基于CAS法的核电工程异形水箱分布质量计算模型

对于形状复杂的大型核电工程储液结构,Housner弹簧-质量模型适用性较差,基于有限元法的流-固耦合数值分析模型复杂、计算和存储量大,难以满足工程设计要求。该文基于声学-结构耦合法(CAS)提出了一种兼顾精度和效率的分布质量模型,通过理论推导从CAS计算结果中剥离得到的器壁动水压强脉冲分量,进而提出器壁单元各节点位置的分布式脉冲附加质量计算公式,精确地考虑了储液容器的形状对液体晃动的影响,同时实现了流-固耦合分析的解耦,有效解决了复杂大型核电工程储液结构的动力分析的难题。以矩形刚性水箱为例,将该文模型的结果与Housner分布模型比较,验证了该模型的合理性和可靠性。针对顶部具有复杂形状水箱的AP1000安全壳结构进行地震动分析,将该文模型与精细的流-固耦合模型进行比较,结果显示:两种模型计算结果吻合性好,该文模型前处理简便且在计算时间效率具有明显优势。该文模型可为核电工程考虑结构-地基、流-固耦合的多因素耦合高效分析奠定基础。

盾构法隧道工程预制管片的生产质量控制案例研究

随着盾构法的普遍运用,盾构管片的需求在增加。此文通过对杭州地铁3号线一期土建隧道管片的分析,针对混凝土管片生产和施工过程中易出现的质量问题,从生产原料、制作工艺、运输存放、拼装试验、维修检测等方面研究混凝土管片的质量控制方法,并提出预制管片的质量控制及施工管理措施。

非正规设计框架结构抗震加固支撑效果对比研究

近年来,随着经济、技术的进步以及抗震意识的加强,建筑结构加固也飞速发展。在地震多发的农村地区,为了提高建筑结构的抗震性能,但同时又缺乏一定的经济基础和理论知识支撑,导致很多简单粗糙的支撑建筑结构的措施出现,这些支撑方案大多缺乏科学的设计与评估。本文针对这一现象,以某典型的非正规设计的3层2跨框架结构为例,分析评价支撑边框和支撑中框对该框架结构地震作用下抗倒塌性能的影响。通过增量动力分析(IDA)计算方法,结合结构易损性方程评估结构的抗倒塌能力,计算结果表明支撑中框和支撑边框能够将非正规结构在罕遇地震作用下的倒塌概率从17.5%降至2.4%和6%。在此基础上,进一步分析了2种支撑位置对结构在3个典型地震强度作用下对结构响应的影响。结果表明,支撑框架结构中框对结构抗倒塌能力的提升和抗震性能的保证效果比支撑边框更好,在条件允许的情况下,应优先考虑支撑中框。

飞机撞击安全壳中航油爆炸耦联分析模型及影响研究

在飞机撞击安全壳事件中,撞击载荷和航油爆炸载荷是需要耦合考虑的两种载荷。当前主要关注于单一的飞机撞击载荷作用,缺乏撞击-爆炸载荷耦合作用的分析和影响比较。为研究耦合作用下安全壳结构的动力响应差异,并提出可行的数值模型,基于飞机和安全壳细致的动力数值模型进行了全过程的耦合分析。首先,以蒸气云爆炸的TNO多能法模型来定量表示航油爆炸载荷;并基于钢筋混凝土板抗爆、抗弹体撞击的数值模型试验,验证了RHT本构模型在不同载荷形式下的通用性;最后,采用精细化建模的A340-300大型商用飞机和某四代核反应堆安全壳模型,对比分析了单一载荷作用和撞击-爆炸耦合载荷作用下安全壳的位移时程和损伤分布规律。研究结果表明,在对安全壳进行飞机撞击评价时进行撞击-爆炸耦合载荷作用的分析是十分必要的。基于该研究模型,耦合载荷作用下的安全壳峰值位移响应比考虑单一载荷作用的位移增加了约27%。除此之外,安全壳的局部损伤破坏也有较大幅度的变化,与单一撞击载荷作用相比,耦合作用下损伤面积在机身撞击区域增加约142%,在引擎撞击区域增加约72.8%,且引擎撞击局部区域的损伤程度大幅增加。

