基于总安全系数法的系统锚杆支护承载能力试验研究

鉴于隧道现行规范缺乏系统锚杆支护的承载能力分析方法,总安全系数法提出了锚−岩承载拱的荷载结构模型与承载力计算方法,在理论上实现了锚杆的量化设计,但缺少试验验证。基于此,从结构试验角度研制了大型隧道结构模型试验系统,开展了毛洞与不同间距系统锚杆支护下的锚−岩承载拱结构承载试验。通过监测围岩内部应力−应变、隧道位移与锚杆应变,分析了围岩与锚杆材料的破坏状态与破坏荷载,研究了锚−岩承载拱变形与受力特征、锚杆轴力分布。对比分析了模型试验的结构承载力与总安全系数法理论下锚−岩承载拱的计算承载力。研究结果表明:锚杆能有效地与围岩协同承载,显著增加围岩的侧限力,提高围岩抗压强度与承载能力;试验得到的锚−岩承载拱承载能力与理论计算结果较为吻合,表明了总安全系数法的锚−岩承载拱计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

计及随机性的多分布式电源接入中压配电网承载能力评估

电力系统的源侧和荷侧均具有随机性,影响配电网接入分布式电源的容量分析。为此,提出了一种考虑源荷随机性的中压配电网多分布式电源承载能力评估方法。首先,将分布式电源和负荷出力分解为可预测变量和随机变量,结合序贯蒙特卡洛模拟法,分别模拟时序周期内源荷随机生产模型。其次,在划分供电分区和简化源荷接入位置基础上,以各供电分区可接入分布式电源容量最大为目标,考虑传输容量、电压偏差、短路电流等约束,对配电网承载能力模型进行随机潮流求解。然后,以指标变化量和限值距离为衡量依据,确定多分布式电源有序接入策略,防止局部运行参数不优而导致配电网对分布式电源承载能力受限。最后,将该模型应用在中部某城市的区域配电网中,验证该方法的可行性和有效性。

面向起重机结构承载能力评估的数字孪生系统构建方法

针对当前起重机本质安全所面临的监测力度差、能力指标单一、数据利用率不高导致承载能力评估效率低、评估结果不够全面的问题,本着“虚实互控-互调-互补”的思想,提出面向起重机结构承载能力评估的数字孪生系统构建方法。从设备服役场景出发,结合数字孪生五维模型,设计起重机结构承载能力数字孪生框架;以多指标下的结构承载能力动态综合评估方法为支撑,围绕虚实映射、数据交互与服务交互,分层分级阐述结构承载能力数字孪生系统构建方法;从模块内聚,功能集成的角度,搭建数字孪生系统平台。以YDC20/30轻小型移动式起重机为例,验证了所提方法及系统的有效性,为及时精准判断起重机服役过程中的安全性提供了一种新途径、新策略。

基于总安全系数法的喷射混凝土支护承载能力的试验研究

为验证总安全系数法中喷层的荷载结构模型及其安全系数计算方法,研制大型隧道结构模型试验系统,采取结构试验的方法,开展毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏试验。通过围岩和细砂材料的三轴试验明确模型试验中各材料的物理与力学参数,模拟毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏全过程,依据破坏状态明确喷层与二次衬砌的设计承载能力,试验中监测围岩应力应变、喷层内外侧应变和喷层位移,结合监测结果分析喷层与二次衬砌在承载过程中的变形特征与受力特征,明晰喷层与二次衬砌的承载机制,并与总安全系数法理论计算结果进行对比分析。结果表明:1)在试验断面条件下喷层受力状态为小偏心受压,喷层与围岩之间的粘结能有效传递剪力,从而减少了喷层的弯矩,有利于充分发挥喷层的抗压强度,同厚度情况下喷层的设计承载力要高于二次衬砌;2)试验得到的厚度为2 cm和4 cm喷层的设计承载力比总安全系数法理论计算结果分别大27.0%和22.9%,表明总安全系数法的喷层承载力计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

提升新能源承载能力的抽水蓄能容量配置研究

考虑区域电网可靠性和安全性指标,提出了提升新能源承载能力的抽水蓄能容量配置方法。首先,分析风电场、光伏电站实测出力数据,采用Copula理论和K-means聚类生成了考虑风光相关性的典型出力场景。其次,建立了提升区域电网新能源承载能力的抽水蓄能容量配置模型,以失负荷概率和电量不足期望指标为约束,基于风光典型出力场景评价区域电网的最大新能源承载能力,结合抽水蓄能运行模型,通过配置抽水蓄能最小装机容量提升新能源承载能力。最后,以电压越限风险和潮流越限风险指标作为安全性校验,采用概率潮流分析区域电网的运行风险。改进IEEE-39节点系统算例分析结果表明,配置抽水蓄能将可承载新能源的装机容量占比提升至64%。

