V型墩刚构桥悬浇施工中应变修正与应力监测

桥梁悬浇施工中,从仪器记录的总应变中剔除非应力应变是获得结构真实应力的前提。文章以福建省一V型墩连续刚构桥为工程背景,分析混凝土收缩徐变、温度效应、应变计初值设定及混凝土弹性模量对应力监测的影响,提出了基于叠加法原理剔除混凝土收缩徐变应变的修正方法,研究日照温差作用引起截面产生温差自应力和应变的计算方法。结果表明:主梁根部截面应力的修正值与测读值之间的偏差为18%~26%,验证了应变修正的必要性;各控制截面修正后的实测应力与理论应力基本吻合,随施工过程的变化规律一致,验证了所用方法的有效性;主梁和V型腿各控制截面在施工中没有出现拉应力,而压应力满足规范限值;竖墩墩底截面在顶推工况下出现受拉区,应作为应力监测重点。

三层应变梯度微板系统的耦合振动特性

基于修正的应变梯度理论和Kirchhoff-Love假设,建立了由Winkler-Pasternak弹性夹层连接的三层微板系统的耦合振动模型.结合Gauss-Lobatto求积准则和微分求积准则,构造了具有4节点108个自由度的C2连续性微分求积有限元,以求解微板系统的耦合振动边值问题.通过数值算例,验证了本文微分求积有限元法的有效性,讨论了各因素对微板系统振动频率及模态的影响.结果表明:微板系统发生完全同步振动时,弹性夹层不起作用;应变梯度效应或弹性夹层刚度不仅影响微板系统的各阶振动频率,而且会使系统产生模态跃迁现象;边界条件对微板系统振动频率计模态的影响显著.

基于模糊的框架变形重构的应变测量修正

针对三维(three-dimensional,简称3-D)框架结构弹性变形重构中存在的应变测量误差问题,提出了一种应变测量修正的方法。通过逆有限元法(inverse finite element method,简称iFEM)推导出结构表面应变量与测量点位移量之间的应变-位移关系,实测位移量代入应变-位移的转化关系得到相应的逆解应变。由于测量应变中含有安装、测量误差等,测量应变量与逆解应变量之间非线性数学关系模型难以准确得到。基于模糊网络对任意映射关系的无限逼近特性,采用模糊网络(fuzzy network,简称FN)逼近测量应变与逆解应变的关系。在确定模糊网络后,调用网络完成测量应变的修正,利用修正后应变量求解框架的变形位移。最后在三维框架模型上进行实验验证,实验结果表明结构变形重构的误差普遍减小了60%以上,说明该测量应变修正方法能够有效提高变形重构的精度。

砂土中桩土侧向相互作用的应变楔模型修正

提出了砂土中水平受荷单桩的修正应变楔方法。从3个方面对应变楔模型进行了修正,首先假设三维被动土楔后桩身的水平位移呈非线性变化,从而使得楔形体内的水平应变不再是一常量,而是沿深度变化。其次引入了两个双曲线型的模型分别用以模拟楔形体中土体的水平应力增量-应变关系和桩-土界面处桩侧剪应力-位移关系。然后通过算例验证了修正方法的有效性,模拟结果与实测结果吻合较好。最后分析了各个修正因素对计算结果影响,结果显示,非线性位移假设的引入对原应变楔模型计算的水平承载力偏高有明显地改善,新的水平应力增量-应变关系和桩侧剪应力-位移关系的引入使得应变楔方法更加简便有效。

砂土中单桩基础冲刷的修正应变楔计算

由冲刷引起的深水结构物桩基础周围土体损失致使基础水平承载性能下降的问题越发受到重视。应变楔方法假设桩前土体抵抗为三维楔形体,其尺寸发展与楔形体区域土体发挥的内摩擦角有关,从而得到水平受荷桩的p-y曲线。本文对应变楔方法进行修正和拓展,建立非线性位移假设以考虑桩前楔形体区域土体应变沿深度的非均匀分布,将冲刷坑底以上土体的有效自重作用等效为竖向荷载,对楔形体的深度进行修正,以解决楔形体方法只适用于地表水平的情况,得到砂土中单桩基础冲刷的修正应变楔计算方法;并通过与模型试验及三维有限元分析的对比来验证该方法的合理性。分析结果表明:冲刷深度增加会显著降低桩基水平承载性能,冲刷深度3.2D和6.4D情况下的桩顶位移比平均值分别趋近于1.8和3.0;相比有限元方法,本文修正SW方法计算的p-y曲线结果与实测结果更为接近。

