后外侧胫骨平台骨折应用万向螺钉的有限元分析

背景:通过腓骨头上入路治疗后外侧胫骨平台骨折时,腓骨头与外侧平台间隙差无法满足所有患者行钢板后置。目的:有限元法分析腓骨头上入路治疗后外侧胫骨平台骨折过程中钢板横臂万向螺钉角度以及数量不同导致固定强度的差异。方法:选用一名30岁健康成年男性志愿者膝关节至踝关节的CT图像,建立有限元模型。根据外侧锁定加压钢板是否后置分为后置组和非后置组,后置组根据2枚万向螺钉的偏移角度分为A-D组(0°,5°,10°,15°);非后置组根据2枚万向螺钉的偏移角度分为E,F组(0°,15°)。采用有限元法评估250,500,750 N载荷下的von Mises应力分布、最大von Mises应力和压缩位移,探究各组之间的力学差异。结果与结论:①有限元分析结果显示:750 N载荷水平下,内固定装置的最大压缩位移趋势为D<B=C=F<A<E,最大von Mises应力趋势为B<C<A<D<F<E,骨的最大压缩位移趋势为C=D<B<A<F<E,最大von Mises应力趋势为B<C<A<F<D<E;6组模型在250-750 N的位移和应力趋势相似;②提示通过腓骨头上入路固定后外侧胫骨平台骨折,应尽量满足钢板后置2枚螺钉固定;当术中后置钢板仅满足1枚螺钉固定时,可使用万向螺钉在0°-15°范围内后偏,增加2枚螺钉的固定概率。

平面KK型矩形钢管节点静力试验研究

依托某主题广场月牙形艺廊单层网壳钢屋架结构,选取其最不利受力节点,设计了中心插板节点和毂节点两种KK型矩形钢管节点,分别对其足尺模型进行静载试验,测试分析模型节点区域的应变及应力分布规律,对比分析支管端部的位移变化。结果表明:1)设计荷载水平下,两个节点均满足受力要求;毂节点和中心插板节点的最大试验荷载约为等效设计荷载的2.85倍和3.25倍,节点安全储备较高;2)在最大试验荷载作用下,两个节点支管根部与中心构件相贯焊缝附近部分均不同程度地屈服,毂节点圆筒内加劲肋焊缝局部出现开裂;3)相同荷载作用下,中心插板节点相应位置应力应变水平相对较低,故中心插板节点的承载强度较高;4)由试验荷载-位移曲线分析得出毂节点的各肢平均位移比中心插板节点约大13.3%,表明中心插板节点弹性刚度较大。

单板焊接空心球节点受拉承载性能研究

单板焊接空心球节点常用做弦支穹顶上部结构连接拉杆或拉索的节点,单板主要承受拉力并传递至焊接空心球,为了满足工程设计的要求,需对其受拉承载性能进行研究.通过试验,研究了不同参数的单板焊接空心球节点轴拉状态下的受力性能和破坏机理,建立有限元模型并进行验证,该模型能较好地反映单板焊接空心球节点轴拉性能,通过有限元模型参数化分析揭示了节点尺寸、加劲肋、单板尺寸等参数对其力学性能的影响规律,并提出单板焊接空心球轴拉承载力计算公式.研究结果表明:单板焊接空心球在轴拉作用下为应力集中导致的剪切强度破坏,破坏发生在单板端部与空心球连接处,表现为焊接空心球被撕裂;有限元应力云图得出破坏时沿着单板平面内拉力方向的剪应力起主要作用;单板焊接空心球节点的受拉承载力随单板宽度及空心球壁厚的增大而明显增大,空心球直径的增大会使承载力略有降低,单板的厚度增加使节点承载力略有提高,单板的高度对节点承载力的影响较小,空心球内设置加劲肋能使承载力提高至少20%;基于参数化提出的单板焊接空心球节点的受拉承载力计算公式能简便地计算出单板焊接空心球节点的承载力,相对误差在±15%以内,满足工程设计误差要求.研究工作可为今后外接单板的焊接空心球节点分析设计提供参考.

