提出了桥梁施工方法,以供参考。

基于Fluent-OrcaFlex联合数值模型的海上风电场海底电缆冲刷及应力状态研究

利用Fluent流体力学CFD软件建立海底电缆冲刷的精细化水动力数值模型,以实测海流数据作为输入条件,模拟真实海况条件下的海缆冲刷过程,其次通过数据拟合获得海缆悬空长度和冲刷时长之间的定性定量关系,最后通过OrcaFlex水动力软件分析海缆裸露后的应力状态变化过程,判断海底电缆裸露后的运行安全状态。

唐山地区主要断裂应力状态

利用唐山地区断层位置、速度结构和292个震源机制解数据,对断裂段进行应力场反演空间网格划分,采用网格搜索法反演唐山地区整体及主要断裂应力场。研究发现:1)2011年日本东北M_W9.0地震发生前后,唐山地区整体区域构造应力场发生较小的顺时针旋转,且由走滑型应力状态变为正走滑型应力状态,该变化可能主要由震源机制解空间位置变化引起。2)日本东北地震使唐山部分地区σ_(1)轴倾伏角由陡倾斜变为水平,且应力场发生较小的顺时针旋转。3)当前唐山地区整体区域应力场特征为σ_(1)轴NEE-SWW向,σ_(3)轴近NS向,R值为0,与前人研究结果一致。表明唐山地区应力场已调整至1976年唐山M_W7.8地震前的状态,且应力状态偏张性性质。4)当前巍山-丰南、陡河、滦县-乐亭断裂段6~20 km、陡河断裂段11~20 km为走滑型应力状态;陡河断裂段0~10 km为正走滑型应力状态;雷庄、陈官屯和卢龙断裂段6~20 km、巍山-丰南断裂段0~5 km为正断型应力状态。以上断裂σ_(1)轴方向与该区域主应变方向和剪切波分裂的快波偏振方向等结果一致。5)唐山地区整体处于一个相对统一的NNW-SSE向的拉张作用控制,但古冶、滦县地区处于NEE-SWW向的挤压作用控制。

基于无应力状态控制法的K式钢桁梁桥起拱研究

目前工程上对于钢桁梁桥起拱问题的研究主要针对N式桁架节间,但K式钢桁梁桥节间的预拱度设置尚未有统一的计算方法。为解决K式节间的起拱问题,基于分阶段成形结构力学平衡方程,将节间的相对预拱度作为输入,推导得出各杆件伸缩量的数学表达式;针对下承式钢桁梁桥预拱度设置特点,进一步得出同时伸缩下斜腹杆与竖腹杆、同时伸缩下斜腹杆与上弦杆、同时伸缩上弦杆与上下斜腹杆共3种情况下的杆件伸缩公式,并借助实桥数据计算和几何试算进行验证。研究结果表明:该方法实用可行,充分验证了钢桁梁K式节间的无应力状态起拱为纯几何起拱,起拱过程不会产生附加内力和起拱支座反力。

基于无应力状态法的混合梁斜拉桥施工控制

为明确无应力状态法在斜拉桥施工控制中的应用要点,以某宽幅混合梁单索面独塔斜拉桥为例,应用MIDAS/Civil软件构建钢箱梁空间有限元模型,对典型工况箱梁应力及位移展开模拟分析。结果表明,通过模拟仿真各施工阶段结构受力情况及结构理想状态,可为设计及施工误差预测、施工控制决策、施工过程中关键参数的识别提供依据。

无应力状态法在斜拉桥施工控制中的应用

为了解无应力状态法在预应力混凝土斜拉桥施工控制中的应用效果,以具体桥梁工程为例,首先阐述了该方法的施工工艺及施工步骤;然后应用MIDAS/Civil软件构建该斜拉桥全桥分析模型,通过零位移法确定该斜拉桥成桥状态,并对合理成桥状态下斜拉索无应力长度及索力取值进行模拟分析。最后,通过敏感性分析找出无应力状态法控制期间对混凝土斜拉桥成桥状态及施工安全影响较大的因素,确保了施工控制的顺利进行及结构安全。

混凝土多轴应力状态下的徐变研究

在搜集国内外有关资料的基础上,通过对混凝土在多轴应力作用下的徐变与强度关系分析,说明在多轴应力状态下不能简单地采用叠加原理。展示了新的三轴徐变量测仪器及其徐变试验成果以及2组多轴与单轴应力状态下的徐变恢复试验成果,并对试验数据进行比较分析,得到多轴应力状态下徐变恢复与应力大小以及持荷时间之间的规律,证实了多轴应力状态下的徐变恢复与已经产生的压缩徐变有密切的关系。

2(1/4)Cr-1Mo复杂应力状态下低周疲劳裂纹扩展规律评价

通过对有预制裂纹带缺口的圆柱形试样的常温、高温低周疲劳裂纹扩展试验，并应用ＮＨＲＤＳ有限元程序进行了缺口附近轴对称问题的循环应力、应变计算，研究了非均匀分布复杂应力状态下低周疲劳裂纹扩展规律。研究表明，２１４Ｃｒ－１Ｍｏ材料复杂应力状态下低周疲劳裂纹扩展速率可以采用当量应力强度因子范围表征。

铁路货车轴承套圈滚道表面应力状态分析

铁路轴承套圈表面层残余应力分为拉应力和压应力。列车运行时,残余拉应力作用下,轴承套圈易萌生裂纹并加速扩展,而残余压应力能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力,抑制裂纹萌生及扩展,从而延长轴承套圈的接触疲劳寿命。因此,生产轴承套圈时希望产品保持残余压应力状态。通过安排合理的制造工艺、选择合适的工艺参数、提高磨削液冷却效果等措施,可以将套圈表面层残余压应力控制在合理范围内。在热处理、初磨、附加回火和未附加回火、终磨、超精后,通过试验检测轴承套圈表面层残余应力,验证了过程控制能使套圈表面层残余压应力在预期结果内。