模块化钢结构梁柱子结构抗连续倒塌性能研究

模块化钢结构作为一种高度预制的装配式建筑,具有工业化程度高、绿色节能环保等优点。但是,由于模块化钢结构体系超静定次数较低,其在极端荷载工况下的抗连续倒塌性能应予以特别关注。模块化钢结构梁柱子结构作为主要的传力路径,具有多梁多柱等有别于传统框架梁柱子结构的特点,需对其抗连续倒塌性能开展研究工作。该文针对采用螺栓-角件连接节点的模块化钢结构梁柱子结构进行Pushdown试验及数值模拟,分析了在双柱失效、单柱失效工况下试件的破坏模式和抗连续倒塌机理。结果表明,梁柱子结构在两种工况下的受力机理不同:在双柱失效工况下,梁柱子结构抗力主要由梁机制提供,加载后期抗力提供方式体现出一定的悬链线机制,并随水平连接板厚度的增加而增强;在单柱失效工况下,子结构抗力主要由模块间水平连接抗剪能力提供,由梁机制及悬链线机制提供的抗力较小。

基础激励下裂纹梁结构疲劳寿命预测模型

为了发展基于模型的裂纹梁结构疲劳寿命预测方法,提出了一种新的三维裂纹梁单元刚度矩阵。基于该刚度矩阵,建立基础激励下裂纹梁结构的三维有限元模型。推导三维裂纹梁单元的应力强度因子,建立三维裂纹梁单元的疲劳裂纹扩展模型。采用振动响应与裂纹扩展增量交互计算方法,计算循环载荷作用下裂纹梁结构的疲劳寿命。研究结果表明:裂纹梁结构寿命预测模型较好地体现了疲劳裂纹扩展寿命与基础激励参数、结构参数和裂纹参数之间的内在关系,反映了基础激励对裂纹梁结构疲劳寿命的影响。最后通过实验对模型进行了验证。

托顶煤巷道锚固“梁-拱”结构分类及顶板冲击失稳机制

我国煤矿托顶煤巷道冲击地压频发,且冲击动载下顶板灾害尤为严重。为探究托顶煤巷道顶板锚固结构类型和冲击失稳机制,以陕西某矿301工作面回风巷道大面积冲击垮顶为工程背景,运用相似实验、理论分析及数据统计等方法,分析了托顶煤巷道围岩应力、位移和巷表加速度的动载响应特征,研究了顶煤厚度与支护构件影响下顶板锚固结构的分类特征,探究了弹性波下托顶煤巷道的应力响应机制,提出顶板锚固“梁-拱”结构的冲击失稳机制,评估了301工作面回风巷道的抗冲能力,并提出了相应的抗冲支护优化方案。结果表明:①冲击动载下托顶煤围岩应力和位移等监测数据验证了顶板存在内、外层的梁或拱形锚固结构,因顶煤厚度增加,顶板内层锚固结构存在由“梁”向“拱”的转换;②基于顶煤厚度与支护构件相对关系,将顶板锚固结构划分为薄顶煤的“叠加梁-拱”、厚顶煤的“组合梁-拱”和特厚顶煤的“组合拱”,建立了厚煤梁由“梁”向“拱”转化的临界厚度指标;③顶板锚固梁结构和锚固拱结构的冲击失稳机制为动静载荷下分别达到其拉伸、剪切强度极限后破坏,锚固“梁-拱”结构对冲击载荷的放大效应受其尺寸影响明显;④特厚顶煤的“组合拱”结构中内层拱承载强度较低,可增加锚杆长度提升内层拱厚,对应的“组合拱”结构的承载能力上升明显,与抗冲能力评估结果相符。

