集中荷载作用下弹性支撑矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能研究

为研究弹性支撑刚度对矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能的影响,开展了集中荷载作用下3根带有不同弹性支撑刚度的矩形钢管混凝土翼缘工字形梁的稳定性能试验,研究试验梁的位移及应变的变化规律,获得梁的失稳形式和稳定承载力。试验结果表明,整个加载破坏过程分为三个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段,3根试验梁均发生整体弯扭屈曲失稳。随着弹性支撑刚度增加,梁稳定承载力增大,验证了设置弹性支撑可有效地提高该梁的稳定承载力。在试验基础上,利用ANSYS有限元软件对该梁进行非线性屈曲分析,将获得的稳定承载力与试验结果进行对比,误差均小于5%,从而验证有限元分析方法的正确性。最后,研究了混凝土强度、上翼缘含钢率和腹板高厚比等参数对该类梁稳定性能的影响规律。研究表明,增大上翼缘钢管含钢率和减小腹板高厚比均可明显提高该类梁的稳定承载力,而增强混凝土强度对梁的稳定承载力提高较小。

油田采出水处理技术的研究进展

在油田开采中,采出水的直接排放会对环境造成影响,通常需要经过深度处理后再排放或者回用。而油田采出水含油量高且含有高浓度有机物和悬浮物,处理难度大。水质特性、处理技术以及处理设备等都会对处理效果产生直接影响,因此,有必要对上述问题进行深入研究。本文对现有研究中油田采出水的水质特性、新型的膜分离技术以及气浮工艺进行了总结,分析了各类处理技术研究现状,并对今后发展趋势进行了展望。

LPG储罐泄漏多事故场景下社区居民疏散仿真模拟与优化

为提高社区居民在化工厂多事故场景下应急疏散效率,以大庆市某化工厂和附近社区为例,考虑当地气象环境,利用ALOHA对LPG储罐泄漏事故进行模拟,得到多种事故危害范围和社区各区域可用安全疏散时间.通过Pathfinder构建社区疏散模型,分析了步行疏散、车行疏散和人车协同疏散三种模式下的疏散时间和拥堵状况.最后,通过路网优化和安全出口均衡分配,进行疏散优化模拟.结果表明:路网优化对步行疏散下的疏散效率提升最大为14.7%,安全出口均衡分配对车行疏散下的疏散效率提升最大为10.6%.车行疏散模式下可以在可用安全疏散时间内撤离受灾区域.

斜靠式钢箱系杆拱桥成桥索力检测及稳定性分析

为研究斜靠式钢箱系杆拱桥(5片拱肋)的稳定性,依托引江济淮工程下承式斜靠拱桥——创新大道桥,对成桥后的斜靠拱桥进行吊杆索力检测;并建立考虑几何及材料非线性的斜靠式钢箱系杆拱桥有限元模型,借助索力检测数据分别与设计索力值和模拟值对比分析,前者评价桥梁吊杆整体张拉控制效果,后者验证斜靠拱桥模型的可靠性;进而对该斜靠式系杆拱桥的稳定性进行了研究。结果表明:实测值与设计值最大误差为3.91%,该斜靠式拱桥吊杆整体张拉控制效果较好;实测值与模拟值最大误差为0.63%,验证了模型的可靠性。其次,施工全过程拱桥结构的稳定系数满足工程要求;斜靠钢箱拱对下承式系杆拱桥稳定性提升程度为72%,斜靠式系杆拱桥的弹性稳定性能高低取决于拱肋面外失稳出现的难易程度,初始几何缺陷对斜靠式系杆拱桥的稳定承载力影响较大;斜靠拱和风撑两者协同工作能显著提高结构稳定承载力。最后给出该类系杆拱桥的设计建议,为同类工程施工和设计提供参考。