圆柱及环面蜗杆传动副承载能力分析与试验

针对某工程机械的实际运行工况和设计参数要求,建立蜗杆传动副优化设计目标函数及工况约束。设计并优化圆柱蜗杆传动副和环面蜗杆传动副,分析2类蜗杆传动副在工作载荷和静态自锁载荷下的齿面接触特性;研制对应2种类型蜗杆副传动样机,搭建传动副样机性能测试试验台,开展传动副的负荷运转试验并对比考察齿面磨损情况。结果表明:在相同的设计参数、加载方法和加载载荷下,环面蜗杆副相较于圆柱蜗杆副,同时接触齿对较多,齿面等效应力和等效应变较小,齿面磨损较轻,承载能力更高。

飞机薄壁件损伤铆接修理前后承载能力分析

铆接是飞机结构损伤修理中常用的修理方法之一。为深入研究飞机薄壁件损伤铆接修理前后的承载能力和破坏形式,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了其三维有限元模型,进行了准静态拉伸仿真模拟,并将相应的模拟结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:有限元分析能有效模拟飞机薄壁件损伤铆接修理前后的承载能力和破坏形式;同时,进一步分析了铆钉布置和盖板形状对飞机薄壁件损伤铆接修理前后承载能力的影响。这些结果为研究飞机结构铆接修理工艺参数优化设计提供了参考依据。

城市轨道交通车站系统韧性承载能力评估指标体系研究

城市轨道交通发展迅速,运营环境日渐复杂,其车站系统具有高负载、高频率运营和处于地下空间环境等特点,导致安全风险提升及事故发生。对车站系统韧性承载能力评估指标体系进行研究,旨在准确评估系统韧性,提高车站系统韧性水平。通过分析车站系统韧性承载能力的影响因素和相关调研,构建由102个指标构成的原始指标库,并初步筛选出42个指标。基于车站系统特点,构建DEMATEL-ISM复合模型,对指标进行二次筛选。通过对指标原因度、中心度、区域联通性、初始发出层、最终接收层的分析,建立了四类(27个)指标构成的城市轨道交通车站系统韧性承载能力评估指标体系。研究结果可为车站系统韧性评估计算提供参考。

基于新能源承载能力的配电网电采暖负荷动态优化调度策略研究

随着配电网中新能源渗透率的增加,配电网新能源承载能力受到挑战。电采暖负荷有一定的可调节性,具有参与配电网负荷调度的潜力,如何通过负荷调度提升配电网新能源承载能力具有重要现实意义。文章提出一种考虑新能源承载能力的配电网电采暖负荷动态优化调度策略。首先,构建了蓄热式电采暖负荷的调控模型;然后,以配电网台区新能源承载能力为目标,以配电网负荷波动平抑、配电网稳态安全运行和电采暖负荷用户舒适性为约束,建立了配电网电采暖负荷动态优化调度模型,并提出基于量子遗传算法的求解策略。采用拉丁超立方抽样法生成典型应用场景,进行配电网新能源承载能力调度策略的适用性分析。算例结果表明,所提方法能够充分考虑电采暖负荷的调控潜力,提高配电网新能源的应用水平。

基于荷载试验的预应力混凝土刚构桥承载能力评估

为了检测高墩大跨宽体箱梁刚构桥的桥梁承载能力及其动力特性,了解桥梁的健康状况,分析是否能满足设计及使用的要求。以凤凰特大桥为工程背景,建立有限元分析模型,通过静载试验和动载试验的结果与计算模型理论值进行对比和分析。在静载试验下,该桥的挠度校验系数为0.710~0.884,应变测点校验系数为0.603~0.800,相对残余应变和相对残余变位均小于20%。动载试验下桥梁左右两幅自振振动频率最小值为4.103 Hz,实测桥跨最大冲击系数为0.039。凤凰特大桥主桥左幅、右幅静载试验结论表明桥跨在正常使用状态下的承载能力能够满足公路-Ⅰ级汽车荷载的使用要求,动载试验结果表明,受检桥跨的实测自振特性及动力响应满足设计要求。

桥梁承载能力多水准可靠度评定方法

为在中国桥梁评定规范中引入“保守设计,非保守评定”的思想,提出一种“新-旧桥”两水准可靠度评定方法.对比分析了中、美桥梁评定规范分析检算公式、评定可靠指标和分项系数的异同,并将美国规范通过折减活载分项系数调整评定可靠度的方法引入中国规范中.首先提出了将新桥设计可靠指标折减0.5作为旧桥评定可靠指标的方法,之后通过一次二阶矩方法对不同受力形式、不同荷载运营状况的评定活载分项系数进行校准,给出了“新桥1.4,旧桥1.2”的评定活载分项系数取值建议,最后通过一个RC简支T梁桥评定算例验证了方法的可行性.结果显示,所提出评定方法与规范方法相比最不利需求能力比降低了0.07,实现了在役旧桥的非保守评定.