蜂窝梁柱子结构抗连续性倒塌性能研究

目的研究蜂窝梁柱子结构的抗连续性倒塌性能,为工程应用提供设计依据。方法基于拆除构件法,应用ABAQUS有限元分析软件建立蜂窝梁柱子结构与实腹梁柱子结构模拟模型,研究在中柱失效作用下的结构性能,分析孔型、开孔率和首孔距离等参数对蜂窝梁柱子结构抗连续性倒塌性能的影响。结果蜂窝梁柱子结构相比于实腹梁柱子结构的峰值承载力增长64.26%,所对应的位移增长73.57%;蜂窝梁良好的成铰机制使悬链线效应发展更充分;孔型、开孔率、首孔距离对其破坏模式、峰值荷载、悬链线效应发展程度均具有一定影响。结论蜂窝梁柱子结构具有良好的抗连续性倒塌能力,孔型宜为圆形或六边形,开孔率宜取40%~60%,首孔距离宜取0.75~1.0倍梁截面高度。

高度修正实现刚度等效的梁结构有限元建模方法

民用飞机中对于梁结构的有限元建模,一般采用刚度等效方法将梁建成杆单元与剪切板单元的组合形式,这种有限元简化方法仅能保证截面刚度与真实截面刚度近似等效,但有限元中的截面面积与实际面积却相差较大,致使有限元分析的结果不能准确反映结构严重部位的应力情况。针对传统刚度等效有限元建模方法的不足,提出一种采用高度修正的刚度等效有限元建模方法;将该方法的计算结果与传统建模方法的计算结果、理论计算结果、试验测量结果进行对比。结果表明:本文提出的高度修正的有限元建模方法比传统杆板系建模方法更准确,与试验结果更接近;将该方法用于民用飞机结构有限元建模,能够对真实结构进行更准确地模拟,分析结果也更精确。

梁桁组合结构高铁斜拉桥的收缩徐变分析——以西十高铁汉江特大桥为例

梁桁组合结构高铁斜拉桥中,混凝土收缩徐变对桥面线性的平顺性及行车的舒适性有直接影响,是桥上能够铺设无砟轨道的关键因素。因此,为分析收缩徐变对梁桁组合结构受力和变形的影响,依托新建西安至十堰高铁汉江特大桥工程,采用CEB-FIP90徐变计算模型,通过建立有限元模型分析收缩徐变影响下主要构件的内力和变形,评价各主要受力构件刚度变化对徐变变形的贡献程度,研究改善收缩徐变变形措施。结果表明:(1)收缩徐变引起主梁跨中下挠、桥塔向跨中侧偏移,同时引起主梁和桥塔的压缩变形,5年完成的收缩徐变变形占前10年的70%以上,且主梁产生的收缩徐变贡献超过50%;(2)收缩徐变引起斜拉索索力松弛,运营30年的最大变化率在5%以内;(3)收缩徐变引起主梁应力及上下缘应力差变化,随着运营时间增加主梁跨中区域应力差增大明显,主要表现在下缘压应力储备降低;(4)随着桥塔刚度、主梁刚度、加劲钢桁刚度增大,收缩徐变引起的变形有所减小,而斜拉索刚度则产生相反的趋势。(5)延长铺轨时间、适当增加底板钢束面积、增加斜拉索索力以及在跨中加劲钢桁上弦灌注混凝土可有效降低主梁跨中徐变下挠。

码头水工结构加固补强检测现状分析探究

高桩梁板结构码头在上世纪90年代建设的港口工程中,因建设周期较短,施工较为方便且经济合理等特点应用较为广泛,对于此类码头结构已服役近30年,部分已处于超期服役的状态。本文结合沿海某高桩梁板码头水工结构加固补强后的检测实例,分析码头结构中混凝土构件破坏原因,并结合沿海某码头结构的修复与补强措施,研究码头加固补强后码头水工结构的工作状态。