随机噪声平板下光学复眼内外参联合标定

光学复眼在无人系统的精确定位制导、避障导航等任务中得到了越来越广泛的应用,其中光学复眼的高精度标定是保障上述任务质量的前提。通常经典的张氏棋盘格标定法要求光学复眼的每个子眼都必须观测到完整的棋盘格,然而,由于光学复眼结构的复杂性,在实际标定过程中难以满足这一要求。为解决张氏标定法的局限性,该文提出一种基于随机噪声平板的光学复眼内外参联合标定算法,该算法通过子眼拍摄随机噪声平板的局部信息,可简单快速地实现任意构型和子眼数量的光学复眼内外参联合标定。为了提高光学复眼标定的稳定性,设置多阈值匹配机制解决子眼视场特征点数量稀疏导致图像匹配失效的问题。同时,给出了光学复眼内外参联合标定的误差模型,用来衡量所提出算法的精确度。在与张氏棋盘格标定法进行实验对比中,验证所提算法的稳定性和鲁棒性,并在光学复眼实物系统中,验证了所提联合标定算法具有较高的精度。

蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点抗震性能研究

目的 提出一种蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点,探究节点抗震性能及不同因素对其影响规律,为相关设计提供借鉴。方法 理论分析蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点传力机制,建立并验证蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点ABAQUS模型,研究端板厚度、开孔率对节点初始转动刚度、承载能力、耗能能力、延性、刚度退化及破坏形式影响规律。结果 蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点弯矩最终由柱腹板与正向端板抗弯、柱翼缘与侧向端板抗剪承担;剪力最终由高强摩擦型螺栓连接面间摩擦力承担;端板厚度及开孔率越大,节点耗能进入蜂窝梁耗能阶段越早,连接刚度足够时节点抗震性能主要取决于蜂窝梁。结论 提出了蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点弯矩路径传递分配系数计算方法,建议节点端板厚度应大于1倍柱翼缘厚度,开孔率取值为60%~65%。

双切口双钢板内固定术对Schatzker V型胫骨平台骨折患者骨折愈合及关节稳定性的影响

目的探讨双切口双钢板内固定术对Schatzker V型胫骨平台骨折患者骨折愈合及关节稳定性的影响。方法回顾性分析2020年1月—2022年12月日照市人民医院收治的60例Schatzker V型胫骨平台骨折患者的临床资料,按手术方式不同将双切口双钢板内固定术治疗的30例患者设为观察组,将单侧锁定钢板固定术治疗的30例患者设为对照组。比较两组手术相关指标、膝关节功能、关节稳定性、日常生活能力、平衡能力、生活质量及并发症。结果两组患者手术时间、切口长度、术后住院时间比较,差异无统计学意义(P>0.05);观察组患者术中出血量、术后引流量多于对照组,骨折愈合时间短于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者术后3个月骨关节炎指数(WOMAC)中日常生活、疼痛、关节畸形及总分均低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者术后3个月胫骨平台内翻角(TPA)、胫骨平台后倾角(PA)低于对照组(P<0.05);观察组患者术后3个月Barthel指数(BI)评分、Berg平衡量表(BBS)评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者术后3个月世界卫生组织生活简易量表(WHOQOL-BREF)中生理、心理、社会及环境领域评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);两组并发症发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论双切口双钢板内固定术治疗Schatzker V型胫骨平台骨折效果更佳,可提高关节稳定性,缩短骨折愈合时间,增强日常活动能力,安全可靠。

基于新型耗能板提升钢框架节点抗震和抗连续倒塌能力

针对全焊节点在地震和连续倒塌条件下有限的抗倒塌能力,该文基于新型耗能板对其进行改进提升。首先通过试验、数值模拟和理论分析相结合的方法揭示了新型耗能板在单调荷载和循环荷载作用下的力学性能;进而通过新型耗能板与节点在地震作用和连续倒塌条件下的协同作用,给出了新型耗能板节点的设计方法。结果表明:新型耗能板在单调和循环荷载作用下的力学性能不同,在单调荷载作用下表现为受拉破坏,在循环荷载作用下表现为剪切破坏;通过算例分析表明,新型耗能板节点的抗震与抗连续倒塌设计方法是合理的;新型耗能板全焊节点在地震和连续倒塌条件下主要经历双塑性区域形成阶段和硬化阶段,其中新型耗能板全焊节点的抗震和抗连续倒塌性能的差异主要体现在硬化阶段;新型耗能板的增加可同时有效提高全焊节点在地震和连续倒塌条件下的承载力、变形和耗能能力。