基于修正模态应变能法的硬涂层薄板阻尼性能预估

在考虑硬涂层材料的小阻尼特点以及经典模态应变能法计算误差的前提下,提出了一种适用于硬涂层复合结构阻尼性能预估的新方法.推导了修正模态应变能法的原理性公式.以一个涂敷Mg-Al硬涂层的悬臂薄板为例进行了实例研究,并讨论了硬涂层材料参数、涂层厚度对结构系统阻尼性能的影响.结果发现增大硬涂层的杨氏模量、损耗因子及厚度均可提高复合结构的阻尼性能.相关研究成果可为硬涂层材料制备及阻尼减振设计提供参考.

5083铝合金热压缩应力-应变曲线修正与热加工图

在Gleeble-3500热模拟试验机上对圆柱体5083铝合金试样进行温度为300～500℃、应变速率为0.001～1 s^(-1)条件下的热压缩试验。对实验获得的真应力应变曲线进行摩擦修正,依据摩擦修正后的应力应变曲线计算本构方程,采用包含Zener-Hollomon参数的本构方程描述摩擦修正后的5083铝合金流变应力行为,其热变形激活能为164.17 kJ/mol。根据摩擦修正后的真应力-应变曲线绘制热加工图,随着真应变的增加,失稳区域向着高应变速率、高变形温度区域扩展,5083铝合金适宜热变形工艺参数:变形温度为400～500℃、变形速率为0.01～0.1s^(-1)与340～450℃、变形速率为0.001～0.01 s^(-1)。随着变形温度升高与应变速率降低,晶粒内位错密度减少,主要软化机制逐渐由动态回复转变为动态再结晶。

修正等应变假定下刚性桩复合地基固结特性分析

刚性桩复合地基固结特性是影响工程进度的重要因素。为研究外荷载作用下刚性桩复合地基固结特性,结合刚性桩和桩间土应力-应变特点对等应变假定进行修正。在此基础之上,考虑涂抹效应、桩间土和下卧层土体固结特性的影响,推导得到桩间土和下卧层土体固结微分方程。基于双层地基固结理论,考虑单级匀速施加荷载和附加应力沿深度变化等边界条件,推导得到其固结度解析解。最后,利用数值模拟方法对解析解进行验证,并对影响刚性桩复合地基固结特性的因素进行分析。结果表明:理论计算与数值模拟结果较为吻合;刚性桩复合地基固结速率受到贯入比影响较大,当贯入比较小时,与天然地基相比,其固结速率较小,贯入比较大且桩端阻力系数较小时,复合地基固结速率大于天然地基;随着贯入比、桩-土相对刚度和垫层-土体相对刚度的增大,复合地基整体固结速率加快;随着置换率的增大,复合地基整体固结速率降低。

应变相关修正剑桥模型在基坑开挖中的应用

提出考虑上海软土在小应变情况下刚度随应变非线性衰减的应变相关修正剑桥模型(SDMCC),将其应用于基坑分步开挖和支护的数值分析中。采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D),建立了考虑支护结构与土体的接触作用的基坑有限差分数值模型,土体采用应变相关修正剑桥模型,分析了基坑开挖过程中围护墙侧移、地表沉降、坑底隆起等变形性状。

胶凝砂砾石料修正应变预测模型研究

应变预测模型能反应胶凝掺量60kg/m3胶凝砂砾石料应力变形特性的数学模型。文章对不同胶凝掺量的胶凝砂砾石料力学特性进行归纳总结,修正了胶凝砂砾石料应变预测模型,对比分析了修正应变预测模型的计算值与试验结果的吻合度,研究表明:修正应变预测模型能很好地用于模拟不同胶凝掺量的胶凝砂砾石料应力变形结果。

压杆/试样表面接触变形对SHPB实验应变测量的影响

采用SHPB(split Hopkinson pressure bar)实验技术测量了3种不同尺寸纯铁试样的动态压缩应力应变关系,根据实验结果提出一个经验模型,定量分析了SHPB实验中压杆/试样表面接触变形对应变测量的影响。分析表明,在轴向应力平衡条件下,表面的接触变形对弹性段的应变测量影响显著;对塑性段应变测量的影响与试样的强化模量和长度相关,当试样强化模量较大而长度较小时,这种影响将不可忽略,可根据影响量的经验分析模型对应变进行修正。

