高层建筑典型外墙保温材料火蔓延特性数值模拟研究

有机保温材料被广泛应用于高层建筑外墙保温体系的同时,也可能增加高层建筑的火灾风险。本文通过计算机模拟,着重研究了保温材料之一的聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)的火蔓延速率、失重速率及温度场分布等特性。研究结果发现:发生火灾后,外墙保温材料可以在很短的时间内自下而上蔓延至整个材料表面,并有表皮着火的现象。在火焰到达材料顶部之前,向上火蔓延占主导地位,材料中部区域明显燃烧脱落,火焰在材料两端上部继续燃烧,有向下加速蔓延的趋势;之后,火焰沿着材料中部内侧向下剧烈燃烧,材料呈V字型燃烧直至熄灭。在高层建筑外墙外保温材料火蔓延中,不同着火点情况下的燃烧速率随时间变化的趋势相似,且会形成两个波峰。     

转动型摩擦阻尼器试验研究与理论分析∗

为研究不同摩擦材料和螺栓预紧力下转动型摩擦阻尼器的力学性能和稳定性,采用 3 种不同摩擦材料,设计 9 个转动型摩擦阻尼器试件,进行低周往复试验研究,对比分析了 3 种不同摩擦材料的转动摩擦机理、滞回性能、摩擦力、螺栓预紧力。对转动型摩擦阻尼器受力机理进行了理论分析,得到转动型摩擦阻尼器的摩擦力理论计算公式,使用刚塑性模型对阻尼器的恢复力模型进行了拟合。研究结果表明：①铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的摩擦效应由犁沟效应和粘着效应共同作用,无石棉有机物摩擦材料以粘着效应为主;②阻尼器滞回曲线饱满,接近矩形,表现出良好的耗能能力;③铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的摩擦力呈现逐渐增加的趋势,无石棉有机物摩擦材料摩擦力表现下降的趋势;④铝镁合金摩擦材料的螺栓预紧力比较稳定;⑤摩擦力理论计算公式与试验结果取得较好的一致性,可以用于阻尼器设计与分析;⑥刚塑性模型对铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的阻尼器恢复力模型适用性较高。     

地质力学模型相似材料配比的正交试验研究

选择正确的相似材料是进行地质力学模型试验的前提,然而,选择合适的材料配比是成功模拟原型工程的关键。经过对大量的相似材料研究现状的调研,在借鉴前人经验的基础上,选择以铁矿粉、重晶石粉、石英砂为骨料,松香酒精溶液为胶结剂,石膏为调节剂的铁晶砂胶结剂作为模型试验的相似材料。采用正交试验法进行配比试验,选择了4因素3水平的正交试验表设置,一共9组配比试验方案,制作小模型试块。通过对小模型试块的物理力学性质试验,获得了相似材料密度、抗压/拉强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等参数指标,运用极差分析法分析了各个因素对相似材料参数指标影响的主次关系以及影响的规律特性。试验发现,胶结剂浓度对相似材料的主要参数指标影响显著。     

填充粘弹性材料的开缝钢筋混凝土剪力墙性能试验研究

建立了填充粘弹性材料的开缝钢筋混凝土剪力墙的力学模型,基于通用有限元软件ABAQUS,对具有不同形式的钢筋混凝土剪力墙进行了数值模拟,通过对其在相同加载速率下的弹塑性分析,探讨了开缝填充粘弹性材料的剪力墙和整体墙、开缝墙的性能,以及粘弹性材料缝的尺寸等因素对剪力墙性能的影响.试验结果表明,开缝后填充粘弹性材料,在剪力墙...     

相变能量桩段模型传热模拟

针对能量桩体材料普通混凝土储热性能差问题,将相变材料引入普通混凝土中构建相变能量桩。利用简化能量桩段有限元数值模型模拟了普通能量桩与相变能量桩的传热过程,对比分析了两者的传热差异;并通过添加不同质量分数相变材料,研究了添加量对能量桩桩体、桩周土传热的影响。研究结果表明:在换热管吸放热工况下,相变材料的添加可在相变温度区间内明显延缓桩体升降温速度;相变材料的添加量越多,升降温延缓作用越明显;能量桩中添加相变材料只对桩体的传热影响显著,对桩周土的温度场影响较小。     

