超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案设计研究

为对超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案进行合理设计,以计算跨径600 m的劲性骨架拱桥——天峨龙滩特大桥为背景,围绕模型缩尺比、结构设计、材料及加载系统等关键环节,开展主拱圈缩尺模型试验方案设计研究。最终确定模型拱缩尺比为1∶10,劲性钢骨架采用单肋形式,采用与实桥主拱圈性能相近、便于施工的材料,采用阵列式滑轮组加载系统实现模型拱和实桥主拱圈的应力等效,还原外包混凝土分环分段浇筑施工,并简化劲性钢骨架与管内混凝土施工。将模型拱外包混凝土应力实测值、ANSYS建模计算得到的模型拱理论值及实桥主拱圈理论值进行对比,结果表明:模型拱和实桥主拱圈外包混凝土在施工阶段的应力变化趋势基本相同,最大绝对误差在2 MPa以内,模型拱应力实测值和理论值也吻合较好,缩尺模型试验方案设计合理。

基于缩尺模型的高铁桥梁预应力损失试验研究

【目的】为更好的评估在役预应力混凝土桥梁结构预应力损失状况。【方法】选用国内高铁中应用最广的32 m预应力混凝土箱梁作为研究对象,按照1:16的缩尺比例将箱梁转化为T形截面制作了26根C50混凝土试验模型梁。通过对试验梁预应力钢绞线应变、伸长量的瞬时和长期监测得到预应力损失的实际值,并将此实际值与目前国内外常用预应力损失规范计算所得值进行对比分析。【结果】预应力损失主要发生在前期即瞬时损失,约占总损失的70%;84.6%的试验梁锚固损失占瞬时损失总和的70%以上,最高达80.57%;试验梁的长期损失在锚固后的前10 d内变化较快,后期逐渐趋于稳定;将5种规范的计算结果与试验实测值进行对比,对于长期损失,数据显示实测数据与《铁路桥涵设计规范》(TB 10002—2017)计算结果最为吻合。【结论】研究结果可为实际工程中预应力梁的预应力损失计算提供参考。

西安国际足球中心索网结构缩尺模型静载试验研究

为了研究索网结构静力荷载下的内力和变形特点,按照1∶10比例设计制作了西安国际足球中心的缩尺模型试件,采用新型空间结构水重力点阵加载系统逐级控制加载,以及DACS-Measure现场测量系统,分别对该模型上半跨、右半跨及全跨进行了分级静力加载试验。试验结果表明:新型空间结构点阵自动同步加载系统能实现任意比例、多点同步精确加载,普遍适用于各类空间结构加载试验;在不同加载模式下,索网竖向变形随荷载增加均基本呈现线性变化,且最大变形发生在索网洞口边缘处;上半跨荷载、右半跨荷载及全跨荷载下索力最大位置均位于索网中轴偏右位置处。研究成果可为我国以后此类索网结构的加工制造及施工应用提供技术参考。

基于振动台缩尺模型的复杂体型建筑结构楼面加速度反应分布研究

楼面加速度放大系数(floor acceleration amplification,FAA)能够反映结构对地面加速度的放大,而当前的规范与研究多是依赖于历史楼面记录或者有限元分析结果,在涉及复杂体型建筑结构时计算分析和实际震害结果往往存在较大差异。以整体结构缩尺模型振动台试验记录数据为基础,通过拟合分析得到各条记录下原型结构沿高度的FAA分布。基于类拟地震反应谱形状模型,得到具有一定保证率的FAA分布曲面,针对不同结构类型分别提出了相应的计算公式,相比于规范能够更好地反映出复杂体型建筑结构的FAA分布特征。定性地探索了场地卓越周期变化对该类型建筑结构FAA分布特征的影响。

