一种用于大型风电机组叶片自重载荷标定的弯矩解析方法研究

在大型风电机组的机械载荷测试中,叶片自重引起的摆振弯矩和挥舞弯矩的载荷标定精确度直接影响叶片和风轮的载荷测试效果。因此分析叶片自重在应变片测量位置的弯矩解析结果是叶片载荷标定的关键。首先,运用解析几何原理,提出了一种基于优选的三维坐标系和坐标变换的叶片自重弯矩解析方法。其次,为了消除主轴倾角对优选的三维坐标系的影响,提出了一种在优选的三维坐标系中调整叶片重力矢量方向的方法,并推导出了考虑各种影响因素下的弦摆振弯矩、弦挥舞弯矩的解析表达式。最后,在实际的叶片载荷测试项目中,应用两种标定分析方法进行对比,两种方法得到的叶片载荷测试结果具有很好的一致性和代表性。理论分析和试验结果验证了本文所提的叶片自重弯矩解析方法对叶片载荷标定的有效性和可行性。

方拱形波纹钢管廊弯矩解析解及断面参数研究

方拱形结构因空间利用率较高而广泛应用于我国地下综合管廊的建设中,但其结构承载特征、力学机制及相关设计方法研究尚少。为研究方拱形波纹钢管廊结构弯矩的解析计算理论以及合理的断面形式,利用结构力学、土力学基本理论和相关规范,推导方拱形波纹钢综合管廊的弯矩解析解,并用二维平面应变模型对弯矩解析式的正确性进行验证,同时建立不同管顶覆土深度的方拱形波纹钢管廊三维地层-结构有限元数值模型,将数值分析结果与弯矩解析式计算的弯曲应力进行对比,分析弯矩表达式的适用覆土深度,基于弯矩解析表达式对管廊断面参数进行优化分析,并给出推荐断面参数范围。研究表明:1)方拱形波纹钢综合管廊的弯矩解析解与数值解相吻合,理论计算的弯矩与数值解的最大误差为5.79%;2)弯矩解析表达式的适用覆土深度为H≤10 m;3)针对依托工程,计算结果表明管廊断面矢跨比、顶板和侧板跨度比均处于0.6~0.8,管廊结构弯矩分布较合理,有利于保障结构安全。

简支变结构连续小箱梁桥负弯矩区UHPC-NC组合桥面板抗裂性研究

针对当前简支变结构连续小箱梁桥负弯矩区钢束易堵孔、运营中桥面开裂病害等问题,提出一种无负弯矩钢束的UHPC-NC组合桥面板结构。以一座3×30 m简支变结构连续小箱梁桥为研究对象,以正常使用极限状态梁体不开裂为控制准则确定UHPC合理构造尺寸,对所提出的负弯矩组合桥面板结构进行1∶2的缩尺模型试验。试验显示:裂缝首先出现于UHPC-NC交界面处的普通混凝土部分,随后逐渐向UHPC层沿伸,且C50混凝土开裂、梁体破坏对应的截面弯矩分别为3 520,9 152 kN·m(考虑1∶8弯矩缩尺比),大于正常使用极限状态、承载能力极限状态梁体截面弯矩3 300,5 838 kN·m,即该组合桥面板结构满足小箱梁的抗裂与承载能力要求。基于试验结果建立精细化有限元模型,采用参数分析法研究UHPC厚度对梁体开裂荷载、极限承载力等方面的影响。结果表明:梁体开裂弯矩主要由UHPC上覆层厚度决定,相较于普通钢筋混凝土梁,5 cm厚的UHPC上覆层可将梁体开裂弯矩提高28.9%,7.5 cm厚的UHPC上覆层可将梁体开裂弯矩提高41.6%;在配筋率不变的情况下,增大UHPC层厚度对梁体承载力无显著提升。综合考虑梁体受力性能以及施工便利性,建议背景工程UHPC厚度取10 cm。

