再生粗骨料混凝土应力-应变关系

再生粗骨料混凝土应力-应变关系是实现其材料到结构力学分析的桥梁纽带,成为再生粗骨料混凝土结构基础理论的基石。介绍了作者团队多年来在再生粗骨料混凝土应力-应变关系方面取得的研究进展:采用模型化再生粗骨料方法,研究了复杂界面过渡区对再生粗骨料混凝土破坏行为的影响,揭示了再生粗骨料混凝土细观损伤本质与演化机理;从静力作用到动力作用,系统地开展了不同工况下再生粗骨料混凝土应力-应变行为试验研究,探明了载荷条件对再生粗骨料混凝土应力与变形的影响规律并建立了相适应的力学与数学模型;进一步考虑再生粗骨料性能时空变异性,发现了再生粗骨料混凝土力学响应的概率分布特征,提出了再生粗骨料混凝土随机损伤本构关系;基于获得的本构模型,完成了再生粗骨料混凝土构件时变可靠度分析和结构动力非线性分析,为再生粗骨料混凝土在实际工程中的安全应用提供了理论支撑;提炼了相关研究结论并对未来研究工作进行了展望。

船闸浮式系船柱结构受荷敏感区域研究

随着我国水运交通事业的不断发展,大型船闸的安全运行至关重要。为保证船闸内船舶的泊稳安全,实时感知船闸浮式系船柱的运行状况至关重要。浮式系船柱受荷敏感区域的确定与结构监测传感器的布设方案密切相关,然而针对该问题仍缺乏系统的研究。依托某大型船闸工程,通过建立浮式系船柱结构三维数值模型,基于有限元方法研究浮式系船柱在不同系缆力、系缆角度情况下的结构应变路径变化规律。结果表明,浮式系船柱结构受系缆力作用的敏感区位置在靠近浮式系船柱空心圆柱体与固定钢板焊接位置附近,为浮式系船柱结构受力监测传感器的安设以及后续工作提供理论支撑。

冻融循环下砂岩的动态劈裂特性与应变演变机理

为了研究冻融循环条件下砂岩的动态拉伸力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统并结合高速数字图像相关技术(DIC),对冻融循环0次、10次、20次、40次的砂岩试件进行不同冲击速度下的动态劈裂试验,研究分析了不同冻融循环次数下冻结砂岩在动态拉伸应力下的强度特征、变形过程与破坏形态。结果表明:不同冻融循环作用下冻结砂岩与普通砂岩的动态拉伸曲线有着相似的应力发展特点,分为低速增长段、高速增长段、峰值平台段和降低段;冻岩的拉伸峰值应力与应力加载速率呈线性关系,与冻融循环次数之间呈现出先增大后减小的趋势;在相同打击强度下,4种冻融循环次数(N)的冻岩试件中心处拉伸应变大小依次为40次、20次、0次、10次,具有一定的冻融循环效应。

舰载飞机着舰撞击载荷实测技术研究

针对国内飞机起落架载荷测量中普遍存在的静标动测问题,从理论和机理上分析了静标定的应变法实测动态载荷存在问题的原因。同时,考虑到舰载飞机因定点着舰方式遭受严重的动态载荷,重点研究了舰载飞机着舰撞击载荷的静标动测问题。通过动态落震试验模拟飞机着舰过程,根据测力平台的实测载荷分析,获取了应变法实测载荷精度受动态影响的程度,提出一种改进的惯性修正方法,即:通过落震试验数据辨识质量矩阵,通过辨识的质量矩阵和实测加速度修正应变法的实测载荷。试验结果表明,改进的惯性修正方法进一步提高了垂向载荷的测量精度,显著提高了航向和侧向载荷的实测精度。

高桩码头结构安全监测预警模型及工程应用

高桩码头结构在服役期内会出现不同程度的损伤,导致码头结构安全性降低。为保证码头长期安全运行,可通过实时监测确定码头运行状态并及时预警。提出一种高桩码头结构安全监测预警模型,采用不同结构状态的设计控制值作为不同级别的预警阈值,每级预警阈值对应不同的风险程度,针对不同级别的预警提出相应处置措施。将该预警模型应用于南京港某高桩码头的安全监测,对可变荷载作用下码头结构位移和桩基应变进行实时监测,并计算设置码头结构位移和桩基应变三级安全预警阈值。结果表明,码头安全预警阈值的设置及安全告警的应对措施科学有效,实现了码头结构全工况整体技术状态评估和安全预警。

