水滴形大跨钢屋盖结构风洞试验和风振分析

自然风经过大跨结构时,由于结构屋顶形状不规则,通常会引起柔性屋面的振动,因此针对大跨屋面结构抗风设计需要考虑风压分布和风振响应。以陕西省水务集团矿泉水生产车间为工程背景,制作了1∶200的刚性模型,通过刚性模型风洞试验测得该水滴型大跨钢屋盖结构的表面风压,研究了屋盖表面典型测点及整体的风压分布规律。基于风洞试验数据,对结构进行风振时程分析,得到了屋盖表面的风振响应和风振系数。结合刚性模型风洞试验和风振分析,深入研究了水滴形大跨屋盖结构的风压分布规律和风致振动特性,并总结了其共性规律。

细长桁架臂卸载反弹动应力分布规律及试验

为研究细长桁架臂在卸载冲击下的动态响应变化规律,提出了基于等效梁振型函数的桁架臂动应力分布计算模型。根据等效梁振型函数,探讨了卸载后桁架臂动应力分布假设,分析了影响桁架臂卸载反弹动响应的相关参数。以装备细长桁架臂的动臂塔机为对象,建立了桁架臂精细化有限元模型和起重机刚柔耦合模型,通过仿真辨识了应力分布模型的关键参数。实施了动臂塔机系列载荷卸载冲击试验,桁架臂上主弦杆的动应力试验值与理论计算结果误差小于7%,表明动应力分布理论模型与实际相符。通过理论模型预测了极限工况下桁架臂上主弦杆动应力分布状态,发现在最大载荷卸载条件下起重臂动应力峰值超过结构承载极限,为卸载条件下起重机关键结构的优化设计提供依据。

模块化建筑刚性桩复合地基共同作用试验分析

本文依据某模块化示范楼,制作了简化后的1∶10的模块化建筑刚性桩复合地基的室外缩尺模型,考虑了上部模块结构与地基基础共同作用。通过模型试验分析了上部模块刚度变化对上部模块钢柱、筏板基础和刚性桩复合地基各受力体的影响。结果表明:模块化建筑中部柱轴力>边部柱轴力>角部柱轴力;随上部模块刚度的增加,中部柱轴力逐渐减小,边部柱和角部柱轴力逐渐增大;筏板基础中部沉降最大,边部沉降最小,整体沉降随上部模块楼层的增加逐渐增大;角部桩身轴力>边部桩身轴力>中部桩身轴力,桩身轴力沿着桩深度方向先增大后减小;桩身上部一定范围内产生负摩阻力。分析结果能够为模块化建筑单元构件设计及刚性桩复合地基基础优化设计提供参考。

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。

细长桁架臂卸载反弹动力学行为仿真及实验

细长桁架臂是桁架臂起重机的关键工作部件,卸载反弹冲击是威胁细长桁架臂起重机结构安全的重要工况。为研究细长桁架臂在卸载冲击下的动力学行为,采用刚柔耦合多体仿真方法和起重机卸载冲击实验方法探讨了桁架臂卸载反弹条件下动应力的变化规律,推算了细长桁架臂卸载冲击动载系数。以装备细长桁架臂的动臂塔机为对象,采用刚柔耦合方法建立了包含载荷模型和结构动态特性模型的动臂塔机精细化仿真模型,分析了桁架臂反弹振动引起的动应力变化,发现了桁架臂卸载反弹动应力的分布规律。根据不同臂长的起重机起升性能表,研究了仰角-动应力关系曲线与起升性能曲线之间的关系,发现起重臂的臂中出现最大动应力所对应的起重机突然卸载工况。根据起重机卸载冲击仿真结果,建立了基于仿真预测的起重机卸载冲击实验方法,实施了细长桁架臂系列载荷卸载反弹实验。桁架臂动应力实验值与仿真值之间的误差小于13%,证明精细化模型仿真是求解桁架臂卸载冲击响应的有效工具。通过模型仿真进一步预测了极限工况下细长桁架臂卸载冲击动载系数,发现起重机设计规范中关于卸载冲击动载系数的相关规定存在缺陷,探讨了桁架臂的长细比对卸载冲击动载系数的影响,为细长桁架臂的结构优化设计提供依据。