核级设备简化弹塑性疲劳分析中的塑性修正

ASME和RCC-M规范中规定了核级设备简化的弹塑性疲劳分析方法。规范中规定了泊松比效应和应力应变非线性导致的塑性修正因子(K_e)。RCC-M规范提出了分别适用于机械载荷和热载荷作用下的塑性修正因子。文中对蒸汽发生器主给水接管隔热套管进行疲劳分析,采用上述修正因子进行塑性修正并比较。结果表明在总应力中热应力占主导的情况下,ASME规定的塑性修正系数最为保守,RCC-M规定的塑性修正系数次之,泊松比效应导致的塑性修正因子保守性最小。

考虑体应变及干湿循环的黑龙江膨胀土土水特征研究

【目的】探讨初始干密度、干湿循环作用及膨胀土体应变对黑龙江引嫩工程渠基膨胀土土水特征的影响,为松嫩平原地区膨胀土土体的渗流研究及其非饱和本构模型的建立提供参考。【方法】以黑龙江膨胀土为研究对象,采用高速恒温冷冻离心机,对4种不同初始干密度(1.45,1.53,1.58和1.63 g/cm~3)重塑试样及同一初始干密度下1,3,5次干湿循环试样进行恒温冷冻离心试验,同时平行进行4种不同初始干密度下的收缩试验,并对膨胀土进行体应变修正;基于Gardner模型,建立可以考虑体应变及干湿循环影响的土水特征拟合公式。【结果】体应变修正后的土样体积含水率较修正前提高1.4%~2.8%,且基质吸力越高提高的幅度越大;初始干密度为1.45,1.53,1.58和1.63 g/cm~3的4种试样的进气值分别为12.42,38.46,52.21和87.19 kPa,说明初始干密度越大进气值越大,且初始干密度越大试样的土水特征曲线越平缓,持水性越好;随循环次数增加,试样的持水性变差,但会在循环3次后趋于稳定;所建立的土水特征拟合公式能够同时描述基质吸力随初始孔隙比(或干湿循环次数)、体积含水率2个因素的变化规律。【结论】初始干密度及干湿循环作用对黑龙江膨胀土的土水特征曲线有显著影响,同时膨胀土自身性质引起的体应变对土水特征曲线影响较大,在分析膨胀土土水特征时要充分考虑以上因素的影响。

基于应力修正的2195铝锂合金本构模型及热加工性能

针对退火后的2195铝锂合金在变形温度为400~490℃、应变速率为0.01~10 s^(−1)条件下进行等温热压缩实验,对获得的真应力应变曲线进行摩擦力和温升效应的修正,并基于修正后的真应力真应变建立材料的本构关系。结果表明:实验值和预测值的相关系数R为0.99584,平均绝对误差(AARE)为3.698%,表明所建立的本构模型能很好地预测2195铝锂合金在不同变形参数下的流动应力值;基于修正后应力应变数据,通过将流变失稳图(传统热加工图)(conventional hot processing map,CHP)与变形激活能值Q耦合,建立了激活能加工(activation energy processing,AEP)图,优化出合金的热加工窗口为:应变速率<0.4 s^(−1),温度475~490℃。

柔性基体材料封装FBG传感器的应变传递误差分析

由于力学理论和有限元仿真应用于道路结构的分析受材料参数与边界条件等因素影响较大,要获得其准确、真实的受力状态,需借助原位监测技术。然而,日益得到推广应用的高性能光纤光栅敏感元件因其传统的封装方式,无法在模量上匹配相对离散的道路结构测试。为此,本文以沥青路面结构为研究对象,提出了一种以纯沥青为光纤光栅外包层、以小粒径沥青混合料为封装层的柔性基体材料光纤光栅封装技术,建立了其变形作用机理的力学模型,从理论角度分析其应变传递机理,给出了相应的误差修正公式,并通过模型试验方式检验该传感器的感知性能及误差修正公式的适用性。研究结果表明:该种柔性原材料封装光纤传感器可用于沥青混合料的监测,且借助应变传递误差修正公式能较好地消除部分因素的影响,间接地保证了沥青路面结构真实变形的高精度还原,为路面结构监测技术的发展起到了积极的推进作用。