CFRP-PCPs复合筋加固钢-混组合梁负弯矩区抗裂试验与理论计算

为解决钢-混组合梁负弯矩区混凝土板易开裂而造成刚度减弱的行业难题,以预制的CFRP-PCPs(carbon fibre reinforced polymer-prestressed concrete prisms)复合筋作为中支座的腹筋,并以复合筋的数量、预应力张拉水平和截面尺寸为主要参数设计制作了五根复合筋钢-混组合连续梁和一根普通组合连续梁,研究其在单跨单点荷载下负弯矩区的抗裂性能。结果表明:复合筋能显著增强中支座截面刚度,对负弯矩区的裂缝控制能力提升显著;与普通组合梁相比,复合筋梁的开裂荷载提高近30%,裂缝数量与裂缝宽度减少近50%;复合筋面积是提高裂缝控制能力的主要因素,预应力水平和截面尺寸对开裂荷载的影响较弱;复合筋的开裂荷载与预应力水平、面积正相关,其中预应力水平是影响复合筋效用时长的关键因素。基于现有理论和试验数据,本文提出CFRP-PCPs复合筋钢-混组合梁负弯矩区开裂荷载和复合筋的开裂荷载计算公式,计算结果与试验值较为吻合,可为复合筋在钢-混组合梁桥实际工程中应用提供参考。

Q460高强钢简支梁整体稳定极限弯矩计算式研究

为揭示《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)、《高强钢结构设计标准》(JGJ/T 483—2020)中Q460高强钢梁整体稳定设计方法的差异,提出精确的Q460高强钢梁整体稳定极限弯矩计算式,通过梳理现有文献,提出了钢梁整体稳定极限弯矩的指数形式的一般计算式;根据GB 50017—2017的规定,提出了其稳定系数的统一计算式及对应的“稳定系数-正则化长细比”曲线表达式;提出了理想受弯构件的“稳定系数-正则化长细比”曲线表达式。对比了GB 50017—2017和JGJ/T 483—2020的“稳定系数-正则化长细比”曲线,归纳了其特点,并分析了现有钢梁整体稳定的指数形式极限弯矩计算式存在的问题。基于GB 50017—2017的基准弯矩,提出了Q460高强钢梁整体稳定极限弯矩的指数形式计算式,解决了JGJ/T 483—2020无法直接确定正则化长细比的问题,并采用14个双轴对称、单轴对称工字形截面简支梁的试验数据验证了本文建议公式的精度。研究表明,对于Q460/Q460GJ高强钢简支梁整体稳定的极限弯矩,本文建议的指数形式计算式较现行标准GB 50017—2017、JGJ/T 483—2020中的计算式具有更高的精度。

基于弯矩修正法的浅水区海底直铺管道允许悬跨长度计算

海底管道悬空问题是管道工程建设中经常遇到的重要问题,当管道的悬跨长度达到一定值时,管道较容易失稳,而悬空油气管道失稳破坏导致的后果往往非常严重,因此需要对悬空的海底管道进行定期的维护和处理,但由于海上作业难度大,针对悬空管道的治理成本非常高,因此可考虑对处于悬空但在安全允许悬空范围内的管道暂时不进行加固,此时就需要计算管道的允许悬跨长度,为管道的治理提供依据。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道的悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。本文考虑浅水区波浪的非线性影响,推导得到浅水区波浪场内任意一水质点的水平流速和竖向流速计算公式,并根据该公式和Morison方程,进一步建立了管道悬跨水动力载荷的表达式,最后基于弯矩修正法,提出浅水区平铺海底管道允许悬跨长度计算公式。根据工程实例,结合本文研究,计算得到该工程所在海区平铺管道允许悬跨长度。

