基于MIDAS模拟的碳纤维混凝土井盖受力性能分析

以碳纤维替代钢筋研发碳纤维混凝土井盖,旨在改善混凝土井盖的力学性能和耐久性能.试验研究了用于碳纤维混凝土井盖的混凝土配合比,分析确定了碳纤维的掺入量,利用MIDAS模拟了碳纤维混凝土井盖在车辆荷载作用下的受力性能.研究结果可为碳纤维在混凝土井盖中的应用提供理论依据.     

配筋超高性能混凝土井盖试验及现场使用性能测试

对7个井字肋和1个十字肋的配筋超高性能混凝土（UHPC）井盖进行承载能力试验和有限元分析,试验参数为井盖结构形式和钢纤维掺量. 试验结果表明,井字肋UHPC井盖的极限承载力、 结构刚度和延性均优于十字肋UHPC井盖;井字肋UHPC井盖可满足钢纤维混凝土检查井盖对C250级井盖的强度要求. 其次,对井字肋UHPC井盖在重交通等级作用下开展现场使用性能测试,表明UHPC井盖在使用过程中产生噪音和跳动均较小,具有良好的抗振动和抗车辆冲击性能;其最大裂缝宽度不超过0.2mm,符合钢纤维混凝土检查井盖的规定.     

PBL加劲型矩形钢管混凝土不等宽T型节点受拉性能

PBL加劲肋兼有加劲肋和剪力连接件的双重优势,T型节点主管采用PBL加劲型矩形钢管混凝土是一种新型钢-混组合结构,探明其破坏模式和承载力水平具有重要意义。基于矩形钢管混凝土T型节点受拉试验,设计了主管为PBL加劲型矩形钢管混凝土,支管为方钢管的不等宽T型节点受拉试件,其中,主管钢管宽厚比为27、支主管宽度比为0.4;通过非线性有限元数值模拟,从破坏模式、节点承载力、抗拉刚度及应力分布等方面分析PBL加劲肋对矩形钢管混凝土不等宽T型节点受拉力学性能的影响。研究结果表明:PBL加劲肋兼有加劲肋和剪力连接件的双重作用,可有效限制顶板被掀起,提高节点顶板面外抗弯承载力和抵抗局部变形的能力;能够明显改善不等宽T型节点的抗拉性能和抗疲劳性能,显著提高节点的抗拉刚度和节点承载力。     

UHPC华夫桥面板抗弯性能试验及有限元分析

为研究超高性能混凝土(UHPC)华夫桥面板的横桥向抗弯性能,首先开展了4个横肋的足尺条带模型抗弯性能静力试验;然后采用ABAQUS有限元软件建立了试件非线性有限元模型,模型中考虑了材料非线性和几何非线性,其中对UHPC考虑了混凝土损伤塑性模型等,并利用该有限元模型模拟试验全过程;最后通过有限元参数分析明确主要设计参数对UHPC华夫桥面板横向抗弯性能的影响规律,包括横肋纵向配筋率(钢筋直径)、横肋高度、顶板高度以及横肋间距等。研究结果表明:正弯矩作用下试件的受弯破坏过程包含线弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段;华夫桥面板横肋底面出现横向裂缝导致结构刚度第1次下降,随着裂缝的发展,截面内力重分布使得底部纵筋应力持续增大直至屈服,导致刚度出现第2次下降,裂缝进一步向上开展逼近翼缘板顶部,由于受拉区充分发展导致顶板纵筋受拉屈服,刚度出现第3次下降,结构刚度严重衰减,试件承载力接近极限,趋于破坏;有限元计算结果与试验结果吻合良好;通过参数分析发现,增加纵筋配筋率(钢筋直径)对初裂荷载影响很小,但可有效限制裂缝的发展;增加肋高对初裂荷载有一定的提高作用,还可提高矮肋T梁的初始刚度、开裂后刚度以及极限承载力;增加顶板高度也可起到同样的效果,但肋高对初始刚度的提高效率是顶板的5.4倍;增加横肋间距可提高单根横肋的初始刚度、开裂后刚度以及极限承载力,但削弱了横向整体刚度。     

