聚丙烯纤维增强橡胶砂固结不排水剪切试验

鉴于橡胶砂作为回填材料时承载力低和变形量大的问题,采用加入聚丙烯纤维(PPF)的方法提高橡胶砂的力学性能,提出了聚丙烯纤维增强橡胶砂的半干拌式制备方法,通过48组聚丙烯纤维增强橡胶砂、普通橡胶砂和纯砂试样的固结不排水剪切试验,探究了聚丙烯纤维掺量和橡胶掺量等参数对聚丙烯纤维增强橡胶砂主要力学变形特征参数的影响.结果表明:聚丙烯纤维对橡胶砂弹性模量的影响较小;聚丙烯纤维增强橡胶砂具有先剪缩后剪胀破坏的特征,其偏应力与轴向应变关系为应变硬化型;聚丙烯纤维可有效提高橡胶砂的内摩擦角和黏聚力;聚丙烯纤维增强橡胶砂破坏偏应力的提升效果十分显著,最高可提高3倍.

剪法及温湿度对钙果4号试管苗增殖效应的影响

钙果4号试管苗在同一配方培养基继代多次后容易出现种苗老化现象。利用钙果4号试管苗茎切段腋芽萌发成梢的特性,剪掉苗木中上部茎段,对剩留的剪切苗进行保护处理,剪切时注意从基部往上最多预留2个腋芽,然后放置于湿度为65%~73%、温度为29±1℃的环境下继代培养。结果显示,腋芽可萌发出2.8个嫩梢,嫩梢长度约为4.69 cm,嫩梢上着生叶片的叶面积、叶绿素含量、比叶重等指标良好,无黄化、老化现象。结果表明,通过调整剪切方式、温湿度等因素,可减缓种苗老化,为下次继代培养提供合格材料。

不同倾斜方式对倾斜液化场地地震响应的影响分析

在倾斜场地地震液化后,土体的侧向流动扩展引起的场地失效以及大变形问题的研究中,不同的倾斜方式会对试验结果产生一定的影响,而目前针对不同倾斜方式对倾斜液化场地土体地震动力响应影响评价的研究成果还较为少见。根据课题组开展的水平液化自由场振动台试验,首先基于OpenSees有限元平台建立了水平液化自由场有限元计算模型,在数值模型中考虑了模型箱对场地土地震响应的影响,通过对比数值计算结果与试验结果验证了数值模型的可靠性。在此基础上建立了倾斜液化自由场有限元计算模型,分别建立了层剪箱整体倾斜模型、层剪箱场地土倾斜模型和刚性箱场地土倾斜3种不同的数值模型来模拟振动台试验中采用的不同的倾斜方式。通过对比,分析了在0.3g汶川地震卧龙波作用下3个数值模型计算得到的自由场土体动力响应结果,并讨论了3种不同的倾斜方式对计算结果的影响,最后给出了针对倾斜液化场地地震动力响应数值模拟和振动台试验研究中的一些有参考价值的结论。

不锈钢槽式预埋组件受剪性能研究

为研究不锈钢槽式预埋组件在剪力作用下的破坏模式和承载性能,完成了3组9个带混凝土基材的不锈钢槽式预埋组件试件的受剪试验。试验结果表明,平行受剪工况下破坏模式为齿牙剪切破坏,垂直受剪工况下破坏模式为混凝土边缘破坏及槽道卷边受弯破坏。在试验的基础上,通过ABAQUS软件建立了有限元分析模型,并验证了模型的准确性。通过数值分析研究了齿牙尺寸、混凝土强度、边缘距离、锚件中心线间距及预埋槽道有效埋深等参数对极限承载力的影响。结果表明,平行受剪工况下,平齿型槽道的齿牙数量、宽度及厚度的增加均可提高极限承载力,齿牙高度对极限承载力影响较小;垂直受剪工况下,平齿型和燕尾型槽道的混凝土强度及边缘距离的增加均可提高极限承载力,而锚件中心线间距的增加则使极限承载力降低,预埋槽道有效深度对极限承载力影响较小。给出了不同破坏模式下的受剪承载力计算公式,通过试验结果与有限元模拟结果的对比,验证了承载力计算公式的有效性。

