预应力混凝土连续小箱梁桥荷载试验研究

为评估鄂钢东西区连接公路桥在正常运营状态下的承载能力和安全性,选取该桥第一、三联的预应力混凝土连续小箱梁进行静、动荷载试验。在静荷载下测试最不利断面的应力和挠度,通过动荷载试验来测试该桥的自振频率、振幅和冲击系数,并与理论值进行对比。结果表明：主梁测试桥面的挠度校验系数和断面的应力校验系数的理论值大于实测值,其最大相对残余变形和残余应变率均不超过20%;第一、三联一阶竖向振动频率实测值分别为3.20、3.55 Hz,实测值均大于计算值,结构整体刚度满足要求;第一、三联实测桥梁冲击系数分别在0.12～0.16和0.15～0.18,桥梁在冲击荷载作用下能正常运营。在正常运营状态下,桥梁结构的整体刚度满足设计要求,且处于弹性工作状况,该桥的自振频率和冲击系数均在合理范围内,表明鄂钢东西区连接公路桥整体承载能力满足公路I级荷载要求。     

不同应力比的循环荷载下砂岩变形损伤特性研究*

为探究循环荷载下砂岩试件的变形损伤特性,开展3种不同幅值下的循环加卸载试验,分析应力比对砂岩变形损伤与能量耗散特性的影响规律。结果表明:应力比越大,相邻加载段应变差越大,部分高应力下不可恢复的变形在低应力时有所恢复;当应力比为0.50和0.67时,各循环泊松比相差不大,介于0.231~0.247之间,而当应力比为0.88时,泊松比随循环数有增加趋势;应力比越大耗散能占比越大,试件吸收并转化为用于自身损伤的能量越大。高应力循环荷载下试件损伤逐渐积累,在衡量试件损伤变化时采用的耗散能只考虑了轴向残余应变与应力,忽略了径向变形的影响。     

京沈高铁风积土路基弱化特性的试验研究

基于循环三轴试验,研究了辽西风积土在不同固结条件和施加初始静偏应力作用下刚度的循环弱化特性,提出了考虑有效固结应力、初始静偏应力、动应力水平和循环荷载作用次数的风积土刚度弱化模型。结果表明:在相同固结条件下,风积土的刚度随固结围压增大而增大;随循环次数的增加、初始静偏应力的施加和动应力比的提高,风积土的刚度衰减显著;在试验基础上提出的风积土刚度弱化模型,能够较好地反映在循环荷载作用下刚度的衰减规律。     

铁路简支梁桥桥台承受列车制动力的计算分析

铁路桥台是桥梁和路基之间过渡的结构物,列车制动力通过桥台进行传递,其传递的机理和数值大小对桥台设计意义重大。笔者首次应用桥墩线刚度概念,把长钢轨力传到路基或更多的桥跨上,目的在于增加桥墩台抵抗长钢轨力的能力,以减小每个墩台的长钢轨力。应用结构分析的伪动力法,对不同跨度、不同长度的铁路简支梁桥墩台承受制动力进行大量计算;确定了16 m,24 m及32 m跨度桥梁的桥墩台可能承受的最大制动力,并与试验结果进行对比分析;研究了桥台传递列车制动力的机理,为确定简支梁桥的墩台制动力设计值提供了理论基础。通过分析制动力作用下的桥台安全性问题及措施,提出了列车制动力率取0.2和有效制动力率取0.15比较合理的数值,以确保列车运营的可靠与安全。     

钢筋与混凝土界面的疲劳特性

钢筋与混凝土界面的脱粘是钢筋混凝土材料与结构的主要失效形式之一。针对建立的几何剪切筒模型和选取的常用实验加载方式,对3种不同损伤模型推导出循环荷载作用下钢筋与混凝土界面脱粘应力解析模型;借助描述疲劳裂纹扩展的Paris公式,进一步研究和分析了界面疲劳脱粘速率及界面疲劳裂纹扩展长度与循环加载次数的关系;同时分析了材料刚度衰减对疲劳裂纹扩展速率和扩展长度的影响。笔者对钢筋与混凝土界面的疲劳特性研究所建立的损伤模型和分析方法,为混凝土结构的安全设计及其寿命评估提供一个新思路。     