襄阳东站柱分叉铸钢节点缩尺模型试验研究

襄阳东站在南、北两端区域采用柱分叉支承钢屋盖以减小屋盖悬挑长度,柱分叉节点考虑到建筑美观要求及受力复杂等因素采用了铸钢节点型式,论文对柱分叉铸钢节点进行了1/2缩尺模型加载试验验证,详细介绍了试验加载装置、加载方案、试验现象及试验结果,有限元对比分析结果与加载试验吻合较好,结果表明柱分叉铸钢节点构造合理、承载力高,薄弱部位出现在与铸钢件相连的接长钢管上,满足强节点弱构件、强连接弱构件的设计要求。

基于缩尺模型试验的波磨形成机制及发展特性

针对铁路系统中广泛存在的波磨现象,采用自行设计的缩尺双盘试验装置,研究了波磨的形成机制和发展特性.首先,描述了缩尺双盘试验装置的组成及功能,校核了其稳定性,并开展了基准试验以验证试验装置用于磨耗分析的可靠性;然后,通过设置荷载及边界条件,利用缩尺试验模型,分析了波磨的形成机制;最后,在初始波磨的基础上,探究了波磨的发展特性及演化规律.结果表明,基准试验中的粗糙度演化趋势与相关文献试验中的粗糙度演化趋势相似,从而表明所建立的试验装置是可靠的,能够用于磨耗演化分析.当不存在轨面凹坑缺陷时,轨轮接触区域随着运行时间的增加会逐渐出现明显接触光带;当施加轨面凹坑缺陷后,轨轮表面接触光带随着运行时间的增加会逐渐消失,且粗糙度呈现近似线性增加.当存在轨面凹坑缺陷时,随着运行时间的增加,轨轮表面会逐渐演化出不均匀磨耗,且不均匀磨耗波长逐渐增大并在后期表现出固定波长特性,这表明轨轮表面形成了初始波磨.波磨形成试验表明,在轨面固定缺陷激励下,轮轨接触区域发生的非均匀材料磨耗导致了波磨的生成.波磨发展试验表明,随着运行时间的增加,轨轮表面波磨波长会逐渐增大并最终趋于稳定,波磨粗糙程度也会逐渐变大并最终趋于恒定.

未来花园有机玻璃面板缩尺模型承载性能试验研究

为研究江苏园博园未来花园有机玻璃面板承载性能,设计了一个有机玻璃缩尺模型,并对该模型进行了长期试验和短期试验,以考察该缩尺模型在长期荷载和短期荷载作用下的受力性能及破坏模式。结果表明,在长期荷载作用下,缩尺模型的蠕变现象并不明显;在短期荷载作用下,该模型的极限承载力达17kN,并表现为脆性破坏;模型破坏时,试验测点处最大应力约6.9MPa,测点最大位移为104mm,说明该缩尺模型承载力较高,结构安全可靠。

基于缩尺模型的离线模型更新混合试验方法

为进一步提高模型更新混合试验的操作性,扩展其应用范围,提出了基于缩尺试验子结构的离线模型更新混合试验方法。文中通过对缩尺试验子结构的识别后参数进行相似处理,更新至数值子结构,并保留数值子结构参数、运动方程等与原型相同,达到模型更新目的,完成整个混合试验;对试验子结构不同缩尺比例以及离线模型更新方法中框架层数、不同待更新构件选取策略进行对比研究。利用OpenSees进行以IMK为恢复力模型的柱构件低周反复加载试验模拟,通过Matlab编制模拟退火算法程序进行参数识别。对1榀2层2跨的钢筋混凝土框架进行混合试验数值仿真,验证了文中所提方法的正确性和可行性,为结构抗震混合试验的更新策略选取提供参考。