基于数字图像技术的致密砂岩纯剪裂缝断裂过程实验

纯剪应力状态下致密砂岩断裂过程是理解致密砂岩破坏失效机理的关键,然而在纯剪应力状态下,初始裂缝是发育扩展为I型裂缝或II型裂缝却一直有所争议。本文基于新型光学测量技术数字图像相关法和双切边压缩实验理论方法,开展了双切边压缩实验并通过数字图像相关法得到了位移和应变场。实验结果表明:双边开槽压缩实验能在槽尖(预制裂缝尖端)产生纯剪应力状态;致密砂岩试件起裂过程包含2个阶段的I型裂缝,第一阶段裂缝从槽尖起裂,第二阶段裂缝从试件中心两槽尖相连区域起裂。本文研究成果为数字图像技术应用在岩石断裂力学领域提供了新思路,对分析水力压裂中致密砂岩纯剪裂缝的演化规律有一定参考价值。

基于性能的含可更换耗能梁段高强钢框筒结构抗震性能研究

含可更换耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-SFT-RSL)结合了耗能梁段耗能强、钢框筒抗侧刚度大、高强钢承载力高等优点,是一种抗震性能优良的结构体系.传统设计方法需要进行复杂的迭代和计算才能使结构达到预期性能目标,且无法较为准确地控制结构的塑性发展顺序和破坏模式,本文采用课题组提出的基于性能的塑性设计方法(PBPD)各设计一个30层HSS-SFT-RSL算例和含可更换剪切型耗能梁段的普通钢框筒结构(CS-SFT-RSL)算例,通过静力和动力弹塑性分析对比两算例的抗震性能.结果表明:采用PBPD法设计的两算例具有相似的顶点侧移角和破坏模式,HSS-SFT-RSL算例抗侧刚度略低,但极限承载力更高;在罕遇水准地震下,两算例各层耗能梁段均能参与耗能,层间侧移角沿结构高度分布均匀,避免了薄弱层,残余层间变形较小,有利于耗能梁段更换和结构震后功能的快速恢复.

石英砂岩三轴剪切力学特性及裂隙面形态特征

为研究3维压剪应力状态下岩质边坡中完整岩石的剪切损伤破坏特征,采用RockTop-50HT全应力多场耦合三轴试验系统,对成分简单、结构均质及饱和完整的细粒石英砂岩进行16组不同围压的三轴剪切试验,获得相应的三轴剪切应力-应变曲线和含有原岩屑碎片的剪切破坏裂隙面,分析三轴剪切应力作用下石英砂岩的非线性强度变化特征,探究石英砂岩的三轴剪切破坏模式和裂隙结构面形态粗糙特征。基于德洛内(delaunay)点云离散算法重构石英砂岩破坏裂隙结构面,分析剪切破坏结构面的潜在接触部分随着表面有效倾角门槛值的变化特征。结果表明:1)随着围压逐渐增大,石英砂岩的三轴剪切破坏模式先由脆性破坏转变为塑性破坏,再逐渐转变为塑形流动破坏;2)石英砂岩的三轴剪切强度随着围压的递增呈现出明显的非线性变化特征,可用幂函数描述,并采用摩尔-库仑准则(Mohr-Coulomb)对石英砂岩的三轴剪切强度进行分段线性拟合,可知随着围压的增大,黏聚力逐渐增大,内摩擦角逐渐减小;3)剪切破坏裂隙面3维粗糙特征可用传统的Grasselli模型评估,其非线θ_(max)^(*)性拟合参数和粗糙度参数c能充分描述三轴剪切破坏裂隙的粗糙度特征。研究成果对岩石在复杂应力状态下的三轴剪切强度评价、岩石工程中边坡的稳定性分析和支护设计方案优化具有重要意义。

