复杂体型高层建筑表面风压分布及风荷载特性试验

以成都某复杂体型超高层建筑为研究对象,在大气边界层风洞中对其进行了单体建筑刚性模型测压试验,对模型表面风压的分布规律进行了讨论;利用随机振动理论在频域内计算了基础等效静力风荷载和结构顶部加速度响应,并将风荷载试验结果与中、日两国最新规范的计算结果进行对比分析。结果表明:复杂体型高层建筑表面风压的分布规律与常规截面高层建筑基本保持一致,但是受到建筑体型的影响,个别立面的风压分布会出现与中国规范规定值完全相反的结论;同时,在局部区域会出现比规范值偏大的结果,由风洞试验结果计算得到的顺风向基底剪力和弯矩均大于中、日两国规范的计算结果,且日本规范的计算结果要大于中国规范的计算结果。所得结论可为类似工程提供参考。

非光滑动力系统局部奇异性及擦边条件分析

对一类单自由度非光滑动力统进行了研究,应用微分包含理论研究了其沿着分离边界的滑动运动;提出了在分离边界上确定其运动奇异性的扰动方法;借助理论分析和数值仿真对系统擦边周期运动的存在性进行了研究,推导了擦边周期运动存在的条件,并通过数值模拟对其进行了验证.

高层建筑气动弹性模型风洞试验研究

以高层建筑为研究背景,制作了气动弹性模型,通过风洞试验测得结构的时程响应结果,采用频谱分析求得结构的动力特性,采用自然激励技术法(NExT)和ARMA模型时序法以及改变模态阶数的方法获得结构的气动阻尼比,研究了结构气动阻尼比随风速的变化规律.在强风下,对顺风向的加速度响应时程结合滤波方法,消除横风向能量转移的影响,同时发现了涡激共振现象.考虑气动阻尼影响的情况下,刚体模型测压和测力得到的峰值加速度响应结果,与气动弹性模型风洞试验结果十分接近,验证气动弹性模型风洞试验结果的正确性.对于刚体模型,不考虑气动阻尼时,峰值加速度比气动弹性模型试验结果大很多,差值最大达到41%,但在某种工况下,气动阻尼的影响使结构的响应值增大,验证了考虑气动耦合作用在高层抗风研究中的必要性.

复杂周边高层建筑风压分布特性试验

结合某复杂周边高层建筑的风洞试验,分析了该建筑物在有无干扰下平均风压系数和脉动风压系数的分布特性。结果表明:无干扰时迎风面平均风压为正值,其余各面为负值;湍流度对脉动风压有影响,迎风面和背风面脉动风压系数要比侧风面小很多;相距较近的建筑物并列布置时,会形成峡谷效应,风压分布以施扰建筑物高度为分化点,超过这一高度风压发生分离。所得结论可为相应的工程提供参考。

火区下近距离煤层开采有害气体入侵灾害防控技术

火区下近距离煤层开采容易导致有害气体入侵灾害的产生,严重威胁着工作面的安全回采。陕西煤业化工集团孙家岔煤矿30110工作面上部采空区自然发火严重,虽然采取了注氮、堵漏风技术进行防治,但效果均不明显。针对此问题,利用PFC2D软件建立了火区下近距离煤层开采数值模型,对3号煤层开采过程中的裂隙变化进行动态追踪,结果证明了有害气体入侵灾害的产生并判断了灾害产生的时间节点,为灾害发生前的重点监测工作以及均压通风系统的应用提供了依据。为了防止有害气体的入侵并避免新鲜风流压入火区引发灾害的扩大,对30110工作面进行均压通风技术研究,将上部火区和下部工作面的气压差控制在一个安全的范围内。通过计算确定了均压通风系统试运行期间的安全压差为296 Pa,正常运行期工作面回风风窗压差安全调节区间为(118 Pa,166 Pa)。现场应用结果证明,均压通风技术能够有效地避免有害气体入侵灾害的发生,确保工作面的安全回采。

基于离散元法的砂土破碎演化规律研究

颗粒破碎是影响砂土宏-微观力学性质的重要因素。采用改进型的可破碎颗粒生成方法,通过设置不同强度的平行黏结键模拟不同强度的可破碎颗粒,并借用基于离散元方法(DEM)的双轴压缩试验详细研究了可破碎性土在剪切过程中颗粒破碎率/平均破碎程度、微观尺度上的能量耗散分配机制、剪切破碎带形成以及断裂键各向异性的演化过程。结果表明,颗粒破碎强烈地影响砂土在宏观尺度上的力学响应、颗粒尺度上的能量分配机制以及剪切过程中的颗粒的组织结构演化。颗粒破碎主要影响小应变阶段各能量耗散元的分配机制,而在临界状态下剪切带内的颗粒摩擦以及破碎耗能是消耗外界功的主要因素。数值结果亦表明,颗粒的破碎伴随着整个剪切过程,但破碎率的增长速度却随着剪切应变的发展逐渐降低。另外,在剪切过程中,对于低破碎性土,在临界状态下剪切破碎带基本形成,带内的原有组织结构被打乱,断裂键的各向异性也随之弱化。