应力路径和干湿状态对堆石料颗粒破碎的影响研究

堆石料颗粒破碎是引起高土石坝变形的重要因素。在大坝填筑、蓄水期,堆石料的应力路径和干湿状态均是变化的。通过大型三轴试验,系统地研究了应力路径和干湿状态对堆石料颗粒破碎规律的影响。试验结果表明:(1)相同初始条件下,按不同应力路径达到同一轴向应变停机时测定的颗粒破碎率是不同的,等围压σ3试验产生的颗粒破碎最大,等平均主应力p试验的次之,等最大主应力σ1试验的最小,但不同应力路径下的颗粒级配演化规律是一致的。(2)相同初始条件下,湿样的颗粒破碎率明显高于干样,且二者的差距随着围压的增大而增大,不同干湿条件下的颗粒级配演化规律同样是一致的。(3)建立的考虑母岩强度的颗粒破碎率与塑性功的关系可以较好地统一描述不同应力路径及干湿状态下的颗粒破碎。该研究成果可为建立复杂应力路径及干湿变化条件下考虑颗粒破碎的堆石料弹塑性本构模型提供依据。

不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土耐久性试验研究

为探索不同冻融介质下再生骨料透水混凝土的冻融耐久性,分别以清水和3. 5wt%NaCl溶液为冻融介质,分析比较了不同冻融环境下再生骨料透水混凝土质量损失、动弹性模量、剩余抗压强度、CT扫描断面平均孔隙率随冻融循环次数的变化规律。试验结果表明,不同冻融介质作用下,再生骨料透水混凝土的质量损失率、相对动弹性模量、平均抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率的劣化程度均随冻融循环次数增加而逐渐增大,氯盐环境下更易引起再生骨料透水混凝土的冻融破坏;再生骨料透水混凝土相对剩余抗压强度与相对动弹性模量之间具有良好的相关性,可通过测量冻融后再生骨料透水混凝土相对动弹性模量来评估其剩余抗压强度;最后基于两参数Weibull概率分布函数建立了再生骨料透水混凝土冻融损伤演化方程,可用于表征不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土试件的冻融损伤破坏程度。

动力试验模型用橡胶集料微粒混凝土力学性能初步试验研究

大型跨海桥梁结构模型试验材料的选择对于模型动力试验至关重要。试验室可实现的微粒混凝土的弹性模量限制了模型的几何比尺。采用橡胶集料等质量比例代替微粒混凝土中砂骨料的方法,通过控制变量法,研究了多种因素影响下的橡胶集料微粒混凝土的抗压强度和弹性模量。试验结果表明:对于骨料含量不变的微粒混凝土,水灰比的增大可显著降低其抗压强度和弹性模量。橡胶集料微粒混凝土的抗压强度和弹性模量随橡胶集料代替微粒混凝土中砂骨料质量比的增加而呈现一定规律降低。研究成果可用于大型跨海桥梁工程大比尺动力试验模型材料相似关系设计和结果分析。

外部支撑对框架结构抗倒塌能力影响研究

针对地震多发区结构简单支撑普遍缺乏理论分析的问题,本文用增量动力分析方法,结合简化的结构倒塌易损性方程分析,以一栋3层2跨小柱设计钢筋混凝土结构为例,对采用简单支护的框架结构倒塌易损性开展定量分析。对比分析了小柱设计结构、支撑后小柱设计结构、标准设计的框架结构的易损性与地震抗倒塌能力。结果表明:简单的木构件外部斜支撑措施能在很大程度上提高结构在地震荷载作用下的抗倒塌能力,对结构防灾减灾具有重要意义。

粗粒料湿化变形特性研究

粗粒料作为建筑材料广泛使用于大坝、路基等变形控制要求较高的基础设施建设中,其中,使用过程中的湿化变形尤为重要。通过分析粗粒料单线法湿化试验数据发现,湿化体变与湿化轴变的比值k、平均主应力p和广义剪应力q三者满足扭面关系。当k恒定时,此扭面变为p-q平面内一条经过原点的直线。利用上述发现推导出了k的计算公式,其形式为q/p的对数函数。利用该文提出的湿化体变与湿化轴变比值的计算方法和湿化轴变与湿化应力水平的双曲线关系,拟合了三轴湿化试验数据,发现该文给出的计算湿化变形的方法不仅能够体现湿化体变的湿缩现象,还能体现湿胀现象,而且模拟值与试验数据拟合度较高。