H-V组合荷载作用下HSCM桩承载性能

螺旋桩芯劲性复合桩(helix stiffened cement mixing pile,HSCM桩)是由螺旋桩芯与水泥土桩劲性复合而成的新型桩基。为研究水平-竖向(H-V)组合荷载作用下HSCM桩的承载性能,基于自制土工箱,开展HSCM桩室内模型试验研究,设计并制作3组共12根HSCM模型桩进行H-V组合荷载试验,分析加载角度与螺旋叶片数量对桩基承载性能的影响。试验结果表明:上拔荷载分量对桩基水平极限承载性能有不利影响;叶片数量越多,HSCM桩成桩质量越好,H-V组合荷载作用下承载力越大。

百万千瓦二次再热汽轮发电机刚性框架基础动力性能研究

1 000 MW超超临界二次再热机组在降低能耗、减少污染方面具有显著优势,近年来,这类机组投运量增长显著。汽轮发电机作为电厂的关键核心动力装备,其基础结构振动控制是保障电厂安全可靠运行的重要环节。二次再热机组汽轮发电机轴系长、转子重,为降低振动影响确保机组平稳安全运行,以往1 000 MW超超临界二次再热机组汽轮发电机基础普遍采用弹簧隔振基础。该研究围绕1 000 MW超超临界二次再热机组汽轮发电机刚性框架基础的动力性能开展数值分析和模型试验研究,结果表明:1 000 MW超超临界二次再热机组汽轮发电机刚性框架基础具有良好的动力性能,正常运转阶段各扰力点振动线位移响应幅值不大于20μm,满足我国标准限值要求。研究成果可为1 000 MW超超临界二次再热机组汽轮发电机基础结构选型和设计提供技术支撑。

基于响应面法和ARO算法的桥梁有限元模型修正

针对桥梁结构模型修正过程中计算量大、全局寻优难等问题,提出一种基于响应面法和人工兔优化算法(artificial rabbits optimization, ARO)的桥梁有限元模型修正方法。该方法通过F检验法明确对结构响应影响显著的参数并建立响应面模型作为桥梁有限元模型的代理模型进行迭代计算,然后通过静动力联合修正法基于特征响应的响应面模型计算值和试验值构建目标函数,并通过人工兔优化算法对目标函数进行迭代计算进而获得精确的有限元模型参数。采用该方法对变截面连续刚构黄河特大桥有限元模型进行修正,结果显示:基于显著性分析结果建立的桥梁响应面模型相关系数大于0.98,且平均绝对误差低于0.05;模型修正后主梁关键截面竖向位移最大相对误差由32.97%降至5.72%,平均相对误差由20.67%降至3.61%,桥梁前3阶竖向自振频率平均相对误差仅为0.18%。可见,采用所提方法修正的模型能用于评价桥梁结构实际受力性能。

盾构隧道横向刚度有效率研究

对现有国内外盾构隧道横向刚度有效率的取值进行了整理分析,认为目前通错缝隧道刚度有效率的取值常凭经验判定,缺少足够的验证。基于二环盾构隧道相似结构模型加载试验的结果以及相关研究成果,发现隧道加载时变形与荷载存在着明显的线弹性关系,隧道刚度有效率为一常数,符合修正惯用设计法的理论基础。对上海地铁盾构隧道的研究表明,通缝拼装时刚度有效率为0.67,错缝拼装时刚度有效率为0.75,软弱土体抗力对隧道有效刚度的影响可以忽略。通过与已有经验公式、结构试验结果的比较,表明相似模型结构试验具有简单、可操作性强、数据丰富、结果可信、经济的特点,可成为研究通错缝拼装盾构隧道刚度有效率的较理想方法。