四肢桁式钢管混凝土悬链线拱面内稳定性

为研究四肢桁式钢管混凝土(CFST)悬链线拱面内稳定性,采用有限元法开展桁式CFST悬链线拱在轴压或压弯作用下的面内弹塑性屈曲分析。基于试验数据与数值模拟验证模型参数,探讨平面内屈曲破坏模式,揭示屈曲机理;引入全拱和弦杆的归一化长细比,考虑弦杆屈曲影响的交互因数,得到轴压作用下的统一屈曲曲线;提出压弯作用下面内稳定承载力的交互作用方程。结果表明:斜腹管屈曲大幅降低稳定承载力;桁式CFST悬链线拱在屈曲破坏过程中总是存在弦杆变形,弦杆变形对稳定性的影响不可忽视;屈曲曲线可用于轴压桁式悬链线拱,交互方程可为一般荷载作用下的桁式悬链线拱提供较好的下限预测。该结果对四肢桁式CFST悬链线拱的面内稳定性设计具有指导意义。

“双碳”战略背景下《施工原理与方法》课程思政与教学改革探索

随着我国“双碳”战略的提出及快速发展,如何培养优秀的“双碳”建筑施工人才至关重要。为了提高学生节能减排、绿色高效意识,以土木工程专业核心课程《施工原理与方法》为载体,提炼“双碳”背景下课程思政新元素,探讨课程思政与专业知识隐形相融方案,从教材内容、教学方式、教学实践等方面探讨课程改革举措,改善课程教学质量,培养“双碳”目标条件下的科技创新人才。将新材料、新设备、新技术及新工艺等融入教学内容可以让学生了解施工中节能减排新措施;通过增加典型代表工程、先进技术应用、现场工程事故及工程现场实践等可以培养学生的思想政治素养,进而调动学生在课堂上的自主性和积极性,培养理工科学生对科学问题的思考和研究能力,提高学生工程实践的应用水平,增强学生理解施工原理与方法课程建设的原则和方法,可为高校理工科课程思政建设借鉴经验。

集中荷载作用下扭转支撑悬臂梁弯扭屈曲分析

采用能量变分法,建立集中荷载作用下扭转支撑悬臂钢梁弯扭屈曲的总势能方程,选取6项三角级数表达的位移函数和转角函数,引入无量纲参数,计算扭转支撑悬臂钢梁弯扭屈曲的无量纲临界弯矩解析解;采用1stOpt数学优化分析软件,拟合扭转支撑悬臂钢梁无量纲临界弯矩计算公式;采用ANSYS有限元分析软件进行验证,研究荷载作用位置对悬臂钢梁弯扭屈曲强度的影响。结果表明,扭转支撑悬臂钢梁无量纲临界弯矩计算公式具有较高的精确性,为悬臂梁设计和稳定性研究提供参考。

基于板梁理论的工字形钢—混组合双跨连续梁弯扭屈曲分析

基于板梁理论,对均布荷载作用下的双轴对称工字形钢—混组合双跨连续梁进行弯扭屈曲分析,推导截面连续梁发生弯扭屈曲时的临界弯矩公式,运用ANSYS有限元软件对10根双轴对称工字形钢—混组合双跨连续梁进行特征值屈曲分析,对比屈曲临界弯矩的数值解与理论解,讨论换算截面法的适用性。结果表明:理论解与有限元解之间具有较高的吻合度,最大误差不超过3%。换算截面法的计算结果与实际结果差别较大,并不适用于工字形钢—混组合连续梁弯扭屈曲问题的计算。

角钢套箍高强混凝土轴压短柱承载力分析与设计建议

以套箍系数、混凝土等级和钢材屈服强度为控制参数,设计15根剪跨比为1.5的角钢套箍高强混凝土轴压短柱;基于简化的钢材本构模型和考虑套箍效应的约束高强混凝土本构模型,采用ANSYS有限元软件进行数值仿真分析,通过与实验数据对比验证有限元建模的合理性;考察不同套箍系数、混凝土强度等级和角钢屈服强度等级对角钢套箍高强混凝土轴压短柱力学性能的影响;考虑缀板对混凝土的套箍效应,引入缀板影响因数,利用1stopt软件反演影响因数与套箍系数之间线性关系,建立角钢套箍高强混凝土轴压短柱极限承载力计算表达式,提出轴压短柱的设计方法与施工建议。结果表明,套箍系数比其他参数对轴压短柱的承载力和延性的影响更加显著,为该短柱在新建和改造工程中的应用奠定基础。