Q690厚板对接焊残余应力评估及其对焊接接头断裂性能的影响

[目的]旨在研究高强钢厚板多层多道焊的复杂焊接残余应力,评估其对焊接接头断裂性能的影响。[方法]以75 mm厚Q690高强钢板为研究对象,制定多层多道对接焊工艺,完成对接接头的焊接,使用轮廓法获得中剖面的纵向残余应力,基于自主开发的高效热−弹−塑性有限元计算方法,再现厚板多层多道焊的热循环、微观组织演变等现象,将单轴拉伸试验与GTN损伤模型相结合,提出Q690高强钢板的GTN模型参数,分析金属母材及焊接接头试样的断裂特性和应力−应变曲线。[结果]采用所提方法预测的厚板对接接头熔池形状、金相体积分数都与试验测量基本吻合;考虑焊接固态相变和高强钢轧制初始应力的力学分析,得到的焊接残余应力与试验结果高度一致,并得到了横向残余应力分布;考虑焊接微观缺陷及横向残余应力,阐明了残余应力影响焊接接头断裂性能的力学机理。[结论]相关研究可为高强钢厚板焊接结构残余应力及断裂性能评估提供借鉴和指导。

关节镜下双Endobutton钛板固定治疗单侧Rockwood Ⅲ型急性肩锁关节脱位的临床疗效观察

目的探讨关节镜辅助下双Endobutton钛板固定治疗患者单侧RockwoodⅢ型急性肩锁关节脱位的临床疗效。方法采用回顾性研究方法,选取2022年1月至2023年7月在首都医科大学附属北京友谊医院收治的单侧RackwoodⅢ型急性肩锁关节脱位的患者49例,根据手术方式的不同分为观察组(n=27)和对照组(n=22)。观察组接受关节镜辅助下肩锁关节脱位复位、双Endobutton钛板内固定手术治疗,对照组接受传统的切开复位锁骨钩钢板内固定手术治疗。所有患者进行门诊随访,记录术前、术后12周和末次随访时患者的视觉模拟疼痛评分(VAS)、美国加州大学洛杉矶分校肩关节系统评分(UCLA)以及肩关节正位X线上肩锁关节间距(ACD)和喙锁关节间距(CCD),并比较两种治疗方法的临床疗效。结果所有患者得到完整随访,随访时间为25.3~30.6周,平均(28.8±2.1)周。所有患者均未出现血管和神经损伤并发症。术后12周和末次随访,两组患者的VAS评分较术前有明显降低,UCLA肩关节评分均较术前升高,差异均有统计学意义(P<0.05);观察组和对照组术后12周和末次随访的VAS[(3.1±0.5)分vs.(3.3±0.6)分,(2.8±0.6)分vs.(2.7±0.8)分]、UCLA肩关节评分[(33.5±3.6)分vs.(33.7±3.2)分,(34.1±2.9)分vs.(34.7±2.6)分]比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。术后12周和末次随访,两组患者的ACD和CCD均小于术前,差异均有统计学意义(P<0.05);两组间术后12周和末次随访的ACD[(5.2±1.8)分vs.(5.6±2.1)分,(5.1±1.7)分vs.(5.5±2.0)分]和CCD[(7.4±2.9)分vs.(7.2±2.5)分,(7.5±2.6)分vs.(7.1±2.6)分]比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。末次随访观察组和对照组的优良率比较(81.6%vs.81.8%),差异无统计学意义(P>0.05)。结论关节镜下复位单侧RockwoodⅢ型急性肩锁关节脱位并使用双Endobutton钛板固定能够获得良好的治疗效果,与传统的切开复位钩钢板固定没有临床疗效的差异。

