网架结构的优化设计及极限分析

本文编制了网架结构优化设计和极限分析的计算程序．并对网架结构进行了分析。通过实例．将结构的优化设计和极限分析有机地结合起来，从而提高了网架结构的极限承载能力。     

盾构隧道纵缝接头极限状态试验研究

纵缝接头对盾构隧道衬砌结构的变形和内力起控制作用,且不同受力状态下的盾构隧道接头的力学性能差异较大。基于1:1的纵缝接头正、负弯矩荷载试验,通过加载接头至极限破坏,获得了纵缝接头在轴力和弯矩共同作用下的接缝张开、接头挠度、螺栓和管片混凝土的应变。根据连接螺栓、密封垫和管片混凝土的工作状态,确定了纵缝接头的使用状态极限;根据接头最终破坏的变形和承载状态,确定了纵缝接头的承载能力极限。最后,在对比试验结果与设计结果的基础上,研究了现行安全系数设计方法的安全储备。     

Q420钢U肋加劲板轴压承载性能试验研究

对4个缩尺比1∶2的Q420钢U肋加劲板进行轴压承载性能试验,分析U肋加劲板极限承载力、破坏形式以及破坏机理。结果表明：4个U肋加劲板极限承载力均达到全截面屈服承载力;受压U肋加劲板的破坏形式分为局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲破坏3种;极限状态下,受压U肋加劲板在达到极限承载力前发生局部屈曲,最后发生整体屈曲导致板件破坏;通过板件柔度确定的最易发生屈曲的板件位置与实际破坏位置基本一致,说明板件柔度能够预测U肋加劲板在极限状态下的破坏位置。     

空间网架结构极限载荷的有限元法追踪分析

针对实际工程问题采用非线性有限元法，对空间网架结构进行跟踪分析，以确定网架的极限承载力。方法简单、可靠，在精度上能满足工程要求。     

芯材拼接对天线罩夹芯板力学性能的影响

为考查芯材拼接对舰船复合材料天线罩夹芯板力学性能的影响,设计系列试验对比研究芯材拼接对夹芯板的极限承载能力、复杂稳定性和破坏模型的影响.结果发现:芯材拼接主要影响结构的破坏模式和破坏载荷;极限承载试验中芯材拼接易诱发分层破坏,进而导致蒙皮拉伸断裂,且使承载极限降低11.5%;复杂稳定性试验的主要破坏模式为贯穿型和局部型蒙皮压缩破坏,芯材拼接对破坏模式的影响表现为破坏位置的差异,且复杂屈曲载荷降低28.6%;工艺的复杂化使夹芯板力学性能的离散性升高.     

开口薄壁杆件的塑性极限承载力研究

为了研究开口薄壁杆件的塑性极限承载力,采用空间杆件广义屈服准则定义单元承载比、结构的承载比均匀度及基准承载比的概念和计算表达式,据此建立了弹性模量调整的计算公式,进而提出了薄壁杆件结构的极限承载力分析的弹性模量缩减法。算例结果表明,弹性模量缩减法具有良好的计算精度和计算效率。算例分析表明,工字形薄壁杆受偏心荷载作用时,对结构破坏影响最大的内力是弯矩,其次是扭矩;工字型薄壁杆的极限承载力随翼板厚度或腹板厚度的增加而提高,且对前者的变化更敏感。     

大型铸钢节点极限荷载及破坏机理分析

结合成都某工程管桁架屋盖的大型铸钢节点,运用有限元技术采用线性强化弹塑性本构模型对铸钢节点进行极限状态分析。结果表明,铸钢节点在极限荷载下会产生很大的累积塑性应变;且随着塑性区的开展,节点应力极值位置与弹性阶段不同。在铸钢节点极限承载机理研究中,首次提出了采用速率型张量的大应变几何非线性问题;给出了铸钢节点破坏失效的判别标准;并指明铸钢节点设计必需进行极限状态分析才能确定其最薄弱位置,为正确认识铸钢节点的破坏形式、破坏机理以及铸钢节点设计提供依据。     