地铁隧道施工中盾构机进退场吊装技术案例研究

盾构机作为隧道施工中常用的施工机械,在进场、退场过程中吊装技术要求高、风险大。从工程实际出发,从盾构机的选型、吊装管理及流程、安全施工保障、吊装能力计算等几个方面入手,依托理论计算验证,对盾构机的进退场吊装方案进行分析,保障盾构施工安全。

局部复杂场地Rayleigh波传播特性分析的SBFEM模型研究

基于土-结构动力相互作用(SSI)的原理,将求解包含局部复杂地形的散射场问题,分解为规则开挖场地的动刚度、包含复杂构造散射体的动刚度和自由场波动输入3个问题的求解,并依据子结构控制方程,提出了一种高精度的比例边界有限(SBFEM)计算模型。通过计算半圆形河谷和半圆形沉积河谷两个算例,验证了SBFEM计算模型的正确性。较为系统地讨论了矩形峡谷、垂直断层和孤凸山体等常见复杂地形对Rayleigh波场的散射作用。结果表明:峡谷深度、软弱断层破碎带和孤凸山体对Rayleigh波都有一定阻挡作用;峡谷宽度、断层宽度和硬性断层填充物等因素对Rayleigh波散射作用影响不明显。SBFEM分析模型可应用于隔震沟、隔震帷幕设计,对大坝、桥梁等工程的选址提供有益的建议。

主余震序列型地震动作用下RC框架结构损伤耗能研究

强震发生后通常伴随着余震,余震的发生会加重结构损伤甚至引发倒塌。为了量化研究主余震序列型地震动对结构损伤的影响,以一栋3层钢筋混凝土框架结构为研究对象,选取了10条实际的主余震记录作为地震动输入,采用ABAQUS非线性有限元软件对该框架结构进行非线性动力时程分析,并依据结构局部和整体损伤耗能指标来评价主余震序列型地震动对框架结构累积损伤的影响。研究结果表明:序列地震会加剧结构底层柱的局部损伤耗能,特别是对底层中柱的影响更加明显;序列地震作用下的结构整体损伤耗能平均值相对于单主震作用下增加约30%;当余震与主震的第一周期谱加速度指标的比值Sa(T_1)_(余震)/Sa(T_1)_(主震)较大时,序列地震对结构损伤需求的影响更为显著。

基于比例边界有限元方法的拱坝子结构分区形式研究

比例边界有限元方法是一种半解析的数值计算方法,具有降维、网格灵活、严格模拟无限域和无需基本解等特点。比例边界有限元方法的基本理论是在整体坐标与局部坐标的比例边界转换基础之上建立的,相似中心的选取是否合理对分析计算具有重要的影响,导致在模拟拱坝这种不规则的空间壳体结构时,具有一定的局限性。采用子结构方法,将坝体分为若干满足相似性要求的区域可解决上述问题,以某拱坝为例给出了合理的坝体子结构分区形式,验证了子结构方法的精确性,为建立基于比例边界有限元方法的坝体-库水-地基系统的计算模型奠定了基础。

粗粒土颗粒强度和弹性力学参数的试验研究

粗粒土的强度和变形特性直接影响堆石坝的变形规律,为从细观层面研究粗粒土的变形机理,离散元法作为一种有效手段被广泛用于粗粒土力学特性的模拟中。而颗粒强度和弹性力学参数对于离散元模型的构建至关重要,如何获取这些参数的分布规律是当前一项十分必要的工作。对一系列不同尺寸的大连石灰岩颗粒进行了单轴压缩试验,利用荷载—位移曲线的特征,确定了石灰岩颗粒强度和弹性模量的分布规律。统计结果表明:相较于Weibull分布和Logistic分布,Lognormal分布对于颗粒强度和弹性模量的统计效果最好;颗粒强度和弹性模量的均值都随着颗粒尺寸的增大而减小。然后基于参数的尺寸相关性特点建立了适合石灰岩的尺寸效应经验模型。最后对颗粒刚度进行了初步讨论,试验结果表明石灰岩颗粒的刚度具有明显的非线性特点。这些结果为粗粒土离散元数值模拟的细观参数标定提供了规律性方面的参考和支撑。