铁路混合梁钢-混结合段受力及理论计算

为研究铁路混合梁钢-混结合段结构的受力及其理论计算公式,在既有公路桥梁钢-混结合段计算公式的基础上,提出铁路混合梁钢-混结合段截面应力、顶底板剪力连接件、承压板传力验算公式;并以主跨335 m汉巴南铁路嘉陵江特大桥为研究背景,采用有限元分析的方法探究结合段受力特性及应力纵、横向分布规律,进而开展结合段受力理论与数值计算对比分析。数值计算结果表明,结合段混凝土均处于受压状态,不同截面位置处结合段钢、混应力横向分布均存在一定的不均匀性。公式验算结果表明:结合段混凝土应力均受压,满足截面应力验算要求;剪力连接件的抗力系数介于1.30~4.49,结合段剪力连接件具有良好的安全储备;承压板抗力系数介于3.18~10.08,表明前后承压板抗力远大于计算传力荷载,并具有优化的空间。理论公式计算的结合段顶底板混凝土应力、剪力钉应力与有限元计算结果总体相近,在修正后可用于钢-混结合段的防开裂/脱离、抗剪受力计算。

大跨度装配式单层网壳十字形半刚性螺栓连接节点抗弯性能研究

装配式连接节点是大跨度装配式单层空间网壳结构体系的关键。提出一种适用于大跨度单层网壳结构的十字形板装配式节点。该节点由圆钢管、十字形钢板、角钢、矩形连接盖板、圆盖板和高强螺栓组成,其中圆钢管、盖板、十字形钢板在工厂焊接,现场将十字形板和角钢、矩形盖板用高强螺栓连接。该节点通过设置角钢、矩形连接盖板和十字形钢板螺栓连接,在节点受到弯曲荷载时,角钢和矩形连接盖板可以首先承受弯曲荷载,从而减少节点内侧的十字形钢板塑性损伤,并且提高节点的抗弯性能。利用有限元模拟方法,构建新型连接节点有限元模型,分析了十字形钢板和角钢厚度等变量如何影响节点在平面内外的抗弯性能。通过对各组成部分尺寸的参数化研究,得到了这些因素对所提出的连接节点平面内外抗弯性能的影响规律。研究结果表明,采用角钢与矩形盖板相连接形成的十字形节点,在抗弯刚度和承载力方面表现出了优异的性能。通过调节十字形板厚度、螺栓个数、角钢和盖板厚度可调控节点的初始抗弯刚度和抗弯承载力。基于刚性节点设计方法,对该半刚性节点进行尺寸理论设计,结果表明该方法可以保证节点弯矩设计值基本达到圆钢管的屈服弯矩,满足设计要求,提高节点安全。

TightRope带襻钢板与Endobutton钢板治疗肩锁关节脱位的疗效比较

目的比较TightRope带襻钢板与Endobutton钢板在治疗肩锁关节脱位中的疗效。方法回顾性分析2021年3月~2023年2月常州市第二人民医院创伤中心94例肩锁关节脱位的临床资料,根据时间段分为2组,2021年3月~2022年2月采用Endobutton钢板治疗(E组,n=47),2022年3月~2023年2月采用TightRope带襻钢板治疗(T组,n=47),末次随访比较2组围术期指标、疼痛视觉模拟评分(Visual Analogue Scale,VAS)、Constant-Murley肩关节功能评分及手术并发症发生率。结果T组手术时间、术中出血量、切口长度及术后7 d VAS评分明显短于/低于E组(P<0.05)。2组神经损伤、内固定移位、锁骨骨折、血管损伤及感染发生率无统计差异(χ~2=1.389,P=0.239)。2组术后9个月肩关节功能主客观评分与术前比较均得到明显改善(均P=0.000);术后9个月肩关节功能主客观评分2组比较差异无显著性(P>0.05)。结论TightRope带襻钢板和Endobutton钢板治疗肩锁关节脱位均效果显著,可有效改善患者肩关节功能。与Endobutton钢板比较,TightRope带襻钢板手术创伤更小,出血更少,明显减轻术后疼痛,更有利于患者早期功能锻炼。