共旋梁单元几何非线性分析的子结构方法

采用有限元方法分析结构的非线性行为必须进行多次迭代求解,因此在保证非线性计算精度的同时提高其计算效率是关键。该文以内含2个平面梁单元的子结构为例,建立一种平面梁结构基于共旋法与子结构的几何非线性分析方法。共旋法具有将刚体位移从结构的大位移中扣除而得到准确的小变形的特点,子结构法则能将内部节点的自由度凝聚到边界节点从而大大减少结构非线性平衡方程组的阶数,该文将两者结合并利用有较好的通过荷载和位移极限点功能的修正弧长法编制了计算程序,对荷载-位移曲线具有“位移跳跃”或“荷载跌落”显著特征的数个算例进行分析,与已有文献的结果对比验证了方法及程序的正确性。

飞机结构梁多轴铣削加工程序与工艺优化研究

为解决飞机结构梁铣削加工过程中容易产生变形的问题。针对飞机结构梁类的薄壁腔体难加工零件进行了加工工艺分析和流程设计,此类零件的毛坯残余应力是影响零件加工变形的重要因素,有效的应力释放可以提高零件的加工质量。对此利用UGNX软件进行了数控编程,并利用VERICUT软件进行仿真,以最大切削厚度为目标进行了切削参数优化,优化后的程序能够有效的提高加工效率,并且探讨了以保证加工质量目标的刀轨编程策略和方法,有效的解决了飞机结构梁铣削加工过程中产生变形的问题。

基于国外某矿厂码头的结构方案研究

在某矿厂码头工程设计中,利用矿厂采矿废石料回填造陆价格低廉的优势,提出了高桩梁板式结构、钢管板桩组合结构、钢管排桩结构方案并开展分析研究。在高桩梁板式方案中,为减少前方承台与后方陆域距离,采用了一种可以适应较大水深卸荷承台式接岸结构。钢管板桩组合结构和钢管排桩结构虽然均为板桩结构,但相对于钢板桩,钢管桩单桩水上可打性更好,因此分别对其采用了填筑施工围堰的陆上打桩施工方式和打桩船打桩的水上打桩施工方式。最终通过综合技术经济比选,选定了适用于本工程的最优结构方案,为提高钢排桩板桩结构的应用前景提供经验。

脊柱结核分枝杆菌感染早期椎体骨小梁微结构及骨密度变化的研究

目的观察比较脊柱结核分枝杆菌感染早期椎体骨密度的变化。方法连续收集2023年1月1日—12月31日就诊于中南大学湘雅医院脊柱外科的脊柱结核手术患者(脊柱结核组),依据性别匹配椎管狭窄就诊的非脊柱结核手术患者为对照组。对入组患者进行双能X线扫描,比较两组患者椎体骨密度的差异。构建脊柱结核分枝杆菌感染动物模型(简称动物模型),比较动物模型脊柱结核组与对照组的骨小梁微结构差异,选择骨组织/体积骨量(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)和骨小梁分离度(Tb.Sp)作为评价指标,进一步分析病椎与邻椎的骨质差异。结果脊柱结核组和对照组分别纳入69例患者,脊柱结核组患者骨密度[0.793(0.712,0.869)g/cm 2]低于对照组[0.907(0.800,1.020)g/cm 2],差异有统计学意义(P<0.05)。动物模型脊柱结核组小鼠的骨小梁微结构BV/TV[(18.4±5.4)%]、Tb.Th[(0.124±0.010)mm]较对照组BV/TV[(22.6±3.2)%]、Tb.Th[(0.160±0.017)mm]发生明显改变(均P<0.05)。动物模型脊柱结核组中,小鼠病椎骨小梁微结构BV/TV[(25.5±6.7)%]、Tb.N[(1.871±0.443)/mm]低于邻椎的BV/TV[(26.6±6.8)%]、Tb.N[(1.969±0.454)/mm],差异均有统计学意义(均P<0.05)。结论结核分枝杆菌感染椎体早期可引起骨小梁微结构发生改变,进而导致骨密度降低。