不锈钢树状支撑有机玻璃水幕缩尺模型火灾试验研究

不锈钢结构具有造型美观、易于维护、可回收利用、耐腐蚀性能优良等优点,在建筑结构领域具有广阔的应用前景。然而,目前国内外对于不锈钢结构整体抗火性能的研究十分匮乏。基于第十一届江苏省园艺博览会“未来花园”展区,开展了不锈钢树状支撑有机玻璃水幕体系的缩尺模型火灾试验。根据佛罗德相似原理,搭建一1:4缩尺模型,采用0.3m×0.3m的油盘火作为火源,采用正庚烷作为燃料,火源功率为100kW。试验探究了真实火灾下火源上方的空气温度、有机玻璃顶棚下方的空气温度以及不锈钢结构表面温度和热辐射强度的变化情况。此外,利用FDS软件对空气温度场开展了数值模拟,尽管由于风速等环境因素,试验获得的空气温度场波动较大,但总体而言,二者吻合较好。

均质黏土坝漫顶缩尺模型的相似性优化试验研究

为进一步研究土石坝漫顶溃坝模型与原型之间的相似性问题,从均质黏土坝在水流冲刷作用下的起动极限状态分析入手,提出调整筑坝压实度来降低缩尺模型坝的抗冲刷能力,进而达到漫顶溃坝过程相似性优化的设想。基于黏土的抗剪强度及黏聚力会随着压实度的降低呈非线性减小,以某土石坝工程的漫顶溃坝分析为原型,开展了不同压实度和几何比尺条件下的均质黏土坝相似漫顶流槽试验。结果表明:采用与原型黏土坝相同筑坝密实度的模型坝溃决过程与原型完全不相似,模型与原型之间的差异性会随着几何比尺的增加而愈发明显;适当减小黏土模型坝的压实度能够显著提升模型坝与原型在溃坝形态、溃决时间等溃坝过程相似性。

岸桥抗震摩擦耗能器缩尺模型的设计、试验、仿真

岸边集装箱起重机是一种大尺寸的钢结构,是港口集装箱吊装的主要设备.绝大多数的港口都位于沿海的地震带上,为了保证岸边集装箱起重机在地震作用下的安全性和可靠性,基于摩擦耗能原理设计了一款作用于岸边集装箱起重机的抗地震的设备——岸桥抗震摩擦耗能器.为了验证该耗能器的可靠性,根据相似原理设计了应用于起重机抗震摩擦耗能器的缩尺模型,并进行了缩尺模型的试验测试.为了验证该试验的正确性,还在ANSYS Workbench中进行了有限元模型的仿真.结果不仅验证了试验的正确性,也表明了摩擦耗能器具有良好的耗能性能.

相似模型与缩尺模型特点分析

目前就建筑结构试验课程已有的教学内容而言 ,只有相似模型的概念 ,没有缩尺模型这个名词。本文提出了缩尺模型的新概念 ,并运用对比的方法就相似模型和缩尺模型的特点进行了详细的分析 。

基于反应时间的隧道照明缩尺模型集成系统的研制与应用

反应时间是隧道照明安全评价的一项重要指标。通过研究不同隧道照明参数下司机的反应时间,可以进一步深入优化现有隧道照明设计方法。文章以反应时间为研究着手点,利用眼动测试技术,创新性地研制出可模拟真实隧道行车视觉环境和照明环境的隧道照明室内缩尺模型集成系统,并借助该系统对不同亮度、均匀度和灯具仰角工况下试验人员的反应时间进行实验。实验结果表明:隧道路面亮度对反应时间的影响规律符合韦伯-费西勒定律,对比度0.6时试验人员反应时间较短;相比识别时间而言,察觉时间对路面亮度均匀度更敏感,路面均匀度过高对反应时间反而不利;灯具仰角过大易造成眩光,从而延长人员反应时间。隧道照明室内缩尺模型集成系统的创新性研制为研究隧道照明各参数对司机反应时间的影响提供了有效的实验条件,对我国隧道照明工程的实施具有重要的应用价值。

缩尺模型子结构混合模拟试验方法数值模拟研究

为进一步降低试验成本、提高试验效率,结合静力相似理论,提出了缩尺模型混合模拟试验方法.该方法在满足模型与原型材料相同条件下,理论推导出试验子结构所需的位移及反力相似条件,仅对试验子结构输入输出参数进行相似处理,运动方程及计算子结构相应参数与原型完全相同,来实现混合模拟试验.采用MATLAB和Open SEES混合编程方法,实现了传统子结构混合模拟试验(包括剪切型、弯剪型、弯曲型模型)以及分布子结构混合模拟试验.相应足尺模型数值模拟结果比较,验证了本文所提方法的可行性.