复杂环境中大规模桩筏基础的优化设计方法研究

变刚度优化设计对于复杂环境中的大规模桩筏基础始终是一个重要难题。基于有限元分析提出一种两阶段优化设计方法,该方法首先根据传统均匀布桩方案的桩顶应力分布对群桩进行分区,然后依据每个子区域桩顶应力之间的关系确定基桩数量调整系数,最后通过调整桩间距来改变各子区域的基桩数量,从而实现变刚度优化设计。运用该方法对多层土体中承担非均匀上部结构荷载的大规模桩筏基础进行变刚度优化设计,计算结果表明优化设计后筏板的差异沉降、平均整体弯矩和群桩顶部的差异应力均显著降低。该方法计算简单,应用范围广,且不受复杂土层条件、非均匀上部结构荷载以及桩基础规模大小形状的限制。

基于统计模型的高心墙堆石坝沉降变形研究

通过研究大坝沉降的统计模型,结合某高心墙堆石坝的实际工程概况,确定了坝体沉降变化的主要影响因子,在此基础上建立满足该大坝沉降规律的统计模型,采用多元回归分析方法确定了坝体典型剖面上测点的沉降模型,运用建立的沉降模型对测点沉降变化进行拟合和预测,验证了建立沉降模型的有效性。同时对各测点的观测值进行分离,进而定量分析填筑、水压和时效分量对坝体沉降的影响作用。

粗粒料的湿化变形三轴试验研究

为研究粗粒料的湿化变形性质,采用大连石灰岩通过"单线法"的三轴湿化试验对粗粒料的湿化变形性质进行研究。研究发现:湿化过程中的体变和轴变呈现线性关系,线性斜率随着围压的增大而减小;在同一围压下,湿化过程中的体变随湿化应力水平并非一直增加或减小,而是存在一个临界应力水平,在湿化应力水平小于临界应力水平时湿化体变随着应力水平增加而增加;当超过临界应力水平后湿化体变随着应力水平增加出现下降趋势。根据本次湿化试验提出一个湿化体变计算的经验公式,并通过不同的研究数据进行了公式的检验,在一定误差范围内公式能够获得较好的拟合结果具有很好的适用性。

堆石颗粒强度的尺寸效应研究

堆石料作为主要筑坝材料,具有显著的尺寸效应且易发生颗粒破碎,颗粒破碎是引起土石坝变形的重要影响因素之一。因此,研究堆石颗粒单粒破碎强度的尺寸效应可为高土石坝变形控制研究提供试验参数,具有重大意义。通过对20 mm^240 mm范围内的大连石灰石颗粒进行单颗粒强度室内试验,分析了不同粒径颗粒强度的分布规律,发现Logistic函数能够较好地描述同一粒组堆石颗粒强度的分布。基于Logistic函数建立了考虑尺寸效应的颗粒强度公式,同时根据单颗粒破碎试验现象提出了四种颗粒破碎模式。最后对单颗粒破碎后的碎片进行筛分,研究了其碎片的分布规律。

不同支撑方案对钢筋混凝土框架结构抗倒塌能力研究

结构抗倒塌性能一直以来是地震工程界普遍关注的重点。在地震多发地区,对工程结构采用简易木构件从外部进行斜向支撑的情况大量存在,然而简单支撑维护方式缺乏科学的设计与安全评价。针对这一问题,以城镇、乡村中常见的三层两跨钢筋混凝土框架结构为例,采用增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,简称IDA)方法并结合结构易损性分析方程,对结构倒塌易损性开展定量分析。对比研究不同支撑方案对结构倒塌易损性的影响,探讨不同支撑方案对提高结构抗震性能的影响。结果表明,简单的外部支撑能够有效的提高结构的抗倒塌性能,合理的支撑方案能够更加有效地提高其支撑能力。

堆石料变形参数的粒径尺寸相关性研究

堆石料变形参数的尺寸效应直接影响土石坝的变形预测,关系土石坝防渗体的变形协调,也是当前高土石坝的关键技术难题。基于前人的研究成果,根据不同尺寸试样之间的应力应变转换关系,推导了邓肯–张E–B模型各个参数与粒径的相关性。结果表明堆石料这类易破碎材料可以根据颗粒强度的粒径相关性和缩尺样的应力–应变曲线预测大尺寸试样的应力–应变关系。在邓肯–张模型中,尺寸效应较为明显的参数有φ0,K和Kb,参数Rf,n和mb是无粒径尺寸效应或尺寸效应不明显的参数。通过对比不同尺寸试样的邓肯–张模型参数的试验结果,进一步验证了该规律的合理性。