车桥耦合下D型施工便梁结构安全性研究

为保障施工安全和列车行车安全,以某市政隧道下穿13股道繁忙铁路工程为例,建立安全监测系统获取实测数据,再构建车桥耦合动力学模型。通过实测数据和模拟数据研究多种工况耦合下的便梁结构安全和列车行车安全情况。结果表明：车桥耦合模型具有一定的可靠性,轨道不平顺对结构安全性以及行车安全性影响较大,轮重减载率随车速的增加而增大;列车通过曲线段时腹板应力增大,便梁结构稳定性降低,轮重减载率增大;温度附加变形对结构安全性的影响程度较小,但温度应力不容忽视。在施工期间进行轨道平顺性测量,以适当车速通过D型施工便梁保证行车安全性,按要求布置斜杆及限位装置以保证结构稳定性。     

加载条件下原水管道受力特征模型试验研究

为研究堆载大小对原水管道受力变形的影响,采用量纲分析法得出模型试验相似比,并根据相似比进行模型箱的设计、管道材料的选取和重塑土的配制,研究不同工况下管道的受力特征。试验结果表明:整体上管道端部应力大于管中央应力,管轴向应力大于管环向应力。在中心加载下,管端应力值较管中央处大,前者增长速度更快,而后者增长速度较慢。在偏心荷载作用下,靠近荷载的管端应力最大,而管中央应力最小;尤其在偏载6 kPa作用下,管端下表面轴向应力达到595 kPa,而管中央处仅有64 kPa,管端受边界约束作用明显,管道呈弯曲变形。     

高速列车运行中火灾状态结构安全分析

为了分析高速列车火灾时在紧急制动以后运行的安全性,选取列车在隧道内运行的场景,通过FDS软件模拟得到火灾后车体内温度场,基于一维热传导理论得到车体结构的温度场分布,在车体结构材料本构中考虑高温对强度及刚度的弱化影响,通过ABAQUS计算列车在最大压缩载荷和拉伸载荷作用下的应力分布和垂向位移。通过分析得到车体大面积温度在500℃左右;最大压缩载荷下车体底架前部构件出现断裂失效,底架中间出现裂纹,中间的垂向位移在42～80 mm之间,最大拉伸载荷下车体损伤略小,车体未出现断裂,底架前部和中间的垂向位移在40～50 mm范围内;底架中间高温是导致断裂失效的最主要原因,在隔热设计中需要对此重点考虑。     

加载条件下多尺寸原水管道受力特征模型试验

为解决在施工过程中管线附近超载导致的爆管问题,分析堆载对不同管径原水管线受力变形的影响,基于模型试验研究管道的受力变形特征,并通过数值模拟计算对试验结果进行论证。结果表明:有限元计算结果与试验结果较吻合,管底整体应力值大于管腰处;在相同荷载作用下,随着管道直径的不断增大,管道所受的应力值越来越小;当荷载距离管轴线较远时,管道整体应力值变小;对比发现,随着加载值逐渐增大、管径逐渐变小,管体轴向应力值逐渐增大,且应力值增长速度较快。这主要是因为小管径的管道长细比较大,在土体中受约束较强,其所受到的应力值较大,容易产生破坏,实际施工时需要注意此类问题。     

倾滑断层对公路的致灾机理分析

在有限元分析的基础上,对正断层和逆断层环境下公路的致灾机理进行了研究.结果表明,断层的活动将引起公路结构的弯曲变形,使公路处于拉、压、剪的受力状态.其中,正断层活动引起公路弯曲变形的范围主要为上盘距裂缝70 m至下盘距裂缝30 m,纵向应力剧增的主要范围为上盘内距裂缝170 m至下盘内距裂缝130 m,路面的开裂位移约为22 cm;逆断层活动时,公路弯曲变形的范围为上盘内距裂缝80 m至下盘内距裂缝40 m,纵向应力剧增的主要范围是上盘内距裂缝170 m至下盘内距裂缝180 m,路面的开裂位移约为12cm.根据公路的变形和受力规律,将正断层和逆断层环境下公路的破坏模式概化为张拉破坏、剪切破坏、弯曲压坏和复合破坏几种类型.按载荷-结构的方法,将上、下盘范围内的公路结构当作受均匀荷载的半无限弹性地基粱,把倾滑活断层环境下公路结构的位移、转角、弯矩、剪力等简化为断层地表竖向位移量、地基系数、路面荷载、路基路面等效刚度的函数.进行了算例分析,计算结果表明,断层活动主要使裂缝带的公路承受较大的变形、弯矩和剪力,这种影响范围主要分布在断层裂缝的两侧各30 m内.     