水平往复荷载作用下钢箱提篮拱弹塑性力学性能研究

目的 探究倾角、矢跨比及宽跨比三个参数对钢箱提篮拱在水平往复荷载作用下力学性能的影响,为钢提篮拱桥抗震设计提供理论基础。方法 通过改变参数,建立54个钢箱提篮拱有限元模型,在水平往复荷载作用下进行滞回分析,研究钢箱提篮拱水平力-位移滞回性能、极限承载力和拱顶横撑内力、变形在不同参数条件下的变化规律。结果 随着拱肋倾斜角度、宽跨比的增加或矢跨比的减小,结构初期刚度、极限承载能力均有较大提高,但横撑内力也随之增加,并会产生局部失稳破坏,影响结构的承载能力。结论 增加拱肋倾斜角度对钢箱提篮拱横向力学性能有较大改善,但在设计时应注意横撑内力增加带来的不利影响。     

基于实桥测试的大跨度混合梁斜拉桥钢混结合段受力性能分析

为了研究大跨斜拉桥主梁无格室后承压板式钢混结合段的受力性能,并检验其纵向应力传递的可靠性,以大跨度混合梁斜拉桥(江顺大桥)为工程背景,通过实桥应变测试以及数值分析,研究其主梁的钢混结合段及相邻梁段在施工及运营过程中的应力分布情况。首先,对测试节段的钢板和混凝土的应变进行长期监测,获取钢混结合段、相邻钢箱梁加强段和预应力混凝土(PC)箱梁段的应力及分布规律,然后,采用ANSYS软件建立测试节段的局部三维精细有限元模型进行了数值分析,最后,将得到的有限元分析结果与实测数据进行对比。研究结果表明:钢混结合段及其相邻梁段在全测试过程中压应力水平都较低,其中最大钢板应力为-159.4 MPa,最大混凝土应力为-15.8 MPa,测试节段结构受力性能良好,不仅可以有效控制施工应力,而且在运营阶段仍能保持在原有的设计要求范围内。钢箱梁加强段上部各构件中上T肋的压应力水平最大,下部各构件中下U肋的压应力水平大于底板和下T肋,钢箱梁加强段的T肋和U肋可以有效地传递纵向应力,使桥梁刚度过渡平稳,协同受力情况良好。钢板应力与混凝土应力的有限元计算结果与实测结果基本吻合,且应力分布规律基本一致,表明钢混结合段局部有限元建模及边界条件合理,可以较为准确地模拟实桥钢混结合段的受力状态。     

三向网格混凝土锥面密肋网壳的静力性能分析

混凝土锥面密肋网壳是由三角形密肋平板空间交汇形成的大跨度伞状结构。为了解三向网格锥面密肋网壳在竖向荷载作用下的变形和内力分布规律,采用有限元数值模拟方法,并考虑矢跨比及边梁、脊线、密肋梁和屋面板等构件刚度影响进行静力计算。结果表明:结构变形主要集中在三角形密肋平板的重心附近,脊线是屋盖的主传力结构;边梁对密肋平板的约束作用有限,加大边梁刚度不会根本改变传力途径,边梁截面高度可按较小的高跨比确定;过大的矢跨比会加大密肋平板沿结构跨度方向的实际边长,矢跨比不宜大于1/4;脊线成拱后刚度较大,提高脊线刚度对改善结构受力性质意义不大;密肋梁刚度加大将影响自身内力,截面高度可采用结构的1/100～1/75;屋面板对结构内力改善有限,不建议采用过厚的屋面板。     

注孔保温砌体抗震性能初步试验研究

针对烧结注孔保温砌块这一新型材料砌筑而成的砌体在实际工程中的受力状态进行试验研究.在静力性能试验满足砌体结构受力性能的前提下,采用竖向和水平荷载共同加载的方式,研究该砌体在地震作用下的受力性能,重点研究其破坏规律及改进措施.结果表明该新型砌体抗震抗剪承载力和抗侧移刚度均低于规范要求的标准值,抗震性能较差,脆性明显且很容易失去竖向承载力,需要在肋宽、肋间距、肋数目及构造柱约束等方面采取措施,进行详细分析研究,以提高其抗震性能.     