考虑横向与纵向刚度相似的模型盾构隧道设计方法

由于盾构隧道的横向刚度有效率与纵向刚度有效率不一致,在模型试验中难以设计出横向刚度与纵向刚度均可满足相似要求的模型盾构隧道。根据模型试验相似设计理论,提出了一种横向刚度与纵向刚度均可满足相似要求的模型盾构隧道设计方法,即模型盾构隧道管片环采用修正匀质圆环模型,以横向刚度满足相似要求进行设计,提出了模型盾构隧道管片环设计计算方法,并采用对压法对模型盾构隧道管片环的横向刚度进行了测定;管片环之间采用垫有弹簧的螺栓连接,提出了相应的模型盾构隧道纵向刚度计算方法,并通过简支梁法对模型盾构隧道的纵向刚度进行了测定,对模型盾构隧道纵向刚度计算方法进行了验证。最后根据模型盾构隧道与原型盾构隧道纵向抗弯刚度相似关系,得到了垫在模型盾构隧道环缝连接螺栓上的弹簧刚度计算方法。

刚性挡墙被动土压力模型试验研究

为了研究刚性挡墙被动土压力的形成机理 ,介绍了一个试验模型的制作 ,通过模型试验对砂土在不同变位情况 ,即墙体的平移 (T模式 )、绕墙顶上某点转动 (RTT模式 )和绕墙底下某点转动 (RBT模式 ) ,得出刚性挡墙被动土压力的试验结果 ,最后分析了不同变位条件下被动土压力的变化规律。

基于模型试验的盾构隧道纵向刚度分析

为探明盾构隧道纵向变形性能及抗弯刚度有效率的取值,基于模型试验,根据相似理论对通缝、错缝及匀质圆筒模型进行纵向模型试验研究。分别对3种纵向试验模型进行了加载试验,采用数据采集系统测试加载过程中的管片模型的纵向变形,得到了各级荷载下通缝、错缝及匀质圆筒模型纵向变形规律及其抗弯刚度有效率,并对试验结果进行对比分析。结果表明:1盾构隧道纵向变形与荷载基本呈线性关系;2通缝、错缝隧道纵向抗弯刚度有效率分别在0.18~0.39和0.20~0.40;3通缝和错缝隧道的纵向弯曲变形性能基本一致,错缝拼装效应对盾构隧道纵向变形的影响并不明显,研究成果可为盾构隧道的设计提供参考。

刚性基础下复合地基褥垫层细观工作机制

垫层是保证变形协调、实现复合地基荷载合理分配的关键组件。但目前对垫层细观工作机制的认识还不够深入,参数选取主要依赖经验。为了进一步揭示垫层协调工作机制,利用自制试验装置进行了3种不同填料高度下的砂垫层可视化平面应变试验。结合2D DEM数值正交试验,揭示了不同尺寸参数组合下垫层的3种变形形态及其细观力链分布特征,指出变形形态与垫层相对厚度(厚度与桩间净距的比值)有关,并提出了按相对厚度控制垫层参数选取的建议。同时,通过垫层细观工作机制分析,提出垫层协调性能的评价指标,利用正交试验分析得到了垫层厚度与桩间净距是影响垫层变形协调能力的显著因素,给出了指标的取值上限值以指导垫层参数设计。

大跨度高空弧形连廊模型风洞试验研究

介绍了杭州市民中心建筑群模型测压的风洞试验,给出了大跨高空弧形连廊表面的平均(静)风压系数、平均风压和平均风荷载体型系数值,详细讨论了风场和风向角对风压系数和体型系数的影响.结果表明:连廊迎风面处于正压区,而背风面、顶面和底面处于负压区;连廊顶面风载狭缝效应十分明显,而底面不太明显;连廊的整体体型系数大于规范对弧形建筑的规定;按规范(基于平均风压)计算的用于连廊覆面设计的风压结果比应用统计方法(基于平均风压和脉动风压)计算的结果偏小.

