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。

全地面起重机用工程机械轮胎不同特征路面力学性能分析

建立了全地面起重机用385/95R25工程机械轮胎带花纹轮胎有限元模型,在验证了模型准确性的基础上分析轮胎在不同特征路面(平面路、横向凸台和纵向凸台)上的力学性能。轮胎充气外缘尺寸和接地数据有限元仿真结果与实测结果一致,表明有限元模型准确、可靠。有限元仿真结果表明:胎肩部位的应力集中于2^(#)带束层端点,应变极值也在此处,横向凸台条件下应力和应变较大;横向凸台条件下,1^(#)带束层帘线张力明显增大,胎体帘线张力在凸台接触区域减小;纵向凸台条件下,1^(#)带束层端点近纵向凸台的接触区域的帘线张力增大,胎体帘线张力变化不大;轮胎的包络刚度约为3000 N·mm^(-1);轮胎在破坏案例中的极限撕裂能为672 J,撕裂能指标对于配方设计有重要的参考意义。

悬浇连续梁中跨合拢段施工技术探讨

中跨合拢是连续梁挂篮悬臂施工后将两个“T”构联结成整体的关键。本文依托工程实例,阐述了中跨合拢段临时锁定结构受力状况的理论分析方法,及根据分析结果,采取解除1个主墩的支座固结以降低温差对锁定结构产生的应力,预应力筋部分张拉以抵抗降温拉力等技术措施。同时按结构受力情况进行劲性骨架的设计,并在施工时精心组织施工,确保了合拢段的施工质量。

劲性骨架拱桥外包混凝土底模设计及拆除研究

为了探究大跨劲性骨架拱桥拱圈外包混凝土底模拆除工艺技术以及底模体系安全性问题,以奉节梅溪河双线特大桥为研究对象,从底模拆除的工艺流程探究其经济性、安全性,从底模模板系统的受力验算探究其设计合理性、安全性。为了验算底模模板的支撑安全性问题,依据相应的安全技术规范,对模板使用过程中可能出现的各种荷载进行计算,并按最不利进行荷载组合,计算模板使用过程中的荷载值;结合计算得到的最不利荷载值,对模板进行面板计算、次楞计算、主楞计算和吊杆计算,使其满足要求,进而确保模板在使用过程中的支撑安全性问题。结果表明,通过底模模板系统验算,其设计合理,底模拆除工艺采用吊篮结合吊具的方法,缩短了工期,减少了施工人员的投入,大大降低施工成本。

基于RVE尺度的水力压裂应力扰动模型

应力扰动是水力压裂的伴生力学行为,是影响非常规天然气产出的重要因素。为了建立基于储层RVE的水力压裂应力扰动理论模型,首先通过数值模拟揭示RVE应力扰动的细观机理,将多孔介质骨架划分为颈部和根部,指出颈部应力为Biot有效应力,根部应力为单元总应力,等于初始地应力与本文所指的扰动应力之和;简要阐述有效应力演化产生体积张开度的基本原理;然后,在体积张开度模型的基础上,利用变形相容关系和孔弹性理论建立水力压裂应力扰动表达式。该模型的特点是反映断裂传播机制对应力扰动的影响。实例计算结果表明:①应力扰动与断裂传播机制有关,在裂缝张开方向和平行裂缝方向有分化。例如,对于黏性主导机制,裂缝张开方向的骨架应力峰值σ1 max约为静水应力2倍,断裂达到稳态后,降低为峰值的0.93倍;侧向应力峰值σ_(2,3max)约为静水应力2倍,达到稳态无应力降。对于韧性主导机制,峰值σ_(1max)约为静水应力1.7~2.7倍,达到稳态为峰值的0.59~0.73倍;侧向应力峰值σ_(2,3max)为静水应力2.19~2.91倍,达到稳态无应力降。②在断裂机理上,流体滤失有增强断裂黏滞性从而削弱其脆性的功能,使骨架拉伸强度峰值受到平抑和迟滞,因此导致体积张开度增大和应力扰动响应出现分化等一系列不同于无水条件的水力断裂力学特征。