火灾后圆钢管约束钢筋再生混凝土轴压短柱 力学性能分析

利用ABAQUS软件建立了火灾后圆钢管约束钢筋再生混凝土轴压短柱的非线性有限元模型,在确定混凝土和钢材的本构基础上,对其火灾后剩余承载力和轴压刚度进行了数值计算,并与已有相关试验数据进行比对分析。分析了升温时间、截面直径、材料强度、骨料取代率、含钢率和配筋率等参数对火灾后剩余承载力和轴压刚度的影响规律。结果表明:升温时间和截面直径是影响火灾后试件剩余承载力和轴压刚度的主要因素;提出了该类试件火灾后剩余承载力和轴压刚度的简化计算公式,可为工程实际应用提供参考。     

火灾下圆钢管约束钢筋混凝土短柱轴压性能分析

利用ABAQUS软件建立了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱非线性有限元模型,在确定混凝土和钢材的本构基础上,对其火灾下轴压性能进行了数值计算,并与已有相关试验数据进行了对比验证。分析了环境温度、混凝土强度、钢管屈服强度、截面尺寸、含钢率等参数对火灾下轴压性能的影响规律。结果表明:火灾下各试件核心混凝土纵向应力发展规律较为相似,且应力分布趋向均匀;环境温度对试件轴压刚度的影响大于极限承载力,材料强度对极限承载力的影响较大,增大钢管含钢率可一定程度提高试件轴压刚度;提出了火灾下此类试件极限承载力和轴压刚度的简化计算公式,可为工程实际应用提供参考。     

轴向约束钢柱温度应力影响因素研究

建筑结构多为超静定结构.火灾条件下,组成结构的各构件在受到不均匀温度作用时,构件内将会产生温度应力.温度应力增加了构件的作用荷载,并影响受火钢柱的稳定性,是导致约束钢柱屈服破坏的主要原因.根据文献分析,轴向约束钢柱的温度应力影响因素主要有轴向约束刚度、长细比、初应力水平和构件升温.采用试验方法研究各因素对约束钢柱温度应力的影响规律.在温度应力增长阶段,构件所产生的温度应力与构件的温度升高值之间为线性关系,温度越高,温度应力越大.温度应力随轴向约束刚度和长细比的增大而增大;初应力水平越高,温度应力值越小.初应力水平的大小不影响温度应力的增长,但决定构件何时进入塑性状态.     

火灾环境下具有弹性支座钢构件的稳定性能

根据弹性稳定理论原理研究了具有弹性支座钢结构构件在火灾环境下的静力特性问题 ,导出了高温下钢构件的静力稳定临界荷载和长度计算式 ,并讨论了温度、杆件的侧向弹簧刚度、杆长、保护层厚度等因素对杆件静力稳定临界荷载和长度的影响 ,分析表明 ,杆件的侧向弹簧刚度、杆长、保护层厚度对杆件的稳定承载力影响较大 ,并探讨了在实际工程中如何减小结构失稳的问题。     

Friction spark generation and incendivity of several metal alloys

When metal alloys are used as mechanical equipment or tools in explosive atmospheres, the occurrence and incendivity of mechanically generated sparks as ignition sources should be taken into consideration. The formation of mechanically generated sparks was investigated for seven metals, including Q235 steel, 304 stainless steel, TC4 titanium alloy, 6061 aluminum alloy, H62 bronze alloy, AMAK3 zinc alloy, and AZ31B magnesium alloy. The relationship between the physical-chemical properties and generation and incendivity of friction sparks was evaluated. For 6061 aluminum alloy, H62 bronze alloy, AMAK3 zinc alloy, and AZ31B magnesium alloy, no bright friction sparks were observed in the maximum friction velocity of 12 m/s and maximum surface pressure of 3.75 N/mm², because of low hardness, high thermal conductivity, low melting point, and the absence of carbon content. Ignition testing indicated that nano titanium dust layers with MIEL (minimum ignition energy of dust layer) of 1 mJ were not ignited by friction particles from the four metal alloys. However, bright particles were clearly observed for 304 stainless steel, Q235 steel, and TC4 titanium alloy. Friction sparks at the maximum power densities showed incendivity with micro titanium layers having an MIEL of 17.5–25 mJ but not with PMMA, corn starch, and wood dust having MIELs greater than 1 J. Two different particle burning behaviors with different fragmentation mechanisms during the friction process were determined, namely the micro explosion phenomenon for TC4 titanium alloy and particle burst for Q235 steel. Results indicate that the physical-chemical properties of friction metal rods are useful for preliminary evaluation of spark generation. Powder layers with known MIEL can be considered as indicator testing materials to evaluate spark incendivity.     