基于应变测试矿用汽车车架结构优化设计分析

矿用铰接车采用液压举升机构实现货物卸载,受力情况复杂,对车架结构影响大且要求高。针对某自卸车后车架和货箱在不同运行条件下的承载特性进行分析,获取各工况的载荷情况和边界条件;根据前述分析,建立后车架和货箱的有限元分析模型,选取多个典型工况开展分析,获取应力应变的分布情况;采用材料升级、圆角优化及焊接工艺提升等,针对应力集中和较大位置进行优化设计,降低应力值,保证安全裕度满足要求;采用直角应变测试法,针对实际自卸车车架开展应力测试,在分析的关键位置布置应变片,选取典型工况开展测试,并与仿真结果开展对比。结果可知:自卸车铰接点和液压举升缸鹅颈支撑处应力较大,并且出现了应力集中,但均在许可范围之内;采用厚度提升、直径增大及焊接工艺提升等方法,有效提升应力分布,最大值明显降低;实车测试和仿真分析,满载工况应力分布基本一致,最大值误差低于5.8%;优化后结果明显低于优化前;结果表明分析模型和优化方法的可靠性,为此类分析设计提供参考。

循环荷载下双裂隙砂岩弹性模量及裂纹动态演化

为研究不同岩桥倾角砂岩在循环荷载作用下的弹性模量变化和裂纹动态演化规律,对裂隙倾角固定为45°,岩桥倾角分别为15°,45°,75°,90°,105°的砂岩试件开展了单轴循环加、卸载试验和PFC^(2D)模拟.结果表明,不同裂隙砂岩的弹性模量随循环荷载作用得到了明显的强化;在循环荷载作用下,应力-应变曲线与离散元模拟得到的试件瞬时微裂纹演化曲线存在对应关系;岩桥倾角对砂岩的破坏模式有影响,PFC^(2D)模拟的裂纹动态演化可以合理地反映岩石中裂纹的萌生位置、扩展方向.基于微裂纹数目所定义的损伤与破坏模式很好地对应,岩桥倾角为45°时原始损伤是最大的.

波形钢腹板工字梁的等效计算模型及稳定性分析

基于变形与应变能相等的原则,提出波形钢腹板工字梁的等效平直钢腹板计算模型。通过波形钢腹板直板段与斜板段应变分析,推导了波形钢腹板工字梁及等效计算模型的应变能,建立等效惯性矩与等效扇性惯性矩,利用平直钢腹板工字梁的临界荷载计算公式,对波形钢腹板工字梁进行稳定性分析。研究结果表明:该方法简单、便捷,对波形钢腹板工字梁的稳定分析准确、有效;建立的等效惯性矩与翘曲惯性矩仅取决于截面及波形钢板尺寸,不受工字梁的边界条件、跨径等因素的影响,具有良好的适应性。

基于应变楔理论的水平受荷桩横向变形计算

介绍了应变楔理论计算水平受荷桩的基本原理及方法流程,改进和简化传统应变楔理论在水平受荷桩桩顶位移的计算方法,通过实例验证该方法与实测值较为接近,具有实践意义;同时比较了不同桩径条件下,m法和应变楔理论的计算结果,当桩径超过2 m时,m法计算结果误差较大。

工程降水对钻孔应变的干扰特征及干扰机制研究

抽水干扰在钻孔应变观测中常见且影响显著,为了能真实捕捉到地震前兆信息,须对其干扰机制进行研究.随着城市化进程,基坑工程及其伴随的工程降水逐步增多,工程降水对钻孔应变的干扰比普通单井抽水干扰更为严重.工程降水对钻孔应变观测有何干扰特征、干扰机制如何、干扰数据能否修复等问题对地震异常的探测具有重要意义.本文基于莱阳体应变受到附近御龙湾项目工程降水干扰的观测案例,研究了工程降水的干扰特征,修复了干扰畸变,通过数值模拟确定了干扰机制.结果表明:(1)工程降水在干扰体应变趋势变化的基础上叠加了方向明确、量级稳定的固体潮畸变,可以通过一阶差分逆运算进行修复.修复固体潮畸变并扣除背景速率后,工程降水干扰量级达-15.65×10^(-9)/d;(2)通过建立基于集中载荷模型的网格算法,模拟出工程降水在体应变异常初期和后期分别产生6.61×10^(9) N和1.73×10^(10) N的集中力载荷,干扰量级明显大于常见的单井抽水干扰,压性干扰集中于体应变仪与抽水井连线的垂直方向;(3)通过固体潮畸变特征及力学机制分析确定了工程降水造成固体潮畸变的干扰机制为"抽水引起压性趋势下降—抽水暂停引起张性台阶上升—抽水引起压性趋势下降"周期行为,固体潮畸变时间间隔(频次)和钻孔水位之间呈显著同步特征,线性系数为0.737.