直接剪切下页岩的各向异性破坏特征和强度预测模型

了解页岩剪切破坏特性对页岩气储层改造和井壁稳定性控制具有重要意义。然而,由于页岩本身的各向异性属性,页岩的剪切破坏行为复杂。本文对6种不同层理倾角(0°、30°、60°、90°、120°和150°)的立方体页岩进行了系统的直接剪切破坏测试,详细分析了在层理弱面影响下页岩的剪切应力–剪切位移、抗剪强度、剪切模量和破坏模式的各向异性特征。结果表明:页岩的剪切破坏表现为典型的非线性渐进破坏特征;页岩平均抗剪强度和剪切模量随层理倾角的增加均呈现“M”型变化趋势;在90°~180°的层理倾角区间,平均抗剪强度的极值差明显大于0°~90°区间,而剪切模量近似关于90°呈对称变化;当层理倾角从0°变化到180°时,页岩剪切各向异性行为呈现非对称演化规律。在层理倾角和直接剪切荷载作用下,页岩的破坏模式有3类:层理倾角为0°时,沿层理面剪切滑移破坏;层理倾角为30°、60°和90°时,表现为穿透层理和基质的剪切滑移破坏;其他倾角下呈现穿透层理和基质的剪切滑移与沿层理的拉伸劈裂相结合的复合破坏。基于试验结果和组构张量,构建了一个可考虑页岩本征各向异性和剪应力诱导各向异性影响的直接剪切破坏准则,其理论预测值与试验结果的平均偏差率低于3%,能够定量表征黏聚力和摩擦系数的各向异性程度,合理评估页岩直接剪切强度对外加法向应力的敏感性,可推广应用于理论表征所有层状岩土材料的直接剪切强度。

一种新型剪切阀式旋转MR制动器的开发与评估

基于磁流变(Magnetorheological,MR)液的流变特性,MR制动器具有的高转矩-体积比(Torque-to-Volume Ratio,TVR)和低功耗优点使其成为一种应用前景广泛的被动力输出装置。为了提高旋转型MR制动器在单位空间内的输出制动转矩,基于凸轮结构提出了一种在剪切阀模式下工作的旋转型MR制动器。首先,介绍了这种新型MR制动器的总体结构,并基于Bingham塑性模型和凸轮模型对MR制动器的输出制动转矩进行了理论推导。然后,利用ANSYS软件和多目标优化设计方法,对制动器的结构进行有限元分析,得到最优的几何参数。在自主搭建的实验平台上对制动器进行了性能测试实验,结果表明,该制动器具有较高的TVR、较低的初始制动转矩和良好的动态特性。该制动器在较小的体积下能够实现最大42.4 kN/m^(2)的TVR,可以很好地满足力触觉交互、康复训练、可穿戴设备等需要小体积和大输出转矩的应用场景。

联肢弯剪型钢板剪力墙抗震性能试验研究

联肢钢板剪力墙结构是将2片钢板剪力墙通过钢连梁连接形成的抗侧力结构。通过对1榀1/3缩尺的4层联肢弯剪型钢板剪力墙试件进行低周往复加载试验,从滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力及刚度退化、耗能能力等方面研究了该结构体系的抗震性能,并且对试件的屈服顺序和变形模式进行了分析。结果表明:联肢钢板剪力墙试件的延性系数达到5.03,承载力退化系数均大于0.96,承载力和刚度退化稳定,等效黏滞阻尼系数达到0.25以上,表明联肢弯剪型钢板剪力墙具有优越的抗震性能。加载过程中,连梁先于墙板发生屈服,墙板先屈曲后屈服,此后柱脚和横梁相继屈服。连梁的引入改变了结构的屈服机制,提高了整体的延性和耗能能力,能够组成多道抗震防线,且试件整体最终也体现出合理的破坏机制。整体侧移曲线呈弯剪变形模式。该试验研究更加贴合实际工程中联肢钢板剪力墙结构的应用情况,为联肢钢板剪力墙结构的进一步研究和应用提供了试验基础。

RC梁柱节点抗剪机理及承载力计算方法综述

对国内外关于框架结构中梁柱节点抗震性能研究成果进行总结归纳,分析了加载过程中节点的破坏形态及其抗剪机理,总结了典型的梁柱节点抗剪承载力计算模型,并基于各国规范对比了现有的抗剪承载力计算模型的适用性。对比了美国规范ACI 318-19、欧洲规范EC2的抗剪承载力计算的差异,指出了《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)建议的梁柱节点抗剪承载力计算结果相对保守。建议适量增加节点核心区配箍率,从而提高钢筋与核心区混凝土的粘结性能,减少纵筋的粘结滑移现象。