桩体材料弹性模量对桩基负摩阻力特性的影响

分析了桩体材料弹性模量对于桩基负摩阻力特性的影响,指出不同的桩体材料弹性模量会使得桩身压缩值不同,对于复合地基中常用的低弹性模量桩应当考虑桩身压缩对于桩基性状的影响。有限元分析结果表明,影响桩基负摩阻力特性的桩体材料弹性模量存在一个临界值。当桩体材料模量大于此值时,可以忽略桩身材料模量的影响;桩体材料模量小于此值时,桩身压缩变形增大,桩顶位移和桩端位移会有很明显的差异,会造成中性点位置上移,桩身中最大附加应力降低。这对复合地基中桩体负摩阻力特性的研究是有益的。     

能源桩试验材料热力学参数测试研究

提出在传统混凝土能源桩的基础上加入相变材料和钢纤维来提高能源桩的换热效率,通过钢球封装相变材料不仅将相变材料应用于混凝土,而且钢纤维和钢球的高导热特性可以改善相变材料导热性能上的不足,提高相变储能混凝土的导热性,为相变材料在能源桩工程的应用提供参考依据。通过相变钢纤维混凝土材料不同热力学参数测试的具体过程和结果发现纤维增强型混凝土破坏时没有明显的碎块和崩落,是因为钢纤维与裂缝两边混凝土之间的粘结应力起着约束裂缝开展的作用,从而降低混凝土脆性破坏程度;另外钢纤维可以很好的补偿低导热的相变材料所带来的缺陷,使能源桩整体的导热性能得以提高;钢纤维会降低混凝土的比热容,但砂率对混凝土的比热容有明显的影响。此结果会为后续评估和优化能源桩热交换系统提供参数指导。     

活性粉末混凝土的耐酸性

为了考察活性粉末混凝土在严酷环境下的耐酸性能,试验研究了硫酸溶液和醋酸溶液对活性粉末混凝土强度的影响,并比较研究了硫酸溶液对普通水泥基材料和高强水泥基材料的影响。70d浸泡龄期的试验结果表明:在浸泡早期,3种水泥基材料的耐硫酸性能差别不明显,随着暴露时间的延长,活性粉末混凝土比普通水泥基材料和高强水泥基材料呈现出较好的耐硫酸性能;弱离解的醋酸溶液对活性粉末混凝土的侵蚀作用比强离解的硫酸溶液更强。前者与3种水泥基材料的孔隙率、孔隙结构、抗渗性及抗裂性等因素有关,后者则与醋酸溶液的强扩散性有关。     

盐蚀环境下微生物矿化岩土材料的冻融特性研究

基于MICP技术将松散砂粒改良成微生物矿化岩土材料,通过室内冻融循环实验,研究矿化材料在4种不同的冻融环境中的表观形貌、质量损失率、饱和含水率、无侧限抗压强度随冻融循环周期的变化规律,以及利用NMR测试手段分析材料的孔隙变化。结果表明:随着冻融周期增加,在4种冻融液中矿化材料均伴随剥落现象,无侧限抗压强度均呈逐渐减小趋势,质量的损失和饱和含水率的增加严重影响了材料的抗冻性能,且在5%Na₂SO₄溶液中矿化材料的粉化速度较快,质量损失最大,劣化速度最快,NMR图谱中弛豫时间大于200 ms的未冻水含量在冻融过程变化最大,是造成样本质量的损失和强度的破坏的主要原因;在去离子水溶液中样本的抗冻能力也较弱,次于Na₂SO₄溶液;在3%NaCl溶液和混合溶液中由于NaCl的存在降低材料的凝固点,使得材料的抗冻能力延长,此研究为微生物矿化岩土材料在寒冷地区的工程应用提供基础实验依据。     

“绿色”纤维增强水泥基复合材料的研究及发展

纤维增强材料对于改善水泥基材料的韧性和抗冲击性、大幅度提高混凝土的断裂能、防止混凝土发生脆性破坏具有重要意义;而"绿色"纤维在提高混凝土结构安全性的同时,具有环保、节能、利废、可降解再生等特性。本文介绍了"绿色"纤维的分类,分析了"绿色"纤维增强水泥基材料的特点,总结了"绿色"纤维在水泥基材料中应用、研究的进展。指出:"绿色"纤维与水泥基材料复合,适应循环经济和建材行业可持续发展的要求,是未来纤维增强水泥基复合材料发展的主要方向。     