墨鱼骨结构的力学行为及其应变率效应

墨鱼骨是一种墨鱼内部产生的生物矿化壳,通过调节壳内的气液比从而实现墨鱼的深浅浮动,同时满足轻质和高刚度的力学特性,使墨鱼能够很好地适应深海环境,所以墨鱼骨是一种典型的高比刚度的多孔材料。为探究墨鱼骨结构的力学性能,通过Instron材料试验机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对墨鱼骨在不同加载应变率下的力学行为进行研究。研究结果表明,墨鱼骨在准静态加载下,其应力-应变曲线呈现典型的三阶段变化模式,即弹性段、平台段和压实段,具有很好地吸能缓冲作用;随着加载应变率的提高,墨鱼骨的初始压溃应力和平台应力也随之增加,表明墨鱼骨材料对加载应变率存在很强的敏感性。进一步分析不同生长方向的墨鱼骨在准静态压缩下的力学行为,结果表明随着生长方向的增加,墨鱼骨结构的刚度和吸能性能都得到了弱化,从而揭示了墨鱼骨材料压缩行为的各项异性。

膨胀珍珠岩基相变混凝土柱轴压性能研究

相变混凝土受自身相变材料及其吸附材料强度的影响,其力学性能同普通混凝土相比存在差异。研究相变混凝土的轴压性能及其应用,对8根膨胀珍珠岩基相变混凝土柱进行了轴压性能试验,研究了相变骨料掺量、体积配箍率对相变混凝土柱的破坏模式,荷载-应变曲线及轴压承载力的影响。结果表明:膨胀珍珠岩基相变混凝土柱的破坏形态与普通混凝土柱的破坏形态相同。进一步对试件的荷载-应变曲线进行了分析,结果表明:相变混凝土柱的极限承载力和延性随着相变骨料掺量的增加而降低,随着体积配箍率的增加而提高。基于以上结果,采用规范中的相关计算式对试件承载力进行预测,同时基于约束效应和叠加原理,建立了极限承载力计算式,并将两种计算式的误差进行对比。

循环加载下压实黄土的边界面塑性本构模型

压实黄土的动应力应变关系预测是黄土高原平山填方工程长期运营涉及的关键问题之一,已有模型预测压实黄土的动本构关系难度较大。该文在边界面塑性框架下,引入动态映射法则,提出了一个反映应变累积的循环加载塑性模量表达式,构建了循环加载条件下压实黄土边界面塑性本构模型,分析了循环应力比与围压对应力应变关系与模量的影响规律,采用压实粉质黄土动三轴试验结果进行了验证。结果表明,该循环加载塑性模量基本反映了压实黄土的应变累积行为,所构建的本构模型考虑了循环应力比对动应力应变关系与模量的影响,可为填方压实黄土长期变形分析提供参考。

某独塔大跨度地锚式悬索桥荷载试验研究

以国内山区某独塔大跨度地锚式悬索桥为工程背景,为更好地了解和评价桥梁结构实际工作状态,对其进行荷载试验。采用现场试验和有限元数值模拟相结合的方法,通过静载试验得到各工况下控制截面应变和挠度。结合动载试验下结构模态参数和动力响应,对比实测值与计算值,评价桥梁工作状态。结果表明:静载试验下该桥挠度校验系数为0.79~0.97,应变校验系数为0.5~0.944,结构刚度满足设计要求,结构处于弹性工作状态,具有一定的安全储备。动载试验下各阶实测频率与计算频率比值为1.01~1.50,各阶频率实测值均大于计算值,实测振型与理论振型基本吻合,结构整体刚度较大。在不同车速无障碍行车和制动试验下,实测最大动应变为107με,桥跨最大冲击系数为0.048,桥面总体较平顺,刚度满足规范要求。

基于桩侧砂土圆锥型修正应变楔模型的p-y曲线

基于桩侧砂土三维圆锥型应变楔的变形特征,提出砂土中水平受荷桩的非线性p-y曲线。构建圆锥型楔形体前表面应力体系并引入土体应力-应变双曲线模型,进而考虑应变楔的水平受力平衡得到桩侧土反力的表达式。在此基础上,结合弹性地基梁有限差分数值分析,建立了水平受荷桩非线性p-y曲线的理论推导方法。将该理论用于钻孔桩和打入桩模型试验的算例分析,结果表明:相对于API规范的p-y曲线、双曲线型p-y曲线以及传统非圆锥型应变楔模型得到的p-y曲线,本文方法得到的非线性p-y曲线与模型试验结果更为接近。通过比较本文圆锥变形模式与传统非圆锥型应变楔模式的差异以及桩-土参数的影响分析,进一步论证了该方法的优点。