大跨度公铁合建斜拉桥钢混板-桁组合梁关键节点空间受力特性

针对大跨度公铁合建斜拉桥—主跨808 m洪奇沥特大桥新型钢混板-桁组合梁的关键节点—辅助墩顶钢混节点,采用ANSYS软件建立钢桁-混凝土板组合梁部分节段细化的全桥多尺度有限元模型,分析边跨组合梁节点在受力最不利工况下的受力规律及传力特性,并讨论下弦杆等杆件截面等结构参数变化对节点受力、传力的影响规律。结果表明:最不利组合工况下,边跨组合梁辅助墩顶钢混节点处钢结构最不利Mises应力为265.9 MPa,混凝土局部最大名义拉应力为9.2 MPa,导致局部开裂而受力转移至钢结构;在辅助墩顶局部负弯矩影响下,内外节点板处应力总体呈“倒V”形分布,混凝土顶面及底面分别呈“鞍形”及“倒鞍”形分布;节点处下弦杆(含管内混凝土)、竖杆分别传递77.86%和40.15%荷载,为纵向、竖向主要传力构件;混凝土桥面厚度变化对自身应力影响明显,其厚度和下弦杆截面面积对纵向传力比影响大,竖杆截面面积对自身竖向传力影响相对明显;混凝土厚度及下弦杆、斜腹杆、竖杆截面为节点受力、传力的主要影响因素,其系数在0.8~1.1时,组合梁关键节点各构件应力及传力比均较为合理。

微创经皮钢板内固定技术在锁骨中段粉碎性骨折锁定钢板固定术中应用

目的 探讨微创经皮钢板内固定(MIPPO)技术在锁骨中段粉碎性骨折锁定钢板固定术中的应用价值。方法 回顾性选取2020年6月—2022年6月130例锁骨中段粉碎性骨折的临床资料,根据手术方法分为观察组和对照组,每组65例。对照组行传统切开复位内固定,观察组行MIPPO技术联合锁定钢板治疗。比较2组围术期指标、并发症、手术优良率及手术前后疼痛应激介质、肩关节功能指标。结果 观察组切口长度、骨折愈合时间短于对照组,术中出血量少于对照组,术后1 d疼痛视觉模拟评分法评分低于对照组(P<0.01)。术后1 d,观察组血清P物质、前列腺素E_(2)低于对照组,β内啡肽高于对照组(P<0.05);术后3、6个月,观察组Constant-Murley肩关节功能评分及肩关节前屈、后伸、外旋活动度高于对照组(P<0.05)。观察组并发症总发生率低于对照组,术后6个月手术优良率高于对照组(P<0.05)。结论 MIPPO技术联合锁定钢板治疗锁骨中段粉碎性骨折能显著提高手术优良率,减少术中出血量,促进肩关节功能恢复,抑制疼痛因子释放,缓解术后早期疼痛,还能降低并发症风险。

CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点力学性能正交试验研究

为了明确异型截面钢填板对节点性能的影响,为木结构异型钢填板螺栓节点提供安全性的设计经验,提出CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点,在正交试验设计条件下开展单轴顺纹拉伸试验研究.试验发现,节点具有多种受力特征,包括木构件剪切破坏、顺纹向张开型断裂(TL断裂)、端部顺纹压溃、CFRP断裂和螺栓弯折等形式;节点在受力过程中没有明显屈服阶段,主要经历线弹性阶段、断裂失效过渡阶段和断裂失效阶段.通过正交参数分析得到不同因素对所提节点主要力学性能的影响程度及规律.结果表明:各因素对极限强度和延性的影响比对弹性刚度的影响显著,且波角和波高为主要影响因素.极限强度与波角负相关且随着波高的增大呈波动变化,延性与波角和波高负相关.