级配和密度组合对粗粒土强度特性的影响

颗粒级配和初始干密度是粗粒土强度特性的两个重要影响因素。为建立粗粒土级配、初始干密度指标与强度指标之间的定量规律。首先,基于多重分形级配方程,推导了单位体积内大于某粒径的颗粒个数与多重分形维数、干密度之间的定量表达式,并将其称之为“骨架颗粒数密度指标”;接着,开展了4种不同级配和密度组合的粗粒土三轴固结排水剪切试验,初步得出结论:连续级配粗粒土的破坏剪应力与骨架颗粒数密度指标之间呈线性递增规律;最后,对该结论进行了大量文献数据验证研究。该结论不仅可为粗粒料填筑优化方案的比选提供参考,对粗粒土强度缩尺效应的研究亦有一定启发作用。

高铁预应力混凝土简支箱梁钢筋骨架部品装配化设计研究

结合“标准化、工厂化、自动化、智能化”理念,为有效解决广州—湛江高速铁路茂名梁场预应力混凝土简支箱梁钢筋骨架智能建造难题,开展钢筋骨架部品装配化设计研究。首先确定了钢筋骨架创新设计的基本原则,从精细化设计、适应性设计、部品化设计、装配式组装设计四个层面开展具体研究,提出了一种满足钢筋骨架智能建造的设计方案。然后从钢筋疲劳应力幅和钢筋网吊装两个维度进行有限元计算和分析,验证单个网片采用电阻焊接、整体骨架采用装配组装方案的可行性。该设计应用理念可推广至路桥隧智能建造应用中。

基于K近邻算法的平面结构变形场实时测量方法

针对行骨架结构式天线背架变形场难以监测的问题,提出一种基于K近邻算法的平面结构变形场实时测量方法。针对被测结构在实际使用工况下的典型受力状态,对结构施加负载,采集变形数据,制作预标定数据集,获取被测结构的实时应力应变数据。将实时获取的一组应力应变数据与预标定数据集各组数据进行相似度计算、排序,依据相似度系数矩阵和所选取的预标定数据,对当前受力状态下的监测点变形位移数据进行计算;根据行骨架和主背架的受力特点,对整个阵面变形场进行插值计算,拟合出被监测天线阵面的变形场数据。为了验证所提方法的有效性,本文在一种行骨架式非闭合平面结构上开展实验研究。结果表明,所提算法能够测量非规则结构在外力作用下的变形场,并具备一定精度。

粒间应力、土骨架应力和有效应力

有效应力的概念和有效应力原理对于土力学具有奠基性的意义。但对于诸如"有效应力是虚拟的应力还是真实应力","有效应力方程是否需要修正"等问题在土力学界一直存有争议,尚没有形成共识。在明确有效应力就是不包含孔隙流体压强作用的土骨架应力的基础上,由土颗粒间力的平衡分析和土骨架单元体的平衡分析得到有效应力与总应力以及孔隙流体压强关系的表达式。对于饱和土,这一表达式就是Terzaghi的有效应力方程。表明Terzaghi的有效应力是真实的物理量,具有明确的物理意义,Terzaghi的有效应力方程不需要做任何修正。文中阐明了有效应力、粒间应力和土骨架应力的物理意义及其相互关系。说明在分离考虑孔隙流体压强作用的情况下,有效应力、粒间应力和土骨架应力三者可以是一致的,即不包含孔隙水压强作用的粒间应力和土骨架应力就是有效应力。土骨架应力可以分成孔隙流体压强产生的土骨架应力和有效应力两部分,两者都对土体的变形和强度有贡献,但是作用效果不同。在孔隙流体压强作用对土体的变形和强度的贡献可以忽略的条件下,有效应力决定土的变形和强度。

高吸力下高庙子钙基膨润土的土水–力学特性

高庙子钙基膨润：已具有明显的湿胀干缩特性，吸力变化会引起持水状态和孔隙比的变化。用蒸汽平衡法测得高吸力段（3-287MPa）高庙子钙基膨润士的士水特性和变形特性。分析比较了吸力路径、试样初始孔隙比、应力加载历史以及土体结构对土水特性、变形及吸力应力的影响。研究表明，脱湿和吸湿过程中孔隙比的差异会引起体积含水率和饱和度的滞回。饱和度与吸力间关系受试样初始孔隙比和孔隙结构影响较大，与应力加载历史无商接关系。由吸力引起的吸力应力随吸力的增大而非线性增大，并在较高吸力时趋向于一定值。吸力应力受吸力路径、初始孔隙比以及孔隙结构的影响。