长期循环荷载下土的动力学特性与本构模型研究进展

随着交通基础设施的快速发展,长期循环荷载下土体的动力性能与相应的本构模型体系愈发受到关注,其能为该类荷载下地基或者岩土构筑物的动力稳定性和服役性能评估提供理论基础与技术支撑.最近20年来,国内外相关学者已开展了大量的室内试验探索长期循环荷载下土的动力特性与影响因素,建立相应的理论模型描述土体的长期循环变形特征,并努力将其应用于工程实践.目前,对长期循环荷载下土体动力学性能与主要影响因素的研究基本明确,但在如何减少本构模型参数,增强本构模型在变幅值、变频率等复杂实际工况时的适用性等研究尚需进一步加强.本文通过对该方向研究发展的总结,明确了未来的发展方向,并提出了当前研究局限的可能解决思路,有利于进一步推进相关研究成果应用于工程实践的进程.

加载频率对饱和珊瑚砂剪切模量硬化和衰退特性的影响

为探究循环加载频率f对珊瑚砂动剪切模量硬化和衰退特性的影响,采用不同f(0.01Hz、0.05Hz、0.1Hz、0.5Hz、1Hz)的分级和单级加载模式,开展中密、均等固结、应力控制的饱和珊瑚砂不排水循环剪切试验。珊瑚砂的孔压门槛剪应变(低于该应变不会产生超静孔压)和模量门槛剪应变(低于该应变不会产生剪切模量衰退)的大小基本相同,可统一称为门槛剪应变γ_(th),且γ_(th)值的大小不受f的影响。低应变(≤γ_(th))时,动剪切模量G随循环剪应变幅值γ_(a)的增大而增大,与施加的循环应力比(CSR)呈二次多项式关系,模量硬化指数δ_(s)最大可达1.2;高应变(>γ_(th))时,G-γ_(a)关系曲线不受f的影响,模量衰退指数δ_(d)可表示为γ_(a)的负幂函数;G随循环次数N增大而衰退的速率随f的增大而减小,与f相关的δ_(d)可表示N的显式表达式。

压型钢板局部削弱后抗弯性能试验研究

为研究组合楼板作为承载构件时在压型钢板局部削弱后的受弯性能,对压型钢板的竖直与水平方向进行不同程度的弱化,并在弱化后对钢板进行无侧向约束的受弯试验,研究压型钢板削弱后的受弯性能及其破坏形式。试验结果表明:在均布荷载作用下,各组压型钢板的破坏均以跨中受弯屈曲破坏为主;水平方向洞口削弱了钢板上翼缘承载力,当水平洞口半径为20 mm时,试件抗弯承载力降低约15%;竖向洞口会阻碍钢板上、下翼缘应力的传递,当竖向洞口半径为25 mm时,试件抗弯承载力降低约10%。通过对比可知,水平方向的弱化对承载力的影响相较于竖直方向要更加明显。

简析不同荷载作用下某码头桩基土层阻力变化规律

通过对某码头工程两根不同桩径与长度的打入桩进行载荷试验以及桩身应力应变测试,结合桩周土层工程地质勘察资料,通过分析不同荷载下桩周不同深度土层的侧摩阻力及桩端阻力的变化,最后给出不同深度不同性质的桩周土层侧摩阻力发挥规律以及桩端土层端阻力的发挥规律。

不排水条件下颗粒破碎粗粒土的动力特性分析

地震荷载作用下堆石等土料会发生颗粒破碎,从而导致其动力特性与不发生颗粒破碎的土料有很大的区别。为了探讨破碎粒状材料在循环荷载作用下的力学特性,对人工制备的粒状破碎土料进行了频率为1.0 Hz的循环加载固结不排水(consolidation undrained,CU)三轴试验,试验围压为100、200、300、400 kPa。研究结果表明:试样均为压缩破坏,呈应变硬化型;且不同激振力下的轴向应变曲线分为三段,即初始骤升段、中间平衡段和最终破坏段,并且每一阶段的长短和试样的变化均有所不同;动孔压随循环振次增大而增大,且在相同围压下激振力越大动孔压上升得越快。对动强度曲线分析发现,应力比越小动强度曲线越低;阻尼比整体上随着动剪应变的增大而逐渐增大,并且相同围压下激振力越小则阻尼比越小。颗粒破碎的影响因素有激振力、围压和振次等共同作用,不同围压(激振力)下各因素的影响大小不一、此消彼长,且随着围压增大颗粒破碎程度均逐渐增大。