新型异形钢管混凝土结构可更换剪切板式节点抗震性能研究

提出了一种新型异形钢管混凝土结构剪切板式节点,制作了2个可更换剪切板式梁柱节点进行拟静力试验与有限元分析,获得了2个节点的滞回曲线、延性性能和耗能能力等力学性能指标。研究表明:不同开孔形式的剪切耗能板会造成不同的破坏模式;采用腰孔型剪切耗能板的新型异形钢管混凝土结构剪切板式节点的延性性能和耗能能力较好。在试验和数值模拟的基础上,研究了板件间摩擦系数对节点抗震性能的影响,当摩擦系数增加至0.30时,节点抗震性能更好。

不同接头类型地下连续墙受力特性研究

以浦东机场南区地下交通枢纽工程为例,通过建立数值模型分析了不同地下连续墙接头在基坑工程的应用效果,并对比选择了最佳接头类型。研究结果表明:地下连续墙接头部位的水平位移随着基坑的不断开挖而增大;接头位移在基坑开挖至底部时达到最大值66.3mm,在开挖过程中水平位移较大的部位基本位于基坑的中上部,要预先做好预警工作和应急预案,避免发生大面积渗漏的情况;接头类型不同时,地下连续墙对应部位的水平位移有所差异,选择刚性接头时地下连续墙传递应力的能力更好,承载能力更强,位移变形较小;随着基坑的开挖,地下连续墙采用H型钢接头和十字钢板接头时的水平位移变化趋势基本一致;支撑轴力在接头水平位移有显著降低的第3道混凝土支撑部位时的值较大;地下连续墙接头类型同时会对接头部位的稳定性和基坑支护结构造成较大影响;通过对比,H型钢接头更适用于背景项目。

高温烟气管道膨胀节稳定失效分析与设计优化

针对某甲醇制烯烃(MTO)装置再生烟气管道波纹管膨胀节稳定失效的故障,分析了管道支座布置和操作工况变化对膨胀节稳定性的影响,结合管道热位移、盲板力的计算,证明了管道支座的选型及合理布置是保证膨胀节安全、有效服役的关键。提出了膨胀节的改造应用方案和治理措施,为类似工况膨胀节的应用和失效预防提供了经验。

钢板阻尼连接的装配式边柱减震节点滞回性能试验研究

为研究不同耗能机制的钢板阻尼连接对装配式钢框架梁柱节点力学性能的影响,本文对两个钢板阻尼连接的装配式边柱减震节点试件进行拟静力试验研究,获得试件的破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、滑移曲线和应变发展情况,分析试件的承载力、延性、耗能能力、弯矩–转角等性能指标。研究结果表明:钢板阻尼连接的装配式边柱减震节点具有较好的承载性能和耗能性能,在试验过程中未发现梁、柱主体构件及节点核心区破坏现象,可将损伤集中控制于钢板阻尼连接处。耗能钢板圆形开孔的承压型钢板阻尼连接的装配式边柱减震节点(试件BSDC)主要为耗能钢板发生受拉破坏,长圆形开孔的摩擦型钢板阻尼连接的装配式边柱减震节点(试件FSDC)出现明显的滑移行为,在钢板阻尼连接处产生明显的弯曲残余变形。试件FSDC的承载力略低于试件BSDC,且由于往复荷载下的摩擦系数和预紧力损伤,加载后期试件FSDC承载力出现轻微下降,但其滞回曲线较为饱满,滞回行为稳定,而试件BSDC由于耗能钢板断裂导致承载力急剧下降。试件FSDC的耗能能力和延性均优于试件BSDC,摩擦型钢板阻尼连接耗能占比为88%,承压型钢板阻尼连接为67%,实现了集中耗能,钢板阻尼连接处的滑移行为可改善试件的耗能性能和变形能力。

壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点抗震性能研究及设计建议

以壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点为研究对象,进行两个足尺试件的拟静力试验,分析节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线,并研究节点承载力、延性、耗能能力和刚度退化等指标。试验结果表明:试件破坏模式分别为侧板外梁端形成塑性铰、节点核心区侧板开裂及轻微鼓曲;试件滞回曲线稳定饱满,曲线呈现梭形,试件延性系数为3.11~3.53,等效黏滞阻尼系数大于0.4,具有良好的耗能能力;刚度退化较稳定,具备较好的抗侧能力。在验证有限元模型合理的基础上,通过有限元变参分析此类节点的滞回性能,结果表明:增加侧板厚度或侧板外伸长度可提高嵌入式双侧板节点的承载力及延性。最后结合试验和有限元变参分析结果,针对此类节点提出设计建议。