矩形钢管混凝土翼缘的H型蜂窝组合柱特征值屈曲性能

为研究矩形钢管混凝土翼缘的H型蜂窝组合柱(STHCC)稳定性能,以截面形式、约束条件、构件长度和混凝土强度等级为主要参数,设计11根不同截面形式的H型蜂窝钢柱及18根STHCC构件;基于构件的简化力学模型和本构模型,利用ABAQUS有限元软件建立29根试件的有限元模型,开展构件的特征值屈曲分析,将有限元数值解与实验数据进行对比,两者吻合较好,验证有限元建模方法的合理性。基于18根STHCC构件特征值屈曲分析,提取变形云图和屈曲荷载,考察屈曲荷载随截面形式、构件长度、约束方式、混凝土强度等级和加劲肋的变化规律,给出STHCC在实际工程中的设计建议。结果表明:STHCC构件的整体稳定性比普通H型蜂窝钢柱、钢管翼缘的H型蜂窝钢柱的好,在相同用钢量条件下,屈曲荷载分别提高1.88、1.23倍;在STHCC构件钢管翼缘内设置加劲肋后,屈曲荷载提高1.31倍,合理设置加劲肋可以大幅提高组合柱的整体稳定性。随着混凝土强度等级的增加,构件屈曲荷载提高幅度越来越小。根据有限元数值解,通过简化混凝土影响系数建立STHCC构件的屈曲荷载计算公式,获得的屈曲模态为该类组合柱非线性稳定性能提供初始缺陷形态。

配钢管高强混凝土芯柱的异强组合短柱轴压性能

以套箍指标、钢管内外混凝土强度等级、钢管外围混凝土配箍率、组合柱纵筋总配筋率和组合柱截面含钢管混凝土率为主要参数,设计36根配钢管高强混凝土芯柱的异强组合短柱(SGCC)构件;借助ABAQUS有限元软件,选取合理的材料非线性本构模型及网格尺寸,建立18根试验试件的有限元模型并分析轴压性能,比较有限元数值解与试验数据;提取36根组合短柱应力—变形云图和轴力—应变全过程曲线,考察轴压承载力、弹性阶段刚度和延性等参数的变化规律;根据有限元数值解,引入轴压承载力折减因数,基于叠合原理建立SGCC轴压承载力简化计算公式。结果表明:SGCC钢管高强混凝土套箍指标、钢管外围混凝土配箍率和组合柱截面含钢管混凝土率对组合柱轴压承载力和延性影响显著。该结果为SGCC框架体系的工程应用提供指导。

两跨非规则预应力型钢高强混凝土框架静力性能分析与设计

为研究基于套建增层的两跨非规则预应力型钢高强混凝土框架(PSRCF)静力受力性能,以高强混凝土强度等级、框架柱轴压比和长细比、框架梁跨高比、框架柱角钢含钢率以及预应力筋的张拉控制应力为主要参数,设计了15组单层两跨PSRCF体系;基于简化力学模型和材料本构关系,利用ABAQUS软件建立PSRCF的有限元模型,开展了单跨非规则预应力和非预应力框架的滞回分析,对通过仿真分析获得的滞回曲线和骨架曲线与拟静力试验结果进行对比,以验证有限元模型的合理性;基于此开展15组单层两跨PSRCF在竖向轴力及水平荷载作用下的静力分析,得到框架的单调荷载-位移曲线,考察了荷载-位移曲线随主要参数的变化规律,给出结构体系的塑性铰出现顺序和两跨PSRCF在套建增层工程中的设计建议。结果表明:柱的轴压比和长细比是影响框架静力性能的主要因素,塑性铰依然按照强柱弱梁的顺序出现,两跨非规则框架结构体系设计是合理的,可为该类新型结构体系在地震区的推广应用奠定基础。