山区宽窄相间河道平面二维水流数值模拟

针对山区河道受地质条件及河床演化的影响,其平面形态常呈现宽窄相间的渐变形态特征,采用贴体坐标法剖分正交贴体曲线网格求解域,用有限体积法离散控制方程,以SIMPLER计算程式求解耦合方程,建立山区宽窄相间河道平面二维水流数学模型。将模型计算值与宽窄相间水槽水流试验实测值及水动力学SMS软件计算结果进行比较,结果表明:该模型能够较好地模拟宽窄相间河道平面二维水流运动特性,宽窄相间河道河宽渐变将引起水深和流速的变化,在河道最窄处水深降到最低,流速最大;在河道最宽处水深达到峰值,流速最小。

重刚比对悬索静态位形影响的建模与分析

为探究悬索的自重、刚度及分布荷载对悬索的静态平衡位形的影响,通过悬索状态分类与悬索单元的受力分析与数学模型,引入无量纲参数,分析了悬索在自然态、无荷自重作用状态与有分布荷载作用状态下的基本静态性能。建立了考虑自重和分布荷载同时作用下的悬索静态张力与悬索单位长度重刚比、挠度及支座间距的数学模型。研究表明:当重刚比小到一定程度时(β≤10-2),悬索的静态位形基本重合,此时悬索的刚度对静态位形起主导作用,悬索的静态位形可以看成不可伸长的悬索进行处理;重刚比很大时(β≥10-1),悬索的自重与分布载荷对静态位形起主导作用,悬索自重与分布荷载越大,悬索的中央挠度也越大。重刚比小的悬索在接近原长跨距时,最大张力与水平张力会明显增大,但重刚比大的悬索增加的幅度不明显,说明重刚比大的悬索因为弹性模量小,主要产生了弹性变形,因此不能盲目拉紧悬索。最后利用挂重法对悬索的静态位形参数进行了实验验证,实验结果与理论结果的相对误差均在4.95%以内,说明了模型的可行性并达到了工程应用相对误差不超过5%的精度要求。

基于不同弹性本构方程的塑性区宽度及封孔长度研究

煤层注水是煤矿开采过程中重要的增透卸压手段,而封孔长度是影响注水压裂效果的一个关键因素。为了确定出合理的封孔长度,根据Lippmann煤层失稳基本理论,选取了6种不同的弹性区本构方程,引入非线性动态瓦斯压力分布的表达式,构建了含瓦斯煤层力学理论模型,得到煤层垂直、水平应力和塑性区宽度的解析式,之后结合高家堡的现场情况,对比分析6种弹性本构方程下的煤层应力分布曲线及塑性区宽度,并进行了现场封孔试验。结果表明:封孔长度在9.5 m时孔洞漏水量小、未出现异常现象,封孔效果良好,最终确定出了合理的封孔长度为9.5 m;相对于其他3种弹性本构方程,选取第i、v、vi种弹性本构方程对封孔长度进行理论计算分析,更加符合现场实际情况。

花岗岩风化土与废弃轮胎混合物力学特性研究

废旧轮胎的治理是一个世界性的难题,而将废旧轮胎应用于岩土工程加固中则为其污染治理提供了一个行之有效的手段。为了进一步研究废旧轮胎对土体的加固机制并应用到实际工程中,主要选取了全风化花岗岩砂颗粒和加工后的废旧轮胎(包括颗粒型和长条型)的混合体作为研究对象,通过一系列不同竖向压力下的一维压缩试验,详细研究不同橡胶含量配比、不同形态下的橡胶-砂混合体的受压力学特性,并创新性地探讨了橡胶颗粒对砂颗粒在压缩过程中破碎行为的影响。试验结果表明,所有橡胶-砂混合体在较高压力作用下都能收敛到一条直线,即存在唯一的标准压缩线;随着橡胶含量增加到大于20%,混合物的压缩和卸载回弹量均明显增加,而这种特性不受轮胎颗粒形态的影响。此外,轮胎橡胶含量配比越高,砂颗粒的破碎程度越小,同时,当其中砂颗粒尺寸越小时,整体破碎越少。

基于局部表面纳米化薄板的抗屈曲优化设计

提出一种新的局部表面纳米化薄板抗屈曲设计思路。利用局部表面纳米化技术改变板结构关键部位的力学性能,建立圆板的径向扇形间隔纳米化模型,环向条带环状间隔纳米化模型和片状布局纳米化模型。采用优化设计方法,对圆板抗屈曲问题进行数值模拟。结果表明,经局部表面纳米化的薄板可显著提高屈曲临界载荷。这种方法为薄板结构的抗屈曲工程设计提供了依据。