双层耐压加筋圆柱壳结构承载能力与抗爆性能分析

[目的]为了探究不同层间加强筋形式对双层圆柱壳承载能力与抗爆性能的影响,对4种双层加筋圆柱壳在静水压力与水下爆炸载荷下的响应进行数值研究。[方法]首先,建立等质量不同结构形式加筋圆柱壳的有限元模型;然后,利用有限元软件ANSYS计算分析圆柱壳的结构形式对圆柱壳强度、稳定性和极限承载能力的影响;最后,利用有限元软件Abaqus/Explicit计算分析圆柱壳的结构形式对圆柱壳在爆炸载荷下的变形和塑性应变的影响。[结果]结果显示,与等质量的传统单层加筋圆柱壳结构相比,I形加强筋双层圆柱壳的承载能力具有较大的优势;当爆炸载荷水平较低时,肋骨间距较小的双层圆柱壳的抗爆性能相当,而当爆炸载荷水平较高时,肋骨间距较小的双层圆柱壳的抗爆性能则会降低。[结论]研究表明,合理设计双层加筋圆柱壳的结构形式能够获得承载能力与抗爆综合性能较好的设计方案。

带纵横裂缝的既有实腹式拱桥承载能力验算

既有桥梁在使用过程中受各种因素影响,会产生各种病害,特别是其自身结构性裂缝会对桥梁结构承载能力产生很大影响。依托湖北荆州某钢筋混凝土实腹式拱桥专项检测数据,考虑纵横向结构性裂缝对桥梁主体结构承载力的影响,利用桥梁博士软件进行建模分析,验算其承载能力。计算结果显示,在纵横向结构性裂缝的影响下,该桥仍能满足城市B级车辆及人群荷载作用下的使用要求。

复合壳体水中高静压试验及极限承载能力分析

[目的]旨在实现在水中高静压环境下对结构应变的准确测试,同时探究复合壳体在水中高静压环境下的极限承载能力大小以及不同初始缺陷的影响。[方法]首先,开展复合壳体水下高静压试验,提出基于高压防护装置的水下高静压3D-DIC测试方法,获得结构在15 MPa水压下的应变;然后,将其与有限元模型模拟结果进行对比,验证3D-DIC测试系统在水中高静压环境下的可行性以及数值模型的正确性;最后,在此基础上针对不同初始缺陷条件对复合壳体极限承载能力的影响开展仿真计算。[结果]结果显示,试验结果与数值仿真结果的平均误差为5.1%;不同模态下复合壳体的极限承载能力与添加的几何缺陷大小呈二次函数关系,其中,一阶模态下极限承载能力的变化梯度为1.48~2.12 MPa/mm,三阶模态下极限承载能力的平均变化梯度为1~4.32 MPa/mm。[结论]3D-DIC测试技术在水中高静压环境下可以对复合壳体进行准确的应变测量。在水中高静压环境下,几何初始缺陷在很大程度上影响复合壳体的极限承载能力,其中三阶模态的影响程度大于一阶模态。

基于耗水平衡的喀什噶尔河流域水资源承载能力研究

喀什噶尔河流域作为塔河“九源一干”之一,在经济发展过程中暴露出一系列的水资源问题,为了更好地了解流域社会经济发展阈值和水资源开发能力,以现状水资源开发利用问题为导向,通过规划修编中开展的水资源评价成果,在分析水资源量、现状耗水分析的基础上,建立了基于耗水的水资源承载能力供需平衡模型,提出不同情景下,在确保生态安全的前提下流域所承载的灌溉面积。结果表明,流域在实施工程措施和节水措施的条件下,按照“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的原则,流域可承载的灌溉面积约为841万亩,若流域用水节水水平达到先进水平,或可承载当前灌溉规模。流域水资源承载能力研究对流域经济社会高质量发展、贯彻落实粮食产能提升行动具有重要战略意义。

加筋曲板结构抗弯承载能力分析

将正方、蜂窝和内凹加筋构型引入热塑性聚乳酸曲板结构,在三点弯曲工况下,通过实验测试和仿真计算研究了加筋构型、弯曲程度和内外侧加筋方式对其抗弯承载能力的影响,并对实验和仿真结果进行了对比分析。结果表明,不同加筋构型的热塑性聚乳酸加筋曲板结构的抗弯承载能力存在一定差异,负泊松比内凹构型有助于结构承载和抗裂,但主要影响线弹性阶段,在塑性屈服阶段蜂窝构型抗断裂能力更好。结构的抗弯承载能力与其弯曲程度成反比。改变蜂窝构型和内凹构型的胞元内角度能够提升结构承载能力。采用外侧加筋方式的结果优于内侧加筋方式,两者的最大应力均位于各自的面板层。