与年龄和绝经期有关的三维松质骨微结构和力学性能变化的模拟研究

目的探索女性绝经后松质骨微结构及力学性能的变化。方法采用Gong等提出的松质骨在不同力学环境和激素水平下功能适应性统一模型结合有限元法,模拟6种工况下三维松质骨微结构的变化,并计算其力学性能。这6种工况为:年龄40岁板状松质骨微结构,活动量减小48.48%后80岁杆状松质骨微结构,杆状结构外部载荷旋转30°,杆状和板状结构微损伤后结构变化,绝经后女性(40~60岁)松质骨微结构变化。结果活动量减少48.48%,松质骨微结构形态参数BV/TV、Tb.Th均降低50%以上,Tb.Sp增加了2倍,结构表观弹性模量和表观屈服强度均降低70%以上。当发生微损伤的体积小、数量较少时,对松质骨微结构形态参数和强度无显著影响,但是当力学激励阈值提高16.67%时,表观屈服强度降低了13.86%。女性绝经后20年里,BV/TV和Tb.Th分别下降了14.00%和23.96%,Tb.Sp增加了23.16%,表观弹性模量和表观屈服强度分别降低了24.92%和25.23%。结论力学激励和激素水平降低,导致骨小梁结构恶化,松质骨强度显著下降,从而增加骨折的风险。本研究能够模拟由于力学因素和生物学因素共同作用导致的松质骨微结构变化,并进行定量分析,还可以为临床上预防和治疗绝经后骨量流失提供理论依据。

石墨烯折纸超材料梁结构的屈曲分析

石墨烯折纸超材料具有负泊松比特性,可以有效提升结构的抗屈曲性能,在航空航天等工程领域中有着广泛的应用潜力.本文以石墨烯折纸超材料梁为研究对象,基于虚功原理,根据欧拉梁理论和冯卡门非线性应变位移关系,建立了梁在面内载荷作用下发生屈曲行为的非线性控制方程;采用数值渐进方法计算出了石墨烯折纸超材料梁发生屈曲行为的临界载荷,通过与已发表文献结果进行对比,验证了本文理论和算法的正确性.最后分析了石墨烯折纸的分布、含量、折叠度和边界条件对超材料梁结构非线性屈曲行为的影响,结果表明两端固支边界下结构的屈曲临界载荷最大,在结构表层分布更多的石墨烯、石墨烯含量的增大都会使屈曲临界载荷增大,而折叠度的增大会导致临界载荷减小.

基于梁结构等效模型的机器人铣削有限元仿真

机器人的弱刚度特性导致铣削加工过程中的末端变形是影响零件表面质量的重要因素。在刀具-工件有限元模型基础上,添加梁结构等效机器人末端,建立适用于机器人铣削加工的有限元模型,并通过对实际机器人进行力锤实验获取梁结构的等效力学参数。利用球头立铣刀进行6061铝合金铣削实验,对所提出的有限元模型进行验证,通过仿真对两种不同的机器人刚度性能指标进行对比分析。结果表明:所建立的模型能够正确模拟机器人的铣削加工过程,并可用于机器人铣削加工姿态的优化;考虑加工效率和需求,基于工件几何形状的曲面法向柔度系数指标更适用于优化机器人铣削加工曲面的姿态。

考虑双重非线性的梁-柱结构荷载-变形预测解析方法

既有梁-柱结构的服役荷载主要形式以轴力产生的偏压荷载以及垂直于梁柱结构轴线的服役荷载为主。目前,针对细长结构压弯耦合荷载导致的稳定性问题,主要采用2种方法进行结构分析,即特征值法和荷载-挠度法。由于实际桥梁构件存在一定的几何缺陷和材料刚度退化,采用忽略非线性的特征值法会高估承载能力。以任意截面形式组成的简支梁为例,基于Ritz法,并结合能量平衡条件,分别建立了考虑几何非线性和材料非线性的简支梁-柱结构在偏压荷载和多种竖向作用耦合作用下的第二类稳定解析分析模型,并建立了不同初始缺陷的变截约束混凝土柱有限元分析模型。研究结果表明:解析模型结果与有限元结果相比较,二者吻合良好。建立的解析模型可以精确考虑双重非线性的二阶效应。