连续箱梁桥中跨合龙段劲性骨架优化设计

结合某连续箱梁桥悬臂施工实践,对中跨合龙段劲性骨架设置和受力进行了分析,推导了劲性骨架设计的理论计算公式,并分析了劲性骨架刚度大小对桥梁整体结构的影响。

4J32芯轴式环圈骨架对光纤陀螺性能的改善

应力和温度是影响光纤陀螺特性的两个重要因数,环圈骨架是它们对光纤环施加影响的载体。本试验所制作的4J32芯轴式环圈骨架具有良好的热对称结构,低的热导率,以及几乎与光纤纤芯一致的热膨胀系数,所以它不仅可以降低光纤环轴向温度梯度,减小光纤环整体的温度梯度变化率,而且也能有效地减小环圈骨架和光纤环之间因热膨胀不一致导致的热应力对陀螺的影响。通过理论和有限元分析,结合多个光纤环样本的试验,可以看到:4J32芯轴式环圈骨架相对铝材料的骨架,其对陀螺的整体性能有将近一倍的改善作用。

带环梁的方钢管约束钢骨混凝土柱-钢梁节点滞回性能有限元分析

设计了两类不同钢骨形式带环梁的方钢管约束钢骨混凝土柱-钢梁节点,运用ABAQUS有限元软件建立了该节点的数值分析模型。分析了此类节点的滞回性能、应力分布及破坏形态,考察了外钢管径厚比、内钢骨形式、节点区高度、混凝土强度及轴压比5个参数对该节点抗震性能的影响。结果表明:该类节点滞回曲线饱满,耗能性能良好,且应力分布及破坏形态符合抗震设计中"强柱、弱梁、节点更强"的要求,为今后该类节点的设计和研究提供了理论支撑。

不同麻醉方法对老年骨科手术患者应激反应的影响

目的 观察腰-硬联合麻醉在老年患者下肢手术的麻醉效果及其对机体应激反应的影响。方法 选年龄69—91岁，按美国麻醉医师学会（ASA）分级Ⅰ-Ⅱ级行骨科手术的患者48例，分2组，对照组（Ⅰ组）硬膜外麻醉，试验组（Ⅱ组）腰-硬联合麻醉。分别评定麻醉效果，记录2组给药前后多时段生命体征、起效时间、阻滞平面及维持时间，分别于术前、术毕和术后24h采集静脉血，测定血浆去甲肾上腺素（NE）、肾上腺素（E）的浓度。结果 2组患者麻醉前后生命体征无明显变化，起效时间Ⅱ组明显快于I组（P〈0．05），各时段NE和E的浓度Ⅰ组均高于Ⅱ组（P〈0．05），术中镇痛效果的满意度Ⅱ组（96％）明显高于Ⅰ组（74％）。结论 只要术前准备充分，掌握给药的剂量和速度，腰-硬联合麻醉对老年患者不会产生不良影响，且可减轻手术的应激反应，是一种效果好而可行的麻醉方法。

非饱和土的固结与水力特性研究

采用平均土骨架应力代替Bishop的非饱和土的有效应力,基于分析体积变形连续性条件建立了简化的一维非饱和土固结方程,分析计算了非饱和土在固结过程中孔隙压力、平均土骨架应力、饱和度的变化情况。同时建立了耦合水力特性的非饱和土本构模型和屈服方程。算例计算结果表明本文提出的非饱和土简化固结理论和耦合水力特性的非饱和土应力应变本构模型的有效性。

饱和土的土骨架应力方程

因为作用效果不同,土骨架的内力可以分成两组不同的平衡力系,即孔隙水压强引起的骨架内力和外荷载引起的骨架内力。分别以土骨架和孔隙水作为独立的分析对象,通过微元体的平衡分析导出饱和土的平衡微分方程,由此得到饱和土的土骨架应力方程,即有效应力方程。说明有效应力方程的物理本质是相间力的相互作用;Skempton通过颗粒间作用力分析导出的有效应力的修正公式是不适当的;按照抗剪强度等效或者体积变形等效得到的有效应力表达式也完全可以用骨架应力和孔隙水压强来表达。