盾构隧道管片结构承载能力评估方法研究

承载性能是盾构隧道管片衬砌结构重要的力学特性之一，其准确评估是保障结构受力安全的关键，然而目前尚无成熟的评价方法。首先基于管片衬砌结构中管片和管片接头的受力及变形特征，建立了基于管片承载力和管片接头承载力的管片衬砌结构承载性能评估方法，提出了管片衬砌结构承载性能评估指标，然后分别开展了单环和组合环管片衬砌结构破坏加载原型试验对所提出的方法进行检验，最后结合现场实测对实际工程中管片衬砌结构的承载状态进行了定量评估和分析。研究结果表明：单环结构破坏试验中，管片接头破坏现象更为明显，其先于管片达到抗弯承载力极限值，组合环结构破坏试验中，管片破坏现象更为明显，其先于管片接头达到抗弯承载力极限值；单环和组合环管片结构试验中，结构破坏与理论计算方法中管片或接头达到承载力极限的荷载一致，表明所提出的结构承载状态评估方法是合理的；所选取监测断面管片结构中管片和接头的承载安全系数分别为4.27和4.86，可见其承载状态良好。该研究方法和结论可为类似盾构隧道管片结构承载安全评估提供重要支撑。     

含面芯脱粘缺陷复合材料夹芯梁屈曲失效研究

为研究面芯脱粘缺陷对复合材料夹层结构屈曲特性的影响,对含贯穿矩形面芯脱粘缺陷的复合材料夹芯梁进行了试验和仿真研究.轴向压缩试验发现:试件破坏模式为混合屈曲失效,承载过程可划分为轴向压缩、局部屈曲、混合屈曲和坍塌失效四个阶段.在试验基础上,基于Abaqus非线性弧长算法,对复合材料夹芯梁的极限载荷及后屈曲路径进行模拟.采用三维内聚力单元模拟预制脱粘缺陷,从破坏模式和极限载荷两个方面与试验结果进行对比,误差为6.51%,验证了数值计算方法的可靠性.有限元分析发现:随芯层模量增加,极限荷载先非线性增长后线性增长;当缺陷因子为0.052时,极限荷载为完整结构的80%,为确保结构的承载特性,应在缺陷因子达到0.05前及时进行脱粘区域修补.     

扭矩与外压联合作用下海底管道的屈曲研究

针对海底管道在铺设和服役期间受到扭矩与外压联合作用发生屈曲的问题,进行缩比尺管道实验和有限元建模分析,对管道的变形和压溃规律进行研究．以缩尺比管道实验为基础,利用ABAQUS有限元软件,对实验管件在扭矩与外压联合作用下的压溃破坏进行模拟,并与实验结果进行对比,验证模型的可靠性．基于有限元分析,研究了扭矩和外压联合作用下管道的截面变形和承载极限．研究结果表明,管道受扭矩作用时,管道截面椭圆度与扭矩是近似指数相关,扭矩较小时,截面无明显变形;当扭矩接近扭矩承载极限时,椭圆度剧增.管道受扭矩和外压联合作用时外压对管道变形影响更大,管道的破坏以压溃屈曲为主,截面为“哑铃状”．管道椭圆度缺陷越大,外压承载极限越小;管道承受的扭矩载荷越大外压承载极限越小;得到了扭矩与外压承载极限的无量纲关系曲线,此关系不受椭圆度影响,扭矩越大外压承载极限的下降速率越大;建议海底管道设计扭矩不超过扭矩承载极限值的70%,以提升管道在扭矩与外压联合作用下的安全性．P-T路径比T-P路径更危险,载荷路径引起的管道承载极限差异在10%以内,椭圆度会降低载荷路径的影响差异．     

有初应力的钢管混凝土轴压柱设计计算方法研究

应用有限元计算方法,对有初应力的钢管混凝土轴压柱容许应力法和极限状态法中所对应的弹性极限荷载和塑性或稳定极限荷载进行了数值计算分析.分析表明,一般情况下钢管与管内混凝土不可能同时达到容许应力.传统的容许应力法计算的弹性极限荷载连两种材料的弹性极限荷载的简单叠加都无法达到,更不用说组合作用使承载力提高的部分了,因此,它存在着明显的不合理之处.建议定义钢管混凝土轴压构件弹性极限荷载为钢管的最大应力达到屈服应力时所对应的荷载.初应力的存在使构件弹性极限承载力下降明显,而对塑性或稳定极限荷载的影响相对不大.初应力度越大,构件弹性极限承载力与其塑性或稳定极限承载力的比值越小,以弹性极限荷载为控制的容许应力法计算结果越保守.对于钢管混凝土拱桥,其初应力度一般较大,设计计算建议采用极限状态法.     

冲击荷载下角焊缝动态强度试验研究

对焊喉处受拉和受剪两种受力状态的角焊缝连接件进行动态拉伸试验,研究冲击荷载作用下受力状态对角焊缝破坏形态、断面角度、极限强度的影响规律.并通过与静态力学性能比较发现,动态冲击荷载作用下,角焊缝受拉和受剪极限强度均明显提高,即动态应变率效应显著;受拉角焊缝的破坏面角度均为45°,与静力试验结果(90°左右)有显著差异.角焊缝受拉下的应变率效应比受剪时明显,且角焊缝动态极限强度增大系数随应变率的影响规律与以往文献试验结果一致.     