竖向槽钢加劲带缝钢板剪力墙力学性能分析

针对带缝钢板剪力墙开设竖缝后墙板平面外凸和刚度下降的问题,提出了一种设置槽钢加劲的带缝钢板剪力墙。采用ABAQUS软件模拟单侧设置两道竖向槽钢加劲带缝钢板剪力墙。通过改变槽钢加劲肋高、肋宽和肋厚,设置若干对照组。从滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线3个方面对其力学性能进行了分析。研究结果表明:槽钢加劲肋高的增加对3个方面参数影响不大。随着槽钢加劲肋宽和肋厚的增加,试件滞回曲线越来越饱满,峰值荷载最大增幅为4.60%,刚度变化最大为71.13%。槽钢加劲肋宽、肋厚的增加有效约束了墙板平面外屈曲,同时结构的耗能能力、承载力和整体稳定性也得到了提升。     

PC宽浅腹T梁计算方法与弯曲力学行为

针对预应力混凝土(PC)宽浅腹T梁设计和应用中存在的问题,建立了确定PC宽浅腹T梁截面基本特性的计算方法和20 m跨径PC宽浅腹T梁桥的工程模型。采用经试验验证的数值模拟方法对选定的PC宽浅腹T梁的弯曲力学行为开展研究,揭示PC宽浅腹T梁在不同设计参数下的力学响应与空心板的协同工作性能,以及不同日照角度作用下的变形受力机理,并获取其抗弯性能响应规律和日照作用下的温度效应反馈特点。研究结果表明:建立的计算方法能够对PC宽浅腹T梁截面的基本参数进行快速计算;提高钢筋强度可有效提升PC宽浅腹T梁在屈服阶段的抗弯刚度和抗弯承载力,但仅提高混凝土强度或仅提高张拉预应力对梁体的全过程抗弯刚度和抗弯承载力的影响较小;PC宽浅腹T梁具备与空心板梁协同工作的性能,可用于替换病害严重的空心板梁;在日照大温差作用下,PC宽浅腹T梁会在跨中产生较大的弯曲上挠,并对主梁接缝处产生较大的拉应力,须增强其横向连接刚度,推荐采用增设钢筋网来改善接缝处开裂问题;PC宽浅腹T梁腹板内的温差应力分布形式呈指数函数,腹板局部温度分布较PC高薄腹T梁更为均匀;提出的温差应力分布公式简洁方便,易于工程应用;提出的设计建议可为此类桥梁的全寿命建造与安全运营提供理论依据。     

装配式钢质耗能铰连接中开孔削弱钢板阻尼器滞回性能研究

提出一种装配式节点钢质耗能铰连接，对其关键部件开孔削弱钢板阻尼器，进行3种开孔削弱形式的试件轴向往复加载试验，考察开孔削弱钢板阻尼器的破坏模态，研究其滞回性能、骨架曲线、承载能力与延性性能等。探讨开孔削弱长度、开孔削弱宽度、宽厚比、厚度方向间隙等参数对钢板阻尼器滞回性能的影响。建立开孔削弱钢板阻尼器的简化力学模型，提出阻尼器滞回本构模型并对本构模型准确性进行验证。结果表明，阻尼器的开孔削弱钢板在开孔削弱处开裂或断裂，避免了面外屈曲的发生，实现塑性耗能与破坏模式可控；阻尼器滞回曲线饱满，承载力均高于297.31 kN，位移延性系数Δ/Δy均大于4.5，表现出良好的耗能能力、承载能力与延性性能；相比菱形开孔，竖缝开孔削弱阻尼器综合力学性能更优，建议开孔削弱长度a/L为0.25～0.55，开孔削弱宽度b/B为0.2～0.5，宽厚比为12.50～15.63，厚度方向间隙不超过2 mm；提出的开孔削弱钢板阻尼器滞回本构模型能准确地模拟阻尼器滞回性能。     