普通硅酸盐混凝土高温性能劣化分析模型∗

混凝土材料的高温力学性能劣化规律是混凝土结构防火设计及灾后评估的重要依据。基于普通硅酸盐混凝土材料内部各组分在高温作用下的微观物理化学变化,研究了硬化水泥浆中水化物高温分解和骨料材料性能的劣化过程,揭示了混凝土在高温作用下宏观力学性能劣化的机理,建立了用于描述普通硅酸盐混凝土高温力学性能劣化规律的分析模型,在传统模型仅能考虑温度大小影响的基础上进一步考虑温度持续时间对材料力学性能劣化的影响。利用FLAC3D软件中的FISH语言开发了相应的计算程序,并用于分析混凝土试块在不同温度和时间作用下材料抗压强度和弹性模量等随温度的劣化规律,与现有试验结果对比表明模型能够合理反映混凝土在高温作用下材料性能的劣化过程。     

饱和混凝土单轴拉伸动态统计损伤本构模型

饱和混凝土中孔隙自由水的存在对材料的力学性能有显著的影响,动态工况中主要表现为自由水的粘性效应,且该效应随细观损伤引起的微裂纹密度的改变而变化。本文结合太沙基"有效应力原理",建立了饱和混凝土考虑动态应变率效应的单轴拉伸统计损伤模型,将材料宏观力学性能同细观损伤机理有机地结合起来,综合考虑了动态条件下惯性效应和自由水粘性效应的影响,认为材料自身的惯性效应引起材料破坏形态以及细观损伤演化过程的改变;水的粘性效应则调整了混凝土基体的受力状态。通过算例和试验结果比较,表明该模型可预测等应变率加载情况下饱和混凝土材料均匀损伤阶段的动态拉伸本构行为,形象地描述了饱和混凝土材料动态损伤演化机制。     

颗粒材料在三轴试验中滞滑现象的研究∗

球形玻璃砂和不锈钢珠是两种典型的颗粒材料,采用这两种材料进行不同围压下的常规三轴排水和不排水试验,研究颗粒材料在三轴试验中的滞滑现象。研究工作表明,两种材料在三轴排水试验中都存在明显的滞滑现象,围压大小会直接影响滞滑时应力值跌落的幅度,但两种材料在滞滑中的表现却有明显不同,并且玻璃砂样中的滞滑现象随着玻璃砂样的重复使用而减弱至基本消失,表明玻璃砂试样的制备历史对其滞滑现象的发展具有重要影响。玻璃砂和钢珠不同的表面特征是影响两种材料滞滑现象差异性的一个重要因素。重复使用的玻璃砂颗粒表面特征会发生明显改变,这是其滞滑现象逐渐减弱的重要原因。试验结果对玻璃砂和钢珠等颗粒材料滞滑现象发生机制的深入研究提供一定参考,为滞滑演变规律的微观机制探究提供思考方向。     

材料性能劣化对刚构桥地震易损性的影响分析∗

为了揭示山区服役环境下材料性能劣化对桥梁抗震安全性的影响,根据混凝土碳化和钢筋锈蚀规律得到山区环境下材料劣化时变模型,采用基于需求能力比(D/C)的动力增量分析(IDA)方法,提出了桥梁时变地震易损性分析流程。围绕某山区典型高墩刚构桥,研究了桥梁构件和体系两个层次的地震易损性时变规律。结果表明:构件塑性发展程度越高,材料劣化的影响越不利,构件曲率延性系数也越大;相比于横桥向,材料劣化对构件纵向地震易损性的影响更大,且服役时间越长,构件地震损伤概率越高;桥梁体系的损伤概率上限高于任意构件,材料劣化的不利影响也主要体现于纵桥向,该方向上 0.8g 时,服役 100 年的严重受损概率相比新桥增大 100.86%;材料劣化对桥梁地震易损性的影响不容忽视,且构件层面的易损性评估不足以反映桥梁体系的易损性。     