空心包体式钻孔三向应变计测试技术探讨

探讨了澳大利亚CSIRO型空心包体式钻孔三向应变计的测量技术,重点介绍了测量元件应变片的布置形式和利用围压加载试验成果修正原始解除应变实测值的方法。对解除应变实测值的修正提出了具体方法,由修正后的解除应变推算的地应力实测值更精确。在三峡工程永久船闸开挖完成后岩体应力动态变化测量中,具体分析了测量元件应变片黏贴部位和角度的误差所引起的地应力实测值的误差,具体实施了对解除应变实测值的修正,实测的岩体应力动态变化更符合工程实际情况。

等轴细晶TC4钛合金应变补偿本构关系及热加工图的研究

本工作对等轴细晶TC4钛合金进行了热压缩实验,研究了变形温度为800~950℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)下TC4钛合金的变形行为,并建立相应的Arrhenius型本构方程和热加工图,再基于实验获得的真应力应变曲线对本构方程进行应变补偿修正。结果表明:合金的真应力值随温度升高、应变速率下降而减小;修正后本构方程真应力预测值与实验值相关系数R为0.985,相对误差ARRE为6.8%。结合热加工图和相应区域的电子背散射衍射(EBSD)分析可知:失稳区的温度为875~950℃,应变速率为0.3~10 s^(-1),组织特征表现为长条状晶粒;最适宜加工区的温度为800~875℃,应变速率为0.01~0.3 s^(-1),组织特征表现为等轴细晶。

考虑二阶效应GFRP筋-钢筋混合配筋柱承载力计算方法

GFRP筋-钢筋混合配筋柱在土木工程中得到大量应用,进行GFRP筋-钢筋混合配筋混凝土柱偏心受压试验研究,分析配筋面积比、偏心距、混凝土强度以及混凝土保护层厚度等参数对承载力的影响.试件的破坏形式以受压区混凝土压碎破坏为主,受压区GFRP筋鼓曲破坏晚于混凝土破坏.GFRP筋-钢筋混合配筋柱承载力较高,大于GFRP筋混凝土柱.配筋面积比、偏心距、混凝土强度等因素对承载力影响较大,混凝土保护层厚度对承载力影响较小.由于GFRP筋弹性模量较小,使得结构的刚度降低,二阶变形增大,应考虑侧移产生的二次弯矩的影响,通过增大弯矩的方式进行偏压承载力计算.采用界限曲率理论的二阶效应计算方法,引进应变修正系数,基于试验数据得到混合配筋混凝土柱二阶效应弯矩增大系数计算方法.考虑二阶效应的混合配筋偏心受压混凝土柱的承载力的计算结果与试验结果吻合较好.研究结果为混合配筋混凝土柱的工程应用提供理论依据和参考.

GH141镍基高温合金的热变形行为和组织演变

通过热压缩实验研究了GH141镍基高温合金在变形温度为1040~1160℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下的热变形行为和组织演变,分析变形温度和应变速率对流变行为的影响,对流变应力进行摩擦、温度和应变修正补偿,用修正后的流变应力构建更加精准的本构方程并绘制热加工图,分析不同热加工区的微观组织演变以验证得到的最优热加工区。结果表明:压缩流变应力对变形温度和应变速率较为敏感,综合摩擦、温度变化和应变补偿修正的本构方程能较好地预测不同变形条件下的热压缩流变应力,结合热加工图及不同热加工区域内的微观组织演变确定最优热加工区为变形温度1130~1145℃、应变速率为0.1~5 s^(-1),此区域内动态再结晶完全,晶粒内部几乎不存在畸变,晶粒组织为等轴晶,且较均匀。

基于修正固有应变理论的金属3D打印过程残余变形预测

针对金属材料3D打印过程模拟异常复杂和耗时问题,以金属材料激光选区熔化(SLM)加工工艺为研究对象,采用修正固有应变方法,实现3D打印过程残余变形的精确快速预测。考虑到3D打印过程的周期性,对连续两个打印层进行热-弹-塑性耦合分析,通过修正固有应变理论,提取3D打印过程等效的修正固有应变载荷;将提取到的修正固有应变逐层施加到弹性有限元模型,实现3D打印过程高效模拟及残余变形精确预测;通过与3D打印完整过程热-固耦合分析及3D打印试验对比,验证修正固有应变方法预测3D打印残余变形的精确性和高效性。