自复位转动摩擦阻尼器弯矩-转角恢复力性能研究

为了满足减震结构对可恢复功能的要求,针对传统摩擦阻尼器不具备自复位能力震后存在较大残余变形的问题,提出了一种基于形状记忆合金的自复位转动摩擦阻尼器,由摩擦耗能装置和形状记忆合金自复位装置组合而成。介绍了该SCRF(self-centering rotating friction)阻尼器的构造形式、工作原理,通过理论推导建立了SCRF阻尼器的弯矩-转角恢复力模型,通过ABAQUS软件有限元数值分析结果对弯矩-转角恢复力模型进行了验证,分析了低周往复荷载作用下SCRF阻尼器的滞回性能,并进行了参数分析。结果表明:有限元计算结果与阻尼器恢复力模型结果吻合良好;提高接触面间的摩擦因数与斜面高度可以提高阻尼器的最大承载力、耗能能力、有效刚度,但是超过一定限值的斜面高度会降低阻尼器的自复位能力;施加SMA螺栓预紧力可以提高阻尼器的摩擦启动弯矩,对于阻尼器的耗能能力与最大承载力影响不大。

考虑弯矩影响的含腐蚀缺陷X80管道失效内压的计算方法

通过非线性有限元方法研究了弯矩影响下含腐蚀缺陷X80管道失效内压与腐蚀缺陷深度、长度、宽度等参数的相关性,并给出相应的失效内压预测方法。结果表明:弯矩,腐蚀缺陷尺寸(深度、长度和宽度)等均会对含腐蚀缺陷高钢级管道的失效内压产生影响,给出的弯矩影响下含腐蚀缺陷高钢级管道的失效内压预测方法可以准确预测管道的失效内压,对实际工程具有指导意义。

Ⅱ型截面双层组合梁摩擦型螺栓连接节点弯矩分配系数

为探究Ⅱ型截面双层组合梁摩擦型螺栓连接节点翼缘和腹板的弯矩比,通过对3种腹板螺栓布置形式的Ⅱ型截面双层组合梁连接节点接触面滑移特征和力学传递机理的分析,进行Ⅱ型截面组合梁螺栓连接节点弯矩分配系数研究。结果表明:组合梁摩擦型螺栓连接节点滑移和力学传力过程可分为翼缘外接触面未完全滑移和完全滑移以及翼缘内接触面完全滑移3个阶段;组合梁摩擦型螺栓连接节点接触面承担弯矩与无连接板截面弯矩之和等于该梁截面处的理论弯矩,腹板接触面承担的弯矩主要由其上的水平摩擦力承担;摩擦型螺栓连接节点接触面上的摩擦力随节点滑移而重新分配,腹板螺栓布置形式对连接节点弯矩分配系数影响明显;根据推出的组合梁摩擦型螺栓连接节点的弯矩分配系数计算式所得结果与数值模拟结果吻合良好,最大误差为7.13%,该计算可用于优化螺栓连接设计。

桨叶挥舞弯矩动态修正数字镜像修复方法研究

针对直升机旋翼载荷测量飞行试验中因测试系统故障而引起的桨叶挥舞弯矩测试数据无效问题,提出了一种稳态工况动态线性修正数字镜像修复的新方法。基于桨叶挥舞弯矩产生机理和相关特性,构建动态线性修正数字镜像修复模型,通过分析样例桨叶飞行试验有效测试数据的特性及其相关性特征,利用备份桨叶相同展向站位的有效数据,确立不同稳态工况整周期动态线性修正因子,最后采用样例桨叶实测数据验证了这种方法的合理性和有效性。该方法为挖掘与分析含无效数据信道的桨叶试验测量的结构载荷特性提供了一种可行的新方案。