拉-压变轴力下小剪跨比RC剪力墙受剪试验研究

近年来,高层建筑中底部剪力墙因受拉,处于拉-压变轴力和水平荷载耦合受力的问题得到了广泛的关注。为了研究拉-压变轴力下小剪跨比钢筋混凝土(RC)剪力墙的受剪性能,该文完成了3个剪跨比为1.0的RC剪力墙在拉-压变轴力下的往复受剪试验,研究参数为拉-压变轴力变化幅值和加载路径。结果表明:不同加载路径下RC墙均在压剪方向发生剪压破坏,压剪方向极限位移角为1.2%~1.4%;拉-压变轴力变化幅值改变墙体拉剪和压剪承载力,加载路径对墙体的拉剪强度有一定的影响,但对压剪强度影响很小;拉-压变轴力下剪力墙的滞回曲线呈现明显不对称现象,拉-压变轴力的变化幅值对滞回曲线的形状影响较小,但加载路径改变滞回曲线的形状;拉-压变轴力的变化幅值将增加剪力墙拉剪与压剪刚度的差别,在双肢墙结构中可能导致更多的剪力从受拉墙体转移到受压墙体;基于OpenSees建立了可准确模拟拉-压变轴力下RC剪力墙受剪行为的有限元模型。

端板攻丝高强度螺栓连接受力性能试验研究

对10.9S级M16、M20高强度螺栓和Q345B端板攻丝连接与传统高强度螺栓连接受力性能进行试验对比,研究了其在单向受拉、单向受剪以及拉-剪复合受力状态下的破坏形态、受力机理和极限承载能力。试验结果表明:单向受拉时,极限承载能力和变形与传统连接方式基本一致;单向受剪时,即使是厚径比为0.8的M20螺栓,仍可实现栓杆剪断,而端板攻丝孔内牙体无明显变形破坏且攻丝连接件形式早期滑移量明显较小;拉-剪复合受力时,随着拉剪比从0.58增大到1.73,破坏形态由剪切破坏转变为受拉破坏。因此,为确保端板攻丝牙体无明显破坏,应考虑螺栓与板厚的合理设计,建议M20螺栓在单向受拉和拉-剪复合受力时厚径比不小于0.9d,3种受力状态下高强度螺栓端板攻丝连接方式的承载力与传统连接方式基本一致。试验结果分析可为工程设计提供参考依据。

壁面渗透气膜工质对圆锥高超声速边界层稳定性的影响

壁面渗透气膜是一种有应用前景的高超声速边界层转捩控制和减阻降热方式.在马赫数6高超声速静音风洞内,使用纳米粒子示踪的平面激光散射(nano-tracer planar laser scattering,NPLS)技术和高频脉动压力测试技术,研究了壁面渗透气膜工质(氦气、空气和二氧化碳)在相同体积流量条件下对圆锥高超声速边界层的影响.实验结果表明,壁面渗透气膜显著增厚了边界层,最厚位置都出现在渗透区域下游边界处,且氦气气膜时边界层最薄,二氧化碳气膜时最厚.通常,空气气膜和二氧化碳气膜使得边界层内提前出现规则的绳状交织的第二模态波结构,但体积流量较大条件下二氧化碳气膜时,扰动波结构类似剪切层不稳定性.氦气气膜时,扰动波结构不是第二模态波,其形状不规则,随时空变化较大,壁面脉动压力功率谱密度没有出现峰值频率.空气气膜时第二模态波波长大约是边界层厚度的2—3倍,而二氧化碳气膜时增大到3倍以上.二氧化碳气膜时第二模态波峰值频率最小,频带范围最窄,波长最长,幅值最大,扰动波传播距离较远且非线性相互作用较强.

可拆卸抗剪连接件抗剪性能研究进展

在组合梁结构中,可拆卸抗剪连接件起到承担钢梁和混凝土板之间剪力传递的作用。在组合梁破坏或达到服役期后,通过更换可拆卸抗剪连接件可实现快速恢复结构正常使用功能。可拆卸抗剪连接件是未来组合桥梁和建筑实现可持续发展的一种有力途径。对可拆卸抗剪连接件的类型、破坏模式、抗剪承载力、刚度和延性进行了综述,并提出了目前可拆卸抗剪连接件存在的问题,最后对未来可拆卸抗剪连接件研究进行了展望。