大空间火灾缩尺模型FDS模拟

分析利用缩尺模型模拟火灾发展时,缩尺模型与原型应满足的相似关系,介绍参数无因次化的方法。利用FDS模拟计算缩尺模型的火灾发展并与原型的火灾模拟结果进行比较分析。结果表明,缩尺模型比例为1/20时,原型及缩尺模型火灾模拟结果中的火源功率、火源上方相应位置处的温度和能见度吻合度很高,验证了缩尺模型的可靠性,为后续实验研究提供参考。

绍兴体育中心体育场屋盖结构临时支撑同步卸载缩尺模型试验研究

绍兴体育中心体育场屋盖采用了钢拉杆与大跨度巨型桁架组合的可开启式结构体系,其结构施工过程拟采用同步等比例卸载方案,并通过设置滑动支座避免卸载时对下部结构产生巨大的水平推力。为了验证该卸载方案的可行性,笔者设计制作了1∶15缩尺结构模型对其进行试验模拟。试验中测试了模型关键杆件应力、周边支座水平位移以及临时支撑反力的变化,试验结果表明结构各杆件的应力变化较为均匀,卸载后结构的挠度和支座位移接近设计目标。

车桥耦合振动缩尺模型试验的相似律研究

基于公路桥梁车桥耦合振动特性及结构动力模型试验相似理论,提出了车桥耦合振动缩尺模型试验相似关系。以某假设简支梁桥为原型,根据原型结构动力特性及相似比尺,计算了车辆与桥梁动力特性参数;对比分析了原型桥与模型桥的静、动态响应,校验所提出的车桥耦合振动缩尺模型相似律。结果表明:车桥耦合振动室内缩尺模型需同时满足弹性相似律及重力相似律。

缩尺模型试验中早期侧向反射声测量方法研究

文章利用半波长干涉的简单原理制作成高频∞字形指向性传声器 ,同时应用信号处理技术 ,形成简易的早期侧向反射声测试系统 ,在缩尺模型试验中实现早期侧向反射声系数的测量 。

大比例缩尺模型振动台试验及有限元分析

为研究复杂结构的抗震性能,进行了一幢钢框架-支撑结构体系1/20缩尺模型的地震振动台试验,试验测试了模型结构的动力性能和结构地震反应.同时,利用ANSYS软件建立了有限元分析模型,并对试验模型结构进行了动力弹塑性时程分析,就模型的频率、位移反应和应变反应进行了对比,计算结果和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性.

软岩隧道锚变形破坏机理缩尺模型试验研究

为了研究软岩中隧道锚变形破坏机理及破坏模式,通过对隧道锚现场1∶10缩尺模型进行超载破坏试验,对加载过程中锚体模型的外观变形、内观变形、钻孔测斜以及破坏裂缝进行分析,获得了锚体模型在推力作用下载荷-变形全过程曲线以及变形破坏特征,并结合数值模拟的超载试验结果进行了综合分析。研究成果表明:锚体模型变形破坏全过程类似于软岩载荷试验变形破坏3个阶段;锚塞体底部与岩体接触面部位受拉剪破坏形成破坏底边界,锚塞体上方岩体受锚塞体向上挤压形成纵向拉裂缝以及与锚塞体成约45°夹角的剪裂缝。隧道锚极限承载能力主要取决于锚塞体底界面以及上部岩体抗拉能力和抗剪能力。