颗粒体系中的骨架及力链网络

颗粒物质是大量离散的固体颗粒相互作用而组成的复杂体系,具有非连续和接触耗散等基本特征,其物理机制研究是近20年科学前沿之一。砂土就是典型的颗粒物质,土体中的有效应力是作用在土体骨架上的平均应力,土体变形主要来源于骨架上的颗粒位置,但对土体骨架并没有一个清晰的物理描述。近期颗粒物质力学研究认为,体系中颗粒相互接触形成的网络结构是外荷载传递路径的物理基础,可能就是土力学所指的骨架。同时还发现,较大的力通常沿着准直线的路径传递,人们常把传递较大力、与该准直线路径对应的若干颗粒组成的链状结构,称为强力链;弱力链则传递较小力。力链结构及其演变规律的描述是颗粒物质研究的核心之一。以单轴侧限压缩数值模拟为例,对比说明了土体颗粒骨架与力链结构的关系,明确提出强力链网络决定颗粒体系的宏观力学行为。

基于混合物理论的饱和岩石弹塑性模型

为了避免运用Skempton有效应力创建非线性本构模型时确定Biot系数的困难,选择工程混合物理论来建立饱和岩石的弹塑性模型。首先,根据工程混合物理论中的均匀化响应原理,揭示“固相基质体应变决定固相基质压力,骨架弹性和塑性应变决定Terzaghi有效应力和耗散Terzaghi有效应力,流相基质体应变决定孔压”的饱和多孔介质本构规律。其次,根据Hoek-Brown屈服准则和非关联流动准则,在已有岩石损伤模型基础上建立了饱和岩石弹塑性模型。最后,利用三轴排水和不排水剪切试验验证了饱和岩石弹塑性本构模型的合理性。研究表明,基于工程混合物理论的饱和岩石弹塑性模型能够较准确地模拟弹性阶段、弹塑性阶段和下降段应力应变全过程曲线的宏观力学性质,反映三轴不排水剪切试验条件下孔压随剪切加载先增加后减少的变化规律。由于工程混合物理论不直接采用Skempton有效应力建模,因而可以克服Biot非线性理论中确定Biot系数公式的困难,更容易建立饱和岩石弹塑性本构模型。

柔性石墨金属波齿复合垫片金属骨架结构及其力学性能研究

从柔性石墨金属波齿复合垫片金属骨架结构入手,在一定的压紧应力(45.0 MPa)下,对厚度为3 mm和2mm、具有3种不同的圆弧半径、波齿距和齿数的金属骨架采用有限元法进行应力分析,得到了应力分布状态及弹性变形与其结构的关系,可用于优化柔性石墨金属波齿复合垫片的性能结构。分析结果表明:小圆弧直径多齿数波齿垫片具有更好的承载能力,大圆弧直径少齿数波齿垫片具有良好压缩性能。

颗粒接触力检测方法评述

颗粒物质是大量固体颗粒体系的集合体,其特性区别于普通固体和液体等物质的性质,颗粒物质基础力学问题的研究20年来一直是科学的前沿,从分析多尺度结构和相关物理机制的角度研究颗粒物质可能取得突破。首先介绍了微观尺度——亦即单颗粒尺度颗粒间接触力的检测方法,包括高精度电子天平称重法、显色灵敏复写纸压痕方法、光弹实验方法、荧光共聚焦显微镜法和磁共振弹性成像法等,根据检测过程中是否对颗粒带来影响划分为接触式检测和非接触式检测两大类,并对这些方法的工作原理、检测结果和优缺点进行了评述。我们指出接触式测量对颗粒体系带来了或多或少的干扰,特别是由于力链对局部力的变化反应极为敏感,轻微的变化足以使得力链结构发生很大变化,开展无干扰的光测实验是必然的发展趋势,而现阶段开展二维光弹性实验是很有意义的。最后介绍了作者正在进行的颗粒物质光弹力学实验的研究工作。