循环荷载下钙质砂单颗粒破碎试验研究

钙质砂是长期在饱和的碳酸钙溶液中经物理、生物化学及化学作用过程而形成的海洋沉积物,是人工岛建造常用的岩土工程材料,其力学特性直接影响人工岛的安全使用.海洋环境下钙质砂不间断承受海洋动荷载的影响,因此有必要探究循环荷载作用下钙质砂单颗粒动强度特征.为此采用自行设计研制的单颗粒循环加载仪器对不同形状、粒径的南海钙质砂进行单颗粒破碎试验,利用Weibull统计函数描述每种粒径下的单颗粒动强度分布规律.基于试验所得力-位移曲线,发现钙质砂单颗粒在动荷载试验过程中的破坏模式分为两种:一种是颗粒破碎发生在加基值力之前,一种是颗粒破碎发生在加基值力之后.对不同粒径单颗粒动强度统计分析,发现单颗粒动强度的分布与粒径有关,粒径越大则强度越低;相同粒径下不同形状的单颗粒动强度规律为:块状颗粒>条状颗粒>片状颗粒;同一形状下单颗粒强度服从Weibull分布,在双对数坐标轴下,特征单颗粒动强度与粒径呈线性关系.

基于贝叶斯理论的土性参数空间变异性量化方法

岩土工程可靠度分析和设计中,合理地选取随机场参数和相关函数,并准确地描述土性参数空间变异性十分困难。基于贝叶斯理论,本文提出了一套量化砂土有效内摩擦角空间变异性的方法。该方法根据先验信息和静力触探试验锥尖阻力数据,确定砂土有效内摩擦角的随机场参数和相关函数。该方法合理地考虑了砂土有效内摩擦角与锥尖阻力间经验回归方程的不确定性。采用马尔科夫链蒙特卡洛模拟(Markov Chain Monte Carlo Simulation,MCMCS)获取服从后验分布的随机场参数样本。利用MCMCS样本构建随机场参数的Gaussian Copula函数求解后验分布。估计备选相关函数的概率,选择概率最大的为最可能的相关函数。最后,采用美国德州农工大学国家岩土工程砂土试验场的CPT数据算例验证了文中所提方法的有效性。结果表明:文中所提方法可以正确、合理地利用间接测量的锥尖阻力数据确定砂土有效内摩擦角的随机场参数和相关函数,准确量化其空间变异性。对于美国德州农工大学国家岩土工程砂土试验场的砂土有效内摩擦角,建议选用二阶自回归函数作为其最可能的相关函数。

时变来流条件下大气边界层流动大涡模拟

采用大涡模拟方法,利用平坦地面模型和带楔形结构的粗糙地面模型研究近地面空间风场特征.结果表明,在时变来流条件下,平坦地面模型和粗糙地面模型均在阵风峰期产生下沉气流,在阵风谷期产生上升气流;垂直气流大小与下垫面粗糙度和水平来流风速变化幅度有关.大气边界层内风场的风速大小和方向总是随时间变化的,与稳定来流假设相比,随时间变化的来流条件下边界层的流动更有利于边界层内物质和能量的输运.

某地下商场紧急情况下人员疏散实验研究

地下商场紧急情况下人员疏散过程非常复杂,受到众多因素的影响,如人员自身因素、环境因素等。通过设计并实施人员疏散实验,同时对实验参与人员开展问卷调查,分析了地下商场紧急情况下人员疏散特性及借用相邻防火分区防火门作为安全出口对疏散过程的影响;从疏散演习实验过程中人员出口选择、疏散时间及出口流率、疏散行为等三方面内容对实验结果进行了分析和讨论。

基于表面纳米化新型吸能结构的设计方法

根据局部表面纳米化诱导薄壁管结构的屈曲模态和后屈曲路径方法,提出一种新的吸能结构设计方法。通过优化局部表面纳米化的区域的形状、尺寸和孪晶间距等,实现控制屈曲模式的发展,提高结构的能量吸收和降低最大冲击载荷的目标。结果表明,经优化的局部表面纳米化,不仅可诱导和控制薄壁管稳定渐进紧凑的屈曲模态,而且可以大幅提高薄壁管的吸能效果以及保持原结构的外形。同时也为类似的问题提供一条研究思路。

一类三次方对称离散混沌系统的分岔控制

通过分析对称性破缺分岔机制,采用了一个直接的、有效的线性控制器,精确控制了一类三次方对称离散混沌系统发生对称性破缺分岔和倍周期分岔时分岔点的位置.进而分析了系统对初始值的敏感性和对称性,选择合适的吸引域,将对称性破缺分岔进行进一步控制,从而使得对称性破缺分岔所缺解枝得以恢复.数值结果表明了该控制器的有效性.