窄幅钢箱-UHPC组合梁负弯矩下抗弯性能试验研究

为改善钢-混凝土组合梁负弯矩下的受力性能,提出一种新型窄幅钢箱-超高性能混凝土(UHPC)组合梁。通过6根试验梁的反向静力加载试验,得到试验梁受力全过程跨中荷载-挠度、荷载-应变、荷载-最大裂缝宽度关系曲线、裂缝发生发展及破坏形态等,基于简化塑性理论推导出了组合梁极限抗弯承载力计算公式。结果表明:窄幅钢箱-UHPC组合梁在负弯矩下具有良好的受力性能;提高配筋率、钢纤维掺量和UHPC相对板厚都可在一定程度上改善组合梁延性,提高其极限抗弯承载力;翼板配筋率对承载力影响较大,配筋率由1%增加至2%时,其极限抗弯承载力提高了15%;钢纤维掺量和UHPC相对板厚对初始开裂荷载影响较大,钢纤维掺量从1%增加到2%时,初始开裂荷载提高32%,UHPC相对板厚由0增加到0.5时,初始开裂荷载提高56%;增加钢纤维掺量和UHPC相对板厚可有效控制裂缝宽度,减少结构主裂缝数量,改善组合梁耐久性;组合梁极限抗弯承载力计算公式计算值与试验值吻合较好,表明塑性理论适用于窄幅钢箱-UHPC组合梁的承载力计算。

RC框架梁端负弯矩纵筋部分置于梁侧楼板对性能的影响及构造问题分析

为适应建筑多功能、大跨度、重荷载、高抗震的发展要求,框架梁端部负弯矩纵筋配筋率通常较高,节点区钢筋过于密集,混凝土施工质量不易保证,对结构综合性能有不利影响。先对梁端负弯矩纵筋部分设置于梁侧楼板内(简称APNRFS)的布筋方式进行阐述,然后基于试验结果分析探讨了该配筋方式对结构性能带来的变化及相关构造问题。研究表明:梁端采用APNRFS布筋方式一般不会降低框架梁的承载力;梁端的弯曲变形能力和结构抗震性能有一定提高;移至板内的梁负筋布置宽度宜小于有效翼缘宽度范围;移至板内的梁端负筋宜同时兼作楼板负筋;横向分布筋参与受力,设计中应适当增配。

平面内弯矩作用下T形圆管相贯节点热点应力分布

本文针对平面内弯矩作用下的T形圆管相贯节点焊缝处热点应力分布开展研究.利用径向拉伸法建立了T形圆管相贯节点的有限元网格模型,对热点应力分析结果的可靠性进行了网格密度分析和试验对比分析,提出了满足计算精度要求的基本密度网格.通过无量纲几何参数分析归纳了热点应力沿相贯线的环向分布规律及几何参数影响规律,发现了冠点波峰分裂现象及分裂过程中波峰曲线的三种变化形态,在此基础上提出了采用以π为周期的系数来修正冠点曲线形状的波形修正方法及分布曲线参数公式.与伦敦大学学院(University College London,UCL)两位学者的公式和试验数据进行对比分析,结果表明本文公式具有更简洁的表达形式和更高的精度.

考虑车辆轴荷比与弯矩极值的三维负载分布图构建方法

目的探究货车装载平衡问题中货物质量分配的精确量化方法,旨在为实际装车提供指导。方法针对在标准载重下的某品牌货车,通过力学分析建立平衡方程,建立以最佳轴荷分配和最小化车厢弯矩为优化目标的数学模型,并纳入车厢允许弯矩、载荷转移比(LTR)及货物平均密度等约束条件。采用改进的模拟退火算法进行迭代优化,寻找最优装载布局,并利用Matlab软件进行三维负载分布图的绘制。结果根据三维负载分布图,对某装车平台生成的装车方案进行优化,优化方案轴荷比为0.3873,较原方案更加接近理想轴荷比,同时车厢弯矩峰值也降到4579。总体表现为货物总重心分布更合理,弯矩和剪力图更平滑,表明车辆负载状态得到明显改善。结论考虑轴荷比与弯矩极值的三维负载分布图构建方法,能够解决具体货车装车场景下货物质量精确分配的难题,优化了车辆的载重平衡,减少了安全隐患。实例验证表明,可依据该方法生成装车指导图并调整装载布局,对实际装车作业具有指导价值。