极限载荷下风力发电机轮毂损伤分析

针对传统风力发电机轮毂服役载荷环境的不确定性和多样性,在极限载荷下进行风力发电机轮毂损伤研究和结构优化.首先,按叶片坐标系对轮毂模型施加极限载荷,得到轮毂应力云图,求解轮毂在极限工况下的强度;然后,结合S-N曲线和Miner累积损伤准则对轮毂等效应力进行平均应力修正,求解轮毂表面的损伤变化规律;最后,对轮毂结构进行结构拓扑优化,并对优化后的轮毂进行重新建模和静强度分析.结果表明:结构优化后轮毂质量减少9.2%,满足强度要求,为后续轮毂结构优化提供理论基础.     

变薄拉深工艺极限变形率的研究

本文分析了变薄拉深中材料的应力状态，并采用上限法导出了筒壁拉应力解析式，提出了一种新的极限变形率。该极限变形率除考虑传统的拉应力极限之外，还应使凹模出口段处于压应力状态，以保证工件的几何尺寸精度。     

既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态可靠度分析

分析了既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态可靠度分析的特点;研究和讨论了模糊失效界限和荷载等级提高对既有桥梁正常使用极限状态可靠度影响;以钢筋混凝土最大裂缝宽度作为构件正常使用状态的分析对象,建立了混凝土构件在正常使用状态下的极限状态方程,并根据一座实际桥梁的检测资料进行了可靠度计算,讨论了正常使用情况下各个因素对混凝土构件可靠指标的影响.     

钢框架梁抗火承载力的有限元分析

为深入了解火灾下钢框架梁的破坏模式和各种因素对其抗火承栽力的影响，采用有限元法对工字形钢框架梁在不同荷载、不同约束下的极限承载力进行了理论计算，同时时平面框架进行了热一结构耦合计算．结果表明：钢框架中工字钢梁在火灾下的破坏模式为下翼缘侧移失稳，初始几何缺陷时刚接工字钢梁和简支工字钢梁的极限温度影响很小；受火梁由于梁的变形产生悬链力，会抵消一部分温度应力，且刚接梁在粱端部产生的局部屈曲进一步削弱了温度应力的影响；荷载较大时刚接梁的极限温度和耐火时间比简支梁高，且荷载时刚接梁的极限温度和耐火时间影响较小，对简支梁影响较大；粱柱节点是钢框架抗火的薄弱环节，火灾发生后非受火构件的内力也会发生较大的变化．     

大跨度公铁斜拉桥的几何非线性效应

考虑几何非线性效应,计算大跨度公铁斜拉桥承载能力和正常使用极限状态下的结构变形和内力. 采用分步迭代调索方法计算成桥索力,建立迭代修正Ernst公式,在索力计算和结构内力计算中考虑垂度效应, 研究拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应对斜拉桥极限状态时内力的影响. 研究结果表明,几何非线性对大跨度公铁斜拉桥的内力影响比较显著,线性计算结果与非线性计算结果相比偏不安全,在公铁斜拉桥结构设计中,必须计入几何非线性的影响. 各种非线性因素中斜拉索的垂度效应最为显著,其影响效应随外荷载的增大而变大.     

钢纤维高强混凝土井壁极限承载力数值计算

我国新建井筒所穿越的表土层越来越厚,急需提高井壁结构的强度,越来越多的井壁采用钢纤维高强混凝土。将影响该种井壁水平极限承载力的主要因素进行无量纲化,通过数值计算试验,发现了井壁水平极限承载力与影响因素之间的规律,归纳得到了计算公式。     

焊接工字钢梁腹板极限承载力的理论计算和试验

为了解焊接工字钢梁的承载力极限状态，采用有限元法对焊接工字钢梁腹板在剪力、弯矩、局部压力单独作用和联合作用下的极限承载力进行了计算，并进行了19根试件的试验研究．结果表明：高厚比较大的腹板具有很高的屈曲后强度，腹板的高厚比和横向加劲肋的间距是影响腹板抗剪极限承载力的主要因素；在腹板高厚比满足一定限值时，受弯腹板的屈曲对梁的抗弯极限承载力几乎没有影响；弯剪共同作用的腹板，当弯矩小于翼缘所能承受的弯矩时，弯矩对抗剪极限承载力的影响不大，破坏形式仍为腹板的剪切屈曲破坏．建议实际工程中利用腹板屈曲后强度时腹板高厚比限值为250，横向加劲肋的间距为(0．8～1．5)h0．