GFRP管—型钢活性粉末混凝土组合短柱轴压性能

以GFRP管直径、管厚度、纤维缠绕层数和角度,以及长细比、活性粉末混凝土(RPC)抗压强度、型钢截面面积、型钢屈服强度为主要参数,设计25根足尺GRS组合短柱试件;基于钢材的双线性本构模型和考虑RPC约束效应的非线性本构模型,采用ABAQUS有限元软件,对25根足尺GRS组合短柱进行数值模拟分析,分别提取荷载—位移曲线和轴压承载力,分析不同参数对试件轴压承载力和极限位移的影响规律;采用1stOpt软件统计回归足尺GRS组合短柱轴压承载力计算公式。结果表明:随试件的GFRP管直径和管厚度、纤维缠绕层数和角度、型钢屈服强度和截面面积、活性粉末混凝土抗压强度增加,试件轴压承载力显著提高;随试件的GFRP管厚度、纤维缠绕层数和角度、长细比和工字型钢截面面积增加,试件极限位移明显增大;随试件的GFRP管直径增加,试件极限位移逐渐减小。试件表现很好的持荷能力,呈连续鼓曲的破坏形态。

配钢管高强混凝土芯柱的异强组合柱抗震性能研究

为研究配钢管高强混凝土芯柱的异强组合柱(SGCC)的抗震性能,以钢管内外混凝土的强度(fcc、fco)、组合柱内钢管高强混凝土芯柱的套箍系数(θ)、钢管外围混凝土配箍特征值(λv)、轴压比(n)为主要参数,设计了11根SGCC。采用ABAQUS软件建立其有限元模型,并对10根类似试件开展验证分析,将仿真分析结果与试验结果进行对比,验证了模型的合理性。基于此开展11根SGCC试件的参数分析,探究了不同参数对试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化、抗力衰减和延性等抗震性能指标的影响规律。结果表明,fcc、fco、λv和n对试件抗震性能的影响相对较大,本文分析结果可为该类构件的抗震设计提供一定的技术支撑。

实腹式GFRP管—钢管—异强混凝土组合短柱轴压性能

为研究实腹式GFRP管—钢管—混凝土(GCTC)组合柱的轴压性能,以试件的长细比(λ)、核心和夹层混凝土轴心抗压强度(f ci、f co)、GFRP管直径(D frp)、厚度(t frp)、纤维层数(n)、纤维缠绕角度(θ)和钢管抗拉强度(f yk)、壁厚(t s)和直径(D s)为控制参数,设计31根GCTC组合短柱试件。采用FORTRAN语言编写UMAT子程序,定义各向异性的GFRP管纤维材料属性,引入ABAQUS有限元软件完成组合短柱试件的有限元建模。通过5根类似试验试件模拟分析,获得荷载—轴向应变曲线和环向应变—轴向应变曲线,与试验结果对比吻合较好。对31根GCTC组合短柱进行扩展参数分析,考察不同参数对组合短柱轴压承载力及极限位移的影响规律,引入双重组合约束效应系数(ξi、ξo),采用1stOpt软件统计回归GCTC组合短柱轴压承载力计算表达式,给出足尺组合柱的设计建议。结果表明:随试件D frp、t frp、f ci和n增加,GCTC组合短柱的轴压承载力显著提高,随试件λ增加,GCTC组合短柱轴压承载力逐渐降低;随试件t frp、θ和n增加,GCTC组合短柱的极限位移明显提高,随试件D frp增加,GCTC组合短柱极限位移逐渐减小。所有试件表现较优越的承载能力和整体外鼓的破坏形态。该结果为新型组合柱在实际工程中推广应用奠定基础。