考虑结合面影响的弯矩载荷下法兰螺栓载荷计算方法

针对法兰结构的结合面和螺栓共同承受外部弯矩载荷,基于梁的纯弯理论,依据梁的弯曲平面假设及单向受力假设,提出一种基于法兰整体惯性矩的螺栓载荷分析方法。该方法通过计算法兰结构在弯矩载荷下法兰结合面、螺栓的整体惯性矩,再根据弯矩载荷计算最大螺栓载荷。该方法根据法兰结合面尺寸、螺栓分布计算螺栓载荷,不受法兰结构形式的影响。采用该方法、有限元法、中心回转计算法、偏心回转计算法对典型法兰结构在弯矩载荷下的螺栓受力进行分析,该方法与有限元分析方法计算结果一致,相对于其他方法具有更高的精度。将该方法、中心回转计算法、偏心回转计算法应用于带有翼板的法兰结构,该方法得到的螺栓载荷相对较小。

预应力UHPC-RC无腹筋组合梁足尺模型抗弯试验及极限弯矩计算研究

为了解预应力UHPC-RC无腹筋组合梁(简称组合梁)的抗弯性能,以2座组合梁桥实际工程为背景,分别制作25 m长工字形组合梁及30 m长箱形组合梁足尺模型进行抗弯试验,研究组合梁在弯曲荷载下的裂缝发展形态、荷载~挠度曲线及不同截面高度应变等。结果表明:2种组合梁最终受弯破坏时,1条主裂缝快速发展为贯穿弯曲裂缝,组合梁裂缝细密;荷载~挠度曲线较为饱满,刚度折减较普通预应力混凝土梁明显推迟,结构性能更为优良;开裂前组合梁截面受力发展满足平截面假定,出现主裂缝后逐渐不满足平截面假定。为考虑组合梁截面在极限状态不满足平截面假定的情形,基于UHPC材料本构关系,提出采用体外预应力筋极限理论推导组合梁极限弯矩计算方法,并将该方法与平截面假定理论计算结果及试验结果进行对比。结果表明:提出的组合梁极限弯矩计算方法较平截面假定理论计算方法能更好地反映结构受力。

混凝土桥梁结构配筋率和开裂弯矩计算方法分析

文章针对混凝土桥梁中配筋规范的不足进行研究,从力学含义和理论推导过程出发,对最小配筋率、开裂弯矩和相对界限受压区高度进行分析,通过例题进行说明验证。结果表明,全预应力构件的普通钢筋最小配筋率应根据预应力配置情况综合确定,修改为“全预应力-普通钢筋辅助配筋率”较为合适;开裂弯矩求解建议按照本构关系求得受压区高度的方式进行,而非通过塑性发展系数公式;相对界限受压区高度的规范公式普通混凝土梁采用钢筋抗拉强度标准值更合理,预应力混凝土梁采用更大的钢绞线抗拉强度设计值,即定义更高的钢绞线极限应变更为适合。该研究的创新之处在于对现有规范的深入分析和修正,为规范使用和工程实践提供了进一步的参考。

深基坑嵌岩地下连续墙弯矩计算及风险评估研究

深基坑嵌岩地下连续墙弯矩承载能力是评估工程风险的重要指标,现有基于监测数据的计算方法无法定量分析上软下硬复杂地质条件下围护墙弯矩特性。文章提出了一种基于弹性地基梁力学模型与监测数据融合的方法,开展了深圳某基坑施工过程嵌岩围护墙弯矩计算与风险评估研究,结果显示围护墙最大测斜变形、嵌岩处弯矩和安全余量分别为67mm、2080kN·m和0.44,可作为基坑嵌岩围护墙断裂风险判别准则,为工程安全施工提供指导意义。

不等端弯矩偏压钢管超高强混凝土柱力学性能研究

为了探究不等端弯矩偏压钢管超高强混凝土柱的力学性能,以端弯矩比和偏心率为研究变量,对14根圆形不等端弯矩偏压钢管超高强混凝土柱进行试验研究。结果表明:试件的端弯矩比和偏心率越大,其刚度和极限承载力越小;端弯矩比对试件的破坏形态有显著影响,且所有试件最终都发生了失稳破坏。