半潜式起重船浮吊作业的数值模拟与模型试验

深水起重船是海洋油气开发、海上风电设备安装中不可缺少的一项重要装备。以一艘最大起重能力达16000 t的半潜式起重船为研究对象,分别用数值模拟和模型试验的方法研究其空勾和最大起重时在波浪作用下的运动性能。数值模拟方法基于三维线性势流理论,分别从频域和时域两个方面分析,在起重作业时考虑船体和重物两体之间的相互耦合作用,得到船体和重物运动的RAO和运动时例曲线;在上海交通大学深水池中对该起重船进行了静水衰减、白噪声和不规则波的模型试验,其分析结果与数值模拟方法相对比。结果表明,数值模拟和模型试验得到的结果非常吻合,数值模拟方法具有较高的可靠性;半潜式起重铺管船在波浪中拥有良好的运动性能,在文中列出的海况下能够安全地进行作业。

桥梁结构动力特性分析中节点刚性区问题的处理

在进行结构动力特性分析中能否正确处理节点刚性区问题关系到计算结果的准确性。为此对节点刚性区的形成原因和力学特性特别是刚性区刚度的变化进行了分析，并提出了可能的处理方法。在对各种方法的原理作了详细的理论分析后，以南京长江二桥桥塔的动力特性计算为算例，分别应用每种方法得出结果。通过计算结果同模型试验实测数据的比较，结合理论分析，确定了最佳的处理方法──刚性材料法。

大型射电望远镜结构风荷载特性研究

全可动射电望远镜结构工作时需要在两个方位进行变位旋转,其迎风姿态多样、反射面风压分布复杂。为掌握反射面结构风荷载分布特性及获取相应的荷载取值,选取了待建的新疆110 m(F/D=0.3)望远镜反射面结构为切入点,首先采用计算流体力学软件FLUENT,对其表面平均风压分布进行数值模拟,并展开相应的风洞试验研究,来验证CFD模拟反射面平均风压分布的有效性。通过对比数值模拟与试验结果,揭示出旋转抛物反射面的风荷载特性。随后以数值模拟为研究手段,对其他若干反射面结构进行基于望远镜变位过程的全方位分析,给出不同口径、不同焦径比的反射面风荷载特性分析结果,为日后旋转抛物反射面抗风设计提供较为充分的资料。

基于挠度传荷系数的机场道面接缝刚度模型

基于ABAQUS有限元软件,以"贡献面积"为刚度分配原则,研究机场混凝土道面板接缝的挠度传荷系数及其与接缝刚度的关系。结果表明:挠度传荷系数受地基反应模量、荷载作用、板厚等的影响不明显,而与接缝刚度对数存在稳定的显著关系。进一步结合混凝土道面板模型试验,实测了板接缝处传力杆的弯曲应力、剪切应力以及受荷板和传荷板的挠度变形,并确定道面板模型的接缝刚度与传荷系数。通过与理论结果比较,最终建立了基于挠度传荷系数的道面接缝刚度反演模型,为机场刚性道面接缝设计提供参考依据。

超高层建筑层风力空间相干函数研究——分析归纳法

通过刚体模型测压试验对某一492m高、具有特殊体型的超高层建筑的层风力空间相干函数的特点进行研究,并给出其数学函数模型。首先,利用压力积分技术获得各测量层的风力系数时程;然后,对顺风向、横风向和扭转方向的各层风力系数的相干函数曲线进行分析,阐明不同位置、不同间距的两层风力相干性特点,由此,给出超高层建筑层风力空间相干函数的拟合公式;最后,对顺风向、横风向和扭转方向的典型层间的风力相干函数的试验结果进行最小二乘拟合,确定了各拟合参数的值,并根据参数值随不同位置、不同间距的变化特点,归纳出统一的参数表达式。

特高压8分裂导线风荷载干扰效应风洞试验

特高压8分裂导线在风场作用下的干扰效应对导线风荷载的合理化设计非常重要。为研究该干扰效应,设计制作了特高压多分裂导线模型,进行了不同风场环境下多分裂导线的风荷载特性测试。试验采用高频测力天平测得不同风场下多分裂导线模型的3分量力,继而获得导线各种风场下阻力系数。通过比较不同导线形式、迎风方向,研究了多分裂导线在风场下的干扰效应,得到了导线风荷载随分裂导线数、雷诺数变化规律。试验结果表明8分裂导线的干扰效应显著,实测风荷载结果较现行规范计算结果有明显降低,表明现行规范中的8分裂导线风荷载计算方法偏于保守。特高压8分裂导线等效风荷载的合理化计算可以考虑干扰效应的影响。