关于液压支架掩护梁结构的优化设计研究

利用SolidWorks和ANSYS软件构建了ZY13000型液压支架的有限元模型,对掩护梁结构承受冲击载荷时的受力情况进行仿真分析。结果发现,掩护梁结构承受的应力非常不均匀,最大应力达到了674.3 MPa,几乎接近材料的屈服强度690 MPa,存在一定风险。从掩护梁整体箱型结构和千斤顶耳座结构两个方面进行优化设计,再次对优化后的掩护梁结构进行受力分析,发现最大应力降低至446.1 MPa,降低的幅度为33.84%。将优化后的掩护梁结构应用到液压支架工程实践中,经过6个月时间的现场测试,发现整体运行良好,使用寿命可延长20%左右。

煤矿用液压支架顶梁结构的焊接变形控制研究

以ZY8640/25.5/55型液压支架顶梁结构为研究对象,对液压支架主要结构及尺寸进行简要介绍的基础上,引出顶梁结构焊接变形问题.提出顶梁结构的TANDEM双丝焊工艺,并对焊接工艺参数进行详细设计.通过焊接试验发现相邻主筋板之间的变形量最大值为3.83mm,达到了最大变形量不超过4mm的基本要求.验证了提出的焊接工艺是有效的,达到了控制顶梁结构焊接变形的效果.

张弦梁结构中应用摩擦摆支座的数值模拟分析

在分析了张弦梁结构的自身结构特性后,提出采用摩擦摆柱顶隔震的方法作为该类结构的隔震措施。从理论上研究了张弦梁结构采用摩擦摆隔震的工作机理,并在Abaqus中进行实体建模对比分析了张弦梁结构在隔震与非隔震情况下在大震、中震及小震下的动力反应。结果表明:1)通过设置摩擦摆隔震支座,辐射式张弦梁结构的节点加速度响应得到了有效的控制。2)通过设置摩擦摆隔震支座,辐射式张弦梁结构的杆件动内力得到有效控制,不同部位的杆件控制效果有所差异,上弦杆的内力依然较大,建议在结构设计时对上弦杆适当增加截面尺寸或采用高标号钢材,以保证结构在多遇地震的作用下各个构件均处于弹性工作状态。3)通过设置摩擦摆隔震支座,支撑柱的柱脚反力有所减小,起到了对支撑柱的保护作用。

局域共振夹芯超结构梁带隙特性及实验研究

本文提出了一种新型局域共振夹芯超结构梁,该结构由夹芯梁基体和由软材料包裹质量块组成的局域共振单元构成。分别采用传递矩阵法和有限元法计算了该结构的带隙分布和振动传输特性,搭建了局域共振夹芯超结构梁的振动传输测试实验平台,并与数值计算结果进行对比验证,最后分析了结构参数对结构带隙分布特性的调控规律。研究结果表明,该结构在低频范围内共出现两条弯曲波带隙,带隙频率分别为196.1~339.0 Hz和377.2~655.6 Hz。而完全带隙位于弯曲波带隙内,频率范围为380.0~423.6 Hz。且在这两条弯曲波带隙范围内,弯曲振动传输会发生明显的减弱现象。另外,局域共振夹芯超结构梁的结构参数会对带隙分布特性产生较大影响,通过合理选择结构参数,可以实现局域共振夹芯超结构梁低频率和高带宽的减振要求。

钢屋盖张弦梁结构监理质量控制要点——以某游泳馆工程为例

某游泳馆屋盖采用张弦梁钢结构,钢屋盖施工前下部混凝土结构已施工完成,根据现场施工条件和钢结构设计特点,按照先支设支撑胎架、再跨外布置履带吊吊装上弦钢梁、然后进行钢索安装和张拉、最后完成金属屋面维护结构的流程进行施工。基于此游泳馆工程,通过对张弦梁结构施工监理实践的总结,介绍了张弦梁结构监理质量控制要点。