玄武岩纤维缠绕成型管道的损伤及承载能力研究

玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced composite, BFRP)具有耐腐蚀性强、比强度高、环保等优点,正确评价BFRP管道性能的可靠性和承载能力是将其应用于高附加值的油气输送领域的基础。对于玄武岩纤维(basalt fiber, BF)缠绕成型的复合材料管道,首先在细观尺度上获得浸胶纤维束的强度。然后,沿着管道的轴向和环向分别截取试件,测量了两种试件的拉伸强度;基于试验结果和有限元模拟,研究了管壁结构层在拉伸、压缩以及剪切载荷作用下的损伤演化,得到结构层的宏观本构模型。最后,建立了BF缠绕成型管道的有限元模型,研究纤维性能离散对管道承载能力的影响。结果表明,纤维有效含量对管道承载能力的影响很大,从纤维生产和管道成型工艺等方面降低纤维增强作用的离散性对于准确预测管道的承载可靠性,推动BF复合材料在油气管道领域的应用至关重要。

基于可能性理论的低压配电网分布式光伏承载能力评估方法

分布式可再生能源高比例渗透是未来新型配电系统的核心特征。大规模分布式光伏接入低压配电网,给配电网运行带来严重过电压问题的同时,系统的不确定性与日俱增,亟需开展不确定环境下低压配电网分布式光伏承载能力的研究。为此,提出一种基于可能性理论的低压配电网光伏承载能力评估方法。针对源-荷不确定性的差异,分别建立光伏出力区间模型和负荷模糊模型;定义可能性违规风险以量化配电网在运行中由不确定性带来的过电压风险;在此基础上,提出考虑可能性违规风险的分布式光伏承载能力评估方法。采用IEEE 34节点标准算例,通过对比所述方法与传统确定性光伏承载能力评估方法,验证所述方法的优越性与有效性。此外,分析仿真参数对评估结果的敏感度,并进一步探索配电网中有载调压变压器抽头位置与静止无功补偿器参数对网络光伏承载能力的影响。最后,在IEEE 123节点配电网中验证所述方法在更广泛系统上的应用。结果表明,该方法在评估中能够有效考虑源-荷的不确定性以及由此导致的电压违规风险,运营商可以根据配电网状况在可承受的风险内最大化网络光伏承载能力。

复合材料修复内壁减薄柱壳承载能力试验与数值研究

为解决水下由于腐蚀导致内壁减薄柱壳易失稳的问题,开展复合材料修复内壁减薄柱壳承载能力试验及数值研究。本研究通过制作初始柱壳和不同减薄程度的修复柱壳模型,进行静水压力试验,并利用非线性数值分析方法研究修复柱壳的屈曲机理以及修复参数对修复柱壳承载能力的影响规律。结果表明:经复合材料修复后的减薄柱壳能有效恢复承载能力,且修复厚度对性能提升具有显著影响。但当修复参数达到一定阈值时,承载能力趋于稳定。该研究结果对于指导和推动复合材料修复水下设备的应用研究有重要的参考价值。

连续梁桥影响线识别与承载能力快速评估试验研究

针对桥梁静载试验过程存在的重载静置、交通阻误等问题,利用桥梁影响线具有完整反映结构各截面抗弯刚度的优势,提出一种基于影响线的桥梁承载能力快速评估方法。该方法仅利用单辆重车移动加载获取包含桥梁影响线信息、结构动力成分和车辆多轴效应的桥梁时程响应,首先采用变分模态分解剥离桥梁时程响应中的动力成分;其次根据采样频率及车辆轴距构建桥梁影响线识别数学模型,从而剔除桥梁时程响应中的车辆多轴效应,利用Tikhonov正则化解得桥梁影响线的稳定解;然后通过在桥梁影响线上开展虚拟加载,重构桥梁虚拟静力响应,并采用传统校验系数法评价桥梁承载能力。通过三跨变截面连续梁桥数值算例验证影响线识别方法的有效性,建立误差指标定量评价影响线识别结果的准确性,从而对某三跨连续钢混组合梁桥开展静载试验与承载能力快速评估试验研究,在预设车道实施车辆移动加载,识别桥梁中跨跨中截面挠度、应变影响线,进而开展虚拟加载研究,进一步验证所提承载能力快速评估方法的可行性与实用性,为桥梁承载能力“轻量化”快速筛检提供方法支撑与案例借鉴。