拉伸-压缩-瞬时卸载复合加载式软岩真三轴试验机的研制

为了更准确地模拟深部工程软岩体所处的真三轴应力状态,同时为研究单向快速卸载条件下的岩石变形破坏机制,本文研制了一种拉伸-压缩-瞬时卸载复合加载式软岩真三轴试验机。该试验机由加载框架、电动加载系统、夹具、电磁式瞬时卸载系统、控制系统、软件系统组成。该试验机的创新性和先进性功能有:(1)可实现多种应力路径下的单轴、双轴、真三轴、岩爆、声发射、低频扰动等试验;(2)采用电动伺服作动器实现真三轴刚性加载,具有加卸载平稳、节能环保的特点;(3)加载头采用球面压头,保证加载端面与试样充分接触,采用双层滚排减小端部摩擦效应的影响;(4)采用电磁吸盘技术的瞬时卸载装置实现快速卸载功能;(5)采用力控制监控位移的双层控制方式,保证在加卸载过程中试样中心不变,与加载中心重合。最终通过力、位移、变形标定工作后,再进行功能验证和综合试验。结果表明,该试验机的准确性、功能性、可靠性满足软岩真三轴应力条件下的力学特性研究需求。

基于永磁式电控吸盘技术的真三轴试验机用瞬时卸载装置的研制

通过瞬时卸载方式实现岩爆试验是岩石真三轴试验机的一种重要扩展试验功能,而岩爆试验是模拟深部开采过程中开挖扰动诱发的围岩岩爆、大变形等地质灾害的重要手段,进而研究岩石力学领域的岩石体破裂机制和流变效应。为实现上述瞬时卸载功能,本文研制了一种采用永磁式电控吸盘技术的瞬时卸载装置,并将其应用到实际的真三轴试验机中。通过性能和功能验证测试,确定该电磁式瞬时卸载装置完全满足用真三轴试验机完成岩爆试验的使用需求。

带式输送机卸载冲击力的计算

依据动力学原理,分析卸载物料的三种运动状态,给出带式输送机瞬时卸载量及卸载冲击力的计算方法。

济南东站鞍形拱屋盖设计及抗连续倒塌分析

针对一站房屋盖,考虑多种失效工况,运用拆除构件法进行了设定工况下的结构抗连续倒塌的动力分析。确定了结构屋盖的重要构件,给出了构件破坏判断标准,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明:在单支座失效工况下,该屋盖未发生局部破坏;边双支座失效情况下,支座所在拱发生破坏,相邻拱有局部破坏,整体结构未发生破坏,破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续坍塌。

大型站房连续倒塌仿真分析

研究目的:大型交通枢纽的空间体量大、覆盖范围广,因而在遭遇偶然荷载作用并因局部失效诱致整体结构发生连续性倒塌时,会造成大量的人员伤亡和巨大的财产损失,应对其进行抗连续倒塌分析。为研究结构连续倒塌的全过程,采用瞬时加载法和大变形动力有限元软件LS-DYNA,对某大型站房进行2个单柱失效和1个双柱失效情况下的结构连续倒塌分析,构件破坏判断标准参考美国国防部规范UFC 4-023-03的要求。研究结论:分析结果表明:(1)在不同位置单柱失效情况下,该站房结构发生了局部破坏,但破坏限制在去除构件周围的一定范围内;(2)在双柱失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围内,不会造成整体结构的连续坍塌,结构具有较强的抗连续倒塌能力;(3)对于钢结构,提高材料的失效应变可以显著提高结构抵抗连续倒塌的能力;(4)该研究成果可为类似结构的安全性评价提供一种简便的尺度。

空间三撑杆双环索索穹顶抗连续倒塌分析

空间三撑杆双环索索穹顶是一种基于传统索穹顶构造形式单一、力学性能不足的缺陷提出的新型索穹顶结构体系。以一个跨度为60m、矢高为6m的空间三撑杆双环索索穹顶为研究对象,采用等效荷载瞬时法在ANSYS/LS-DYNA模块,模拟结构关键索、杆失效后结构内力和位形变化响应,通过定义动内力系数和动内力变异系数判断构件失效后剩余杆件内力变化程度,进而判断结构是否连续倒塌。研究结果表明:单根构件失效只会造成结构出现局部塌陷,但不会连续性倒塌。对结构构件按照重要性指标分类,其中环索与最外圈斜索安全等级明显高于其于构件,外圈撑杆高于内圈撑杆。

基于向量式有限元的黏滞阻尼减震结构抗竖向连续倒塌动力反应分析

向量式有限元是以向量力学为基础的一种新的结构分析方法,在处理结构大变形等复杂行为时具有较大的优势。基于向量式有限元理论建立了黏滞阻尼单元,对附加黏滞阻尼器的平面钢框架结构进行了抗竖向连续倒塌动力分析,结合拆除构件法,采用MATLAB编制可以考虑初始变形的瞬时卸载法程序,实现结构在构件拆除前的静力分析和构件拆除后动力分析的全过程统一。研究了阻尼器布置位置和参数在结构抗竖向连续倒塌中的性能需求,以失效点竖向位移时程曲线、梁端转角、动力放大系数和结构塑性铰分布为参考指标,对比分析布置阻尼器前后钢框架结构的抗连续倒塌能力。结果表明向量式有限元是一种研究结构竖向连续倒塌动力响应的有效方法,合理布置阻尼器能够有效控制剩余结构的变形和振动,降低构件内力,减少塑性铰个数,较大地提高结构的抗竖向连续倒塌能力。

大跨度钢结构抗连续倒塌动力分析关键问题研究

对大跨度钢结构抗连续倒塌动力分析中的关键问题进行研究,运用等效荷载瞬时卸载法对结构进行抗连续倒塌的动力分析,并借鉴美国规范对等效荷载提出取值方法建议。分析表明,应用等效荷载瞬时卸载法分析结构抗连续倒塌的精度主要取决于加载的时程曲线。根据动力学知识推导出求解结构关键构件失效前等效荷载最小作用时间的计算式,并与实际工程算例进行比较,其结果吻合较好。同时通过有限元数值分析,提出等效荷载卸载的最长时间为构件失效后模型的第1阶竖向自振周期的1/10。通过实际工程算例介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明,应用等效荷载瞬时卸载法模拟大跨度钢结构关键构件失效后的受力和变形情况可行,与静力法相互补充可对大跨度钢结构进行抗连续倒塌分析。

铁路枢纽单层编织拱壳屋盖连续倒塌分析研究

为减少局部构件破坏引起结构连续倒塌的可能性,运用等效荷载瞬时卸载法对一综合交通枢纽中央站房屋盖进行了不同支座失效情况下结构抗连续倒塌的动力分析。利用应力比法分析了站房结构屋盖的重要构件,采用有限元程序ABAQUS对结构进行非线性动力分析,构件破坏判断标准参考美国标准UFC4-023-03的要求。介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明:在不同位置支座失效情况下,该屋盖发生了局部破坏,但破坏限制在去除构件周围的一定范围内;边支座失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续坍塌。

大跨度单层编织拱壳抗连续倒塌分析

为减少局部构件破坏引起结构连续倒塌的可能性,运用等效荷载瞬时卸载法对一综合交通枢纽中央站房屋盖进行了不同支座失效情况下的结构抗连续倒塌动力分析。利用应力比法分析站房结构屋盖的重要构件,采用ABAQUS软件对结构进行非线性动力分析,构件破坏判断标准参考美国规范的要求。介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明,在不同位置支座失效的情况下,该屋盖发生了局部破坏,但破坏限制在去除构件周围的一定范围内;边支座失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续坍塌。