矩形钢管混凝土翼缘的H型蜂窝组合中长柱偏压性能

为研究矩形钢管混凝土翼缘的H型蜂窝组合柱(STHCC)的偏压力学性能,以偏心距、长细比、翼缘钢管厚度及核心混凝土立方体抗压强度为主要控制参数,设计17根STHCC中长柱试件。基于考虑套箍效应的混凝土本构模型和简化的钢材模型,利用有限元软件ABAQUS建立8根STHCC和2根方钢管混凝土柱的有限元模型并开展轴压和偏压分析,获得试件的荷载-位移曲线,与已有试验数据对比,二者吻合较好,验证有限元建模的合理性。同时,对17根STHCC中长柱试件进行扩展参数分析,考察不同参数对中长柱偏压极限承载力的影响规律,获得跨中截面沿高度应变分布曲线和荷载-挠度曲线。结果表明:偏压作用下,STHCC中长柱截面应变变化基本符合平截面假定;随偏心距和长细比的增大,STHCC中长柱偏压的极限承载力逐渐降低,而随核心混凝土强度和翼缘钢管厚度的增大,STHCC中长柱偏压的极限承载力逐渐增大,提高核心混凝土强度和钢管厚度可有效提高组合柱的偏压极限承载能力。统计回归该类组合中长柱偏压极限承载力计算表达式,为进一步开展该类组合柱抗震性能研究奠定基础。

基于热流固多场耦合的埋地输油管道地震响应

基于热流固耦合作用,推导输油管道轴向应力表达式,利用ANSYS Workbench建立土—管—油三维有限元模型,采用时程分析法,考虑温度场和热流固耦合因素影响,分析埋地输油管道地震响应,得出埋地输油管道在地震激励作用下的变形特征及动力时程曲线。结果表明:埋地输油管道在X向激励作用下比Y向与Z向轴向应力峰值提高14.9%;温度场对轴向应力影响略微增大,峰值应力提高2.5%;热流固耦合场对管道影响明显,热流固耦合下频率降低89%以上,轴向应力峰值增大46%。该结果为严寒地区埋地输油管道设计提供技术支持。

泄漏条件对内浮顶罐油气扩散影响分析

为研究内浮顶储油罐浮盘密封圈油气泄漏扩散规律,建立内浮顶汽油储罐密封圈油气扩散和泄漏环宽度、速度流率估算模型,分析了在不同浮盘高度下泄漏量对内浮顶罐油气扩散的影响,进而对内浮顶罐安全风险进行讨论。结果表明:泄漏油气主要在水平方向上扩散,罐内气体空间的油气体积分数分布呈现出梯度,越靠近浮盘边圈缝隙泄漏上方的油气体积分数越高;随着泄漏量增加,内浮顶汽油储罐平均油气体积分数增大,低液位2倍、5倍和10倍泄漏量下的油气体积分数分别为0.025%、0.046%和0.069%,高液位正常及2倍、5倍和10倍泄漏量下的油气体积分数分别为0.013%、0.020%、0.037%和0.071%,低液位下100倍泄漏量时罐内大部分区域的油气体积分数将处于0.15%-0.46%范围内,已接近甚至达到爆炸极限。

偏压荷载下钢牛腿柱的设计与有限元对比分析

为了研究钢牛腿柱这种特殊结构构件在偏心压力作用下的受力特性,文中基于工程力学将牛腿柱视为悬臂柱进行理论分析,得出牛腿柱结构应力的解析解。利用有限元软件ABAQUS建立三种牛腿柱的三维有限元模型,进行偏压荷载作用下静力分析,得到牛腿柱的应力分布。结果表明改变加载位置会对结构的应力状态产生较大影响,找出合理的加载位置可以使得构件更好地发挥受力性能。最后给出此工程单牛腿柱合理加载位置和构造措施建议,为同类工程提供参考。

钢-混组合截面外包薄钢组合管梁抗弯性能研究

为了对不同夹层混凝土强度的钢-混组合截面外包薄钢组合管梁抗弯性能进行分析,通过试验和有限元软件模拟相结合的方法,选用外层为薄壁不锈钢管,内层为钢管,双壁管中间分别喷注混凝土强度等级为C20、C40、C60的三种试件,采用分级加载方式对试件进行加载,试验结果与有限元软件模拟的结果相吻合。研究结果表明:随着混凝土强度的提高,试件的抗弯承载力提高、延性增大,能发生较大的塑性变形以吸收能量。