建筑钢结构中钢构件的防火性能与抗火设计研究

首先有针对性地对当前国内外建筑钢结构中钢构件的防火性能与抗火设计研究背景做了较系统分析,接着,通过有限元程序,对当前应用非常广泛的半刚接门式刚架建筑在火灾高温下的受力性能进行了整体结构非线性分析。计算结果表明：随着温度的升高,钢构件节点的刚度不断下降,当节点的刚度下降到不能约束与其连接的梁柱构件时,结构将发生突然坍塌性...     

铝质发动机罩的行人碰撞保护研究

应用HyperMesh建立发动机罩和行人头部的有限元模型,利用LS-DYNA有限元分析软件研究人的头部与钢质、铝质发动机罩相撞时的动态响应问题,并经试验验证。对头模撞击铝质发动机罩与钢质发动机罩作了比较,得出铝质发动机罩对行人头部具有更好保护效果的结论。对铝质发动机罩内、外板的厚度进行改进设计,得到综合轻量化、刚度及安全性3方面的要求都比较好的设计方案。最后对铝质发动机罩的内板结构进行拓扑优化设计,得到了在保证刚度的前提下减重效果最好、具有优异的行人碰撞保护性能的铝质发动机罩结构。     

桥式起重机结构可靠性失效准则与剩余寿命评估准则

针对确定可靠性失效准则和剩余寿命评估准则时,未与起重机结构实际相结合的特点,笔者将机电类特种设备钢结构系统的可靠性分析失效准则与结构剩余寿命评估准则有机的统一起来,以桥式起重机结构系统为研究对象,确定了桥式起重机钢结构系统的具体失效准则,即从静强度、疲劳强度、刚度、整体稳定性、局部稳定性以及最大失效路径长度等多方面进行评价。通过对桥式起重机起重量摄动引起刚度失效比重变化结果对比,验证了结果的正确性。该方法可为起重机可靠性与剩余寿命评估做好前期准备,为机电类特种设备安全评估方法提供一条新理论新思路。     

SFLA-Verhulst组合模型预测矿井瓦斯涌出量

针对矿井瓦斯涌出量的时变性、波动性、非线性以及不确定性等特征,提出了SFLA-Verhulst组合预测模型,用于对具有非线性动态特征的瓦斯涌出量进行预测。该模型通过蛙跳算法对Verhulst模型的背景值参数寻优,并引入一次指数平滑法对原始数据进行优化处理,建立了基于混合蛙跳算法的SFLA-Verhulst组合预测模型;结果使模型在原始数据不准确或存在误差干扰的情况下仍能进行精度较高的预测。将新模型应用于某矿瓦斯涌出量预测,并对模型的预测结果进行检验分析,结果表明:该模型在结合蛙跳算法的全局寻优特点后预测精度较传统的GM(1,1)模型有明显的提高,适用性更强。     

钢管混凝土格构式柱受力性能研究

为研究不同含钢率对钢管混凝土格构式柱受力性能的影响,对4个不同含钢率试件在单向水平荷载和水平循环荷载作用下进行了非线性有限元分析.结果表明:含钢率对钢管混凝土格构式柱的刚度影响比较显著.随着含钢率的增加,钢管混凝土格构式柱无论在弹性阶段还是在非线性强化阶段,其刚度均有所提高,承载能力和极限位移也同时提高.但是当含钢率增大到一定程度,再增加含钢率,钢管混凝土格构式柱的极限承载力和刚度提高的幅度反而会降低.延性性能和耗能性能增加的幅度也同时会降低.为提高结构的安全性和可靠性,实际工程钢管混凝土格构柱的设计过程中,要控制合理的含钢率.