机械弹性车轮侧向刚度的影响因素分析

为深入研究机械弹性车轮侧向力学特性,基于理论及数值仿真的方法对车轮侧向刚度影响因素进行了分析.利用能量法建立了0轮单元侧向刚度理论模型,并得到影响车轮侧向刚度的主要因素.在简化机械弹性车轮结构的基础上,建立了车轮三维有限元模型,并验证了模型的有效性.针对不同垂向载荷、0轮几何结构参数以及橡胶层剪切模量,对机械弹性车轮进行了侧向刚度特性的仿真试验.计算结果表明:随着垂向载荷、橡胶层剪切模量的增大,车轮侧向刚度均增大;随着0轮断面高宽比的增大,车轮侧向刚度呈减小趋势.通过对车轮侧向刚度影响因素的理论及数值分析,可为优化车轮刚度特性及改进车轮结构等方面的研究提供参考.     

Insights into plastic deformation mechanisms of austenitic steels by coupling generalized stacking fault energy and semi-discrete variational Peierls-Nabarro model

The generalized stacking fault energy (GSFE) is a key parameter to determine the plastic deformation mechanisms of austenitic steels. However, the underlying physics why the GSFE can affect the plastic deformation behaviors remains unclear. In this paper, the plastic deformation mechanisms of austenitic steels with different carbon (C) additions were investigated by coupling the GSFE with the semi-discrete variational Peierls-Nabarro (P–N) model. The internal mechanisms behind the P–N stress and plastic deformation were explained at atomic scale. It is found that the positions and contents of C atoms affect the GSFE of austenite, and thus regulate plastic deformation behaviors of austenitic steels by influencing dislocation core structure. As exemplified that with 4 ​at.%C in austenite, the intrinsic stacking fault energy increases from −433 to −264 mJ/m², and the stacking fault width increases to 6.62b from 4.72b of FCC-Fe with b being the Burgers vector. This corresponds to the plastic deformation mechanism dominated by the ε martensitic transformation with the lattice changing from FCC to HCP. With increasing C contents to 8 ​at.%, the intrinsic stacking fault energy of austenite increases to −9.01 mJ/m², while the stacking fault width decreases to 6.03b. The plastic deformation tends to proceed via the mechanical twinning mode. The present investigation establishes a solid foundation for clarifying the plastic deformation mechanisms of austenitic steels from the perspective of the dislocation core structure.     

复合主拱圈加固石拱桥极限承载力参数研究

 研究了复合主拱圈加固石拱桥时极限承载力的受力特点。以一座在加固的等截面圆弧拱桥为例,考虑了加固结构二次受力的特点和新旧结构不同材料的力学性能,分析了其主要结构参数,如加固层高度、加固层宽度、加固层纵筋率和加固层箍筋率对加固后主拱圈承载力的影响。经过结构参数计算分析发现,当加固层高度为原拱圈0.25～0.50倍时,承载力增大值较明显;当加固层宽度超过原拱圈宽度的67%,承载力增大缓慢;加固层纵筋率超过1.162%,承载力增大值较小;增加加固层箍筋率对加固后拱桥的承载力影响较小。分析结果为复合主拱圈加固石拱桥设计提供了结构参数选取的建议,可为此类桥梁的设计提供有利的参考。     

基于Mohr-Coulomb准则隧道围岩-支护体系协同作用下支护强度分析

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;并运用FLAC3D数值模拟验证协同变形方程的合理性和有效性。结果表明:（1）围岩-支护结构体系协同变形方程能很好的反映围岩位移和塑性区半径随支护强度变化的关系,且相互关系是非线性的。（2）支护强度为0.75Mpa时,理论计算拱顶沉降为18.9mm、数值模拟拱顶沉降为21.6mm;支护强度为1.5Mpa时,理论计算拱顶沉降为11.2mm、数值模拟拱顶沉降为11.1mm,表明围岩-支护结构动态协同变形方程的有效性。（3）针对Ⅳ级围岩在采用超前支护和CRD工法施工时,建议支护强度设计为0.75-1.5Mpa、支护刚度设计为59.8-375.0KN/mm。     