基于相似理论的岩石地基材料制作及模型基础抗拔试验∗

为探究岩石地基中挖孔基础的承载力特征和地基破坏模式,以重晶石粉、铁粉和石英砂为骨料,水和石膏为胶结剂,黏土为增塑剂配置岩石相似材料,应用正交设计方法,以胶结物/骨料质量比（因素 A）、胶结物含水率（因素 B）、骨料细颗粒（铁粉+重晶石粉）占比（因素 C）、细颗粒骨料铁粉占比（因素 D）为 4 个因素,共 16 组材料配比方案,开展相关试验测定了各组材料的密度、黏聚力、内摩擦角、抗压强度、弹性模量等参数指标,并研究了相似材料物理力学参数与影响因素之间的变化规律;而后选取 3 种代表性相似材料开展了岩石挖孔基础抗拔承载特性的室内模型试验。结果表明：（1）对于相似材料密度,因素 C 影响最大;对于试样黏聚力和抗压强度,因素 B 影响最大;对于内摩擦角,因素 C 影响最大;对于弹性模量,因素 A 和因素 B 影响最大;（2）地基岩体破坏面呈现为沿着一定角度的开口向地面延伸的线性破坏面,且该破坏角随材料内摩擦角增大而减小,在规范中假定的 45°附近变化;（3）依据抗拔承载力计算得到的相似材料等代极限剪切强度随单轴抗压强度增大而增大,约为单轴抗压强的 0.027。     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的动力性能分析

地震作用在混凝土结构上会在其材料中产生较高的应变率,混凝土材料具有一定的率敏感性,准确模拟混凝土结构在地震作用下的反应需采用混凝土动态本构模型.为评估ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型模拟混凝土动力性能的能力,采用该模型对混凝土材料和构件在不同加载速度下的动态反应进行了有限元数值分析.结果表明,随着加载速度的...     

考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥非线性地震反应分析

运用大型有限元通用软件ANSYS/LS-DYNA及其并行运算功能,进行了考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥地震反应分析。考虑混凝土、土介质和悬索材料的非线性与考虑材料线弹性的计算结果比较表明,考虑材料非线性情况时,由于进入塑性阶段后的能量耗散,内力比考虑线性情况时小;而进入塑性阶段后,结构刚度变小,运动量要比考虑线性情况时大。     

采用不同滑面材料的滑坡模型试验研究

为研究滑坡模型试验中不同材料模拟滑带土对模型稳定性的影响,以堆载为试验方法,以位移计为主要的测试手段,进行了采用草木灰、单层塑料薄膜、双层塑料薄膜作为滑面材料的两种工况5组模型试验。通过增加模型上的堆载,增大滑体的下滑力,使滑体最终发生滑动。根据试验的初始稳定状态、最终稳定状态及监测到的模型位移曲线,确定滑坡的极限平衡状态;同时根据最终加载量,反算出滑带土模拟材料的相似抗剪强度;得出不同滑面材料的稳定性及相似抗剪强度,为滑坡支挡模型试验提供试验基础。     

锚固系统与锚固介质材料中应力波波速的关系

应用低应变反射波法对锚杆锚固系统进行无损检测时,常因锚杆底端反射很微弱而影响锚固系统中应力波波速的准确确定,导致锚固质量无法准确判读,为此,采用低应变反射波法测试了不同围岩和锚固介质中的锚固系统应力波波速,并与采用超声波法测试的由锚固介质材料所制作标准试块中的应力波波速进行对比分析。结果表明,这2种波速与锚固介质材料强度密切相关;锚固系统中的应力波波速介于锚固介质材料与自由锚杆中的应力波波速之间,锚固系统中的应力波波速和锚杆介质材料中的应力波波速随龄期和强度均呈指数关系变化且对称分布。     

一种新型软钢阻尼器的设计及数值模拟∗

为避免既有金属剪切型阻尼器存在的应力集中问题,进一步提高耗能能力,提出一种新型波形软钢阻尼器。利用通用有限元软件建立实体模型,对其进行数值模拟研究。通过对不同波角和厚度、腹板及翼缘材料的强度比对阻尼器力学性能的影响分析可以发现:波角和腹板与翼缘的材料强度比不变时,厚度为5 mm,阻尼器的力学性能最佳;当厚度和腹板与翼缘的材料强度比不变,波角为60°时,阻尼器的力学性能最佳;为充分发挥腹板的耗能作用,腹板与翼缘的材料强度比为1～1.47;理论计算与数值模拟吻合度高,可以通过计算改变相关参数,得到实际工程所需阻尼器。