脆性材料统一断裂相场方法及其裂缝宽度的确定

岩石、混凝土等脆性材料的开裂问题一直是国内外关注的热点和难点,裂缝的演化使得脆性材料的力学性能难以预测。针对脆性材料的拉、剪和拉剪复合开裂问题,将统一拉伸断裂准则引入到相场理论,进而基于谱分解技术提出了统一断裂相场方法,并通过交错算法在商业有限元软件中实现了该方法。拉伸断裂试验和拉剪复合断裂试验数值模拟结果表明:统一断裂相场方法具有热力学一致性,该方法不仅能准确模拟裂缝演化过程中脆性材料的力学性能,还能精准预测拉剪复合裂缝的扩展路径。此外,运用水平集理论构建了一个相场函数,识别了相场裂缝的分界面,进而通过理论推导得出了相场裂缝宽度的计算公式,并对其进行了验证。该研究旨在提出精准预测脆性材料拉、剪和拉剪复合开裂的相场方法,以保障土木工程结构的安全。

曲线形波形钢腹板剪切屈曲强度的影响参数研究

为了研究曲线形波形钢腹板的抗剪强度随影响参数的变化规律,在验证现有文献中ANSYS有限元模型的基础上,引入影响参数变化,建立了曲线形波形钢腹板的ANSYS有限元模型。研究表明:曲率半径对曲线形波形钢腹板的屈曲模式影响很大,但是其对抗剪强度的影响几乎可以忽略不计。曲线形波形钢腹板的抗剪强度随腹板厚度增大显著提升,随腹板高度增加显著下降。对于不同型号的波形钢腹板,在曲率半径相同的情况下,1200型曲线波形钢腹板的抗剪强度高于1600型和1000型,其中1000型最差。研究结论可为曲线波形钢腹板桥梁的设计和应用提供参考依据。

基于CPTU的土体不排水抗剪强度研究

文中采用孔压静力触探(CPTU)探头对某地区黏土进行了不排水抗剪贯入模型试验,并采用CEL大变形数值模拟方法模拟CPTU探头在土体的贯入过程中造成不同深度土层的变形过程。分析模型试验结果和数值模拟结果发现,在贯入试验中,当土体距离CPTU探头较远时,土体的水平位移较小,影响范围约为3B,CPTU探头贯入深度相同的情况下,在CPTU探头下1B的深度,土体会产生最大的形变;在CPTU探头贯入过程中,数值模型在CPTU探头贯入的初期和后期出现了两种不同的破坏模式。采用文中建立的方法对文中模型试验进行计算发现,文中模型试验为第一种破坏模式。

增幅冲击下钢筋混凝土剪力墙的动态响应分析

在冲击荷载下,钢筋混凝土剪力墙的动态响应是一个复杂的非线性过程,采用LS-DYNA对钢筋混凝土剪力墙进行了3次连续冲击荷载下的数值模拟试验,验证了CSCM本构模型的可靠性,分析3次冲击破坏模式得到位移时程曲线。研究结果表明,在增幅冲击荷载作用下,混凝土的损伤范围逐次增大,放射状裂缝逐次增多,冲击响应复杂程度加剧;随着冲击能量的增加,剪力墙吸收能量的效率逐渐降低。墙体中心峰值位移随着冲击头速度的增加而增大,中心位移从12.83 mm增至49.08 mm;峰值位移周期随着墙体损伤程度的加剧而增长。

磁流变液的剪切-挤压复合模式仿真分析研究

磁流变液是一种由铁磁性颗粒分散于载液中所形成的新型智能材料,其流变特性随外加磁场变化,且此响应过程为毫秒级,在汽车工业上有广阔的应用前景,如阻尼器、制动器等。本文为研究磁流变液在剪切-挤压复合模式作用下的力学性能,建立了可旋转和平移的圆盘2D模型,通过Comsol进行了瞬态和稳态仿真,分析了复合模式边界条件的仿真设置。结果表明:在剪切-挤压复合模式下,圆盘角速度和平移速度的设置对复合模式的状态具有决定性影响,剪切-挤压复合模式通过边界条件的改变会表现为单一的剪切或挤压模式。若角速度过大,则复合模式会表现为剪切模式;若平移速度过大,则复合模式会表现为挤压模式。