胶合竹-混凝土组合梁销栓连接性能试验研究

采用植筋螺杆作为连接件,对6组胶合竹-混凝土组合试件进行剪切滑移试验,测得了荷载-滑移曲线、抗剪承载力和抗滑移刚度等基本力学指标,并对不同组合方式进行了分析和比较.研究结果表明:组合试件的主要破坏模式为GluBam在螺杆局部挤胀作用下的纵向开裂和螺杆在胶合竹梁内部产生显著的弯折变形;组合试件的抗剪切性能随着螺杆直径的增大而增强,但提高效应呈递减趋势,选用直径为18mm的螺杆作为连接件较为合理;提高螺杆强度等级对改善组合试件的抗剪切刚度和组合梁的组合效应没有实质性作用;在组合界面设置防水层,对胶合竹梁含水率的影响是暂时的,可以取消.     

预制裂纹盐岩单轴力学特性及能量机制试验

盐穴储气库在水溶造腔时会产生大量溶蚀裂纹,为研究裂纹对盐岩强度和变形等力学性能的影响,利用MTS-815岩石力学实验系统,对不同参数裂纹盐岩的力学特性进行试验研究,采用对数应变对试验结果进行修正,分析了不同参数裂纹对盐岩的强度和变形的影响,并基于能量耗散理论分析其损伤破坏过程中的能量特征.结果表明:不同倾角裂纹降低了试样的峰值强度值,但降低量的多少与裂纹倾角大小未呈现明显的线性关系;不同长度的预制裂纹对盐岩峰值强度有明显的弱化作用,裂纹越长,弱化作用越大.外力做功产生的总应变能U绝大部分转化为耗散能Ud,小部分累积为可释放的弹性应变能Ue,导致盐岩内部产生损伤和塑性变形.破坏过程总能耗、耗散能、弹性应变能等,能量与应变关系曲线表现出明显的阶段特征;盐岩单轴压缩呈现压密阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段等4个阶段.     

In-situ Mg77Cu12Zn5Y6 bulk metallic glass matrix composite with extraordinary plasticity

Mg base BMG alloys have attracted a great deal of attention for its low density and relative low cost. To date, BMG alloys with millimeter scale have been fab- ricated by using conventional copper cast and die cast method in Mg-Ni-Ce[1], Mg-Ni-La[2], Mg-C…     

新型灌浆套筒凸肋深度力学性能研究

良好灌浆套筒的力学性能是保证装配式结构整体性的关键。论文结合粘结滑移理论，通过对套筒凸肋深度轴向应力、各肋Mises应力、灌浆料第三主应力及套筒极限应力等参数的分析，着重研究新型灌浆套筒凸肋深度对其力学性能的影响。结果表明：套筒凸肋深度与其极限应力有着明显的对应关系，套筒凸肋深度增加，套筒极限应力逐渐增大；套筒凸肋深度与位移有着明显对应关系，套筒凸肋深度增加，其位移变化较缓，但总体位移相差不大；套筒凸肋深度与灌浆料第三主应力有明显关系，套筒在一定凸肋深度范围内，其内部凸肋深度的增加有利于提高灌浆套筒整体力学性能，当凸肋深度超过一定范围后，试件承载力有所下降。     

现浇混凝土空心楼盖几何参数对受力性能影响的分析

采用通用有限元软件ANSYS建立了现浇混凝土空心楼盖的有限元分析模型,对空心楼盖的变形特征、内力分布规律以及影响现浇混凝土空心楼盖内力和变形的肋宽、板厚等因素进行了分析,研究了各楼盖构造参数对现浇混凝土空心楼盖受力性能的影响规律.研究结果表明,楼板的最大主应力随着肋宽的增加有所降低,楼板的抗弯刚度随着板厚的增加有所提高,考虑到构造要求,必须合理选取空心楼盖的肋宽和板厚.