作用于正倒锥结构上冰力物理模拟试验研究

利用新型非冻结可碎合成模型冰材料,进行了冰排对正倒锥体结构物作用的物理模型试验研究;试验中测量了作用于锥体结构物上的冰力,并观察记录了冰排作用于结构物的破坏过程。综合分析试验结果,发现冰速的变化对冰力没影响。而随锥角、水线直径的增加以及冰排弯曲断裂模式由下弯变为上弯,作用于锥体结构物的冰力显著增加。试验得到的总冰力结果与Croasdale和Ralston的理论预测结果符合较好。     

冰激振动下六腿导管架平台的动力响应

为了研究冰力对平台的破坏效应,建立平台的动冰力模型是必要的.简要分析挤压、弯曲和屈曲冰力对平台的破坏效应,确定冰力破坏的主要形式;基于海域现场观测数据,运用公式推导平台受静冰力、海风、海流等环境载荷的作用;采用ANSYS软件对平台建模,根据模型计算六腿导管架平台受冰力遮蔽效应的影响,对平台进行模拟实验.通过模拟,得到了平台在冰激振动下结构的运动情况,为冰与结构相互振动理论提供了理论依据.     

渤海导管架平台桩腿及其隔水导管群上的冰力

针对渤海ＳＺ３６－１油田井口导管架平台的桩腱及其隔水导管群在设计冰况条件下所受冰力进行冰力模型试验，试验表明，由冰的阻塞的堆积引起冰排的组合型式破坏，测得的各种情况下的冰力值均小于原设计冰力，试验遵守模型相似律，试验方案、测量技术及数据分析达到工程要求标准，结果通过技术鉴定和验收，设计部门据此修改原设计冰力的取值，为平台重新送交国际标准检验部门检验提供依据。     

窄锥结构冰力分析

为了满足窄锥结构动冰力函数构造的需要,提出了一个新的锥体结构冰力计算公式,公式由体现锥角效应、接触宽度效应和冰断裂长度效应三参数表达,它能够合理地反映冰力幅值与作用周期的相关关系。算例结果与几个有影响力的经验公式和理论公式的比较显示,新公式能更好地模拟结构的实际冰力。     

寒区海上风电基础锥体动冰荷载

为了明确有冰海域加锥风电基础结构的动冰荷载模型,通过寒区风电基础锥体结构现场观测得到的海冰破碎特征数据,研究了随机动冰荷载模型在风电基础结构上的适用性;基于现场观测数据发现冰力周期和冰力幅值均服从正态分布。通过对海上风电结构及油气平台等不同尺寸锥体上测量数据的分析,建立了平均冰力周期和冰厚、冰速参数之间的关系式,对比实测周期,两者基本吻合。同时确立了平均冰力幅值与极值静冰力之间的关系,建立了锥体随机动冰荷载模型。结合此风电基础现场实测的海冰数据,模拟动冰荷载并施加到有限元模型中,对比数值分析结果与实测的结构响应加速度,结果表明两者在时域和频域上均吻合较好。可见构建的随机动冰荷载模型能够用于分析加锥风电结构抗冰性能。     

钢管桩防腐护甲的冰磨蚀试验

在处于飞溅区的钢管桩上安装防腐护甲是避免其腐蚀破坏的有效方法.开展室内模型试验对防腐护甲上的冰磨蚀作用进行了研究.试验中首先进行冰速扫描,测试不同冰速下防腐护甲的受力和变形,冰速范围涵盖了冰排在桩前发生延性破坏、交替延性-脆性破坏直至脆性破坏时的特征冰速.试验结果发现防腐护甲上的最大冰力和变形出现在冰排发生交替延性-脆性破坏时,对应的冰速为150,mm/s.而后在此冰速下进行了防腐护甲的冰磨蚀试验.在试验中观察到防腐护甲上冰磨蚀效果明显,并且冰排对防腐护甲存在2种磨蚀作用模式,即冰排正面接触造成的浅层磨蚀和冰排边缘作用下的啃蚀效应.试验结果发现浅层磨蚀造成的划痕影响冰力明显,而啃蚀效应造成的凹痕控制累积磨蚀的增长水平.     

作用在引航导堤堤头冰力的模型试验研究

以现场实际工况及观测数据为依据,以确定某水利枢纽关键迎冰部位引航导堤堤头冰荷载问题为目的, 设计并进行了缩尺的冰模拟试验．对试验数据诸如冰速对冰力的影响、冰排作用于垂直面堤头时各向分力的关系比、垂直面与45°斜面冰力关系比以及作用于45°斜面时其水平与垂直冰力的关系比等进行了分析,并得到初步结论．通过将现有冰荷载公式的计算结果与模型试验结果比较,对运用公式确定冰荷载提出了看法与建议．     

淡水冰三轴压缩力学特性试验研究

为了能够充分认识三向受力状态下冰体的力学特性,采用TDW-200低温三轴试验机,并在4组温度、7组围压和5组应变速率条件下,对3种不同尺寸淡水柱状冰样进行单轴和常规三轴压缩强度试验,加载方向垂直于冰的晶轴方向.结果表明,在恒定应变速率和较低温度下,当围压在6MPa以内时,柱状冰试样以劈裂破坏为主,当围压大于6MPa时,试样由劈裂破坏向剪切破坏过渡;在试验温度范围内,围压对柱状冰试样强度的影响远高于温度的影响;柱状冰强度、弹模和泊松比均与应变速率呈良好的正线性相关,且应变速率增大使柱状冰由流塑破坏向脆性破坏迁移;柱状冰强度、变形和破坏模式受试样尺寸影响明显,当试样截面尺寸相同时,高径比越大残余强度和偏应力-应变曲线的曲率越小,对应强度、弹模却越大,当高径比相同时,残余强度、偏应力-应变曲线曲率、强度和弹模均随截面尺寸的减小而增大;提出一种新的改进Duncan-Chang模型,并利用实测柱状冰应力-应变曲线对新模型进行验证,取得良好效果.     

冰激柔性直立桩结构振动的模型试验

冰激直立结构振动问题已在世界范围内得到了广泛的研究，但目前的研究成果与实际工程的应用要求还相去甚远．为探索冰激振动进程的控制机理，进行了低冰速、中冰速和高冰速下的动冰力模型试验．试验发现，冰激直立桩结构稳态振动过程中的控制机理是冰与结构的相互作用，而冰以间歇性延一脆压碎模式发生破坏是相互作用进程中的重要特征．基于这一现象，提出了一个直接反映冰与结构相互作用水平的参数——相互作用系数．结果表明，当该系数处于20-45时，结构在冰力作用下会发生剧烈的响应．     

幂硬化对疲劳弹塑性弯曲裂纹塑性区的影响

利用二阶摄动方法计算硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的塑性区尺寸的最大值和和变化幅值.作图分析弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值、变化幅值与材料硬化指数之间的变化关系.在幂硬化材料中,弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值和变化幅值随材料硬化指数n的增大而减少,当n等速均匀增加时,弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值和变化幅值加速减少,减少的幅度越来越大.当材料的硬化指数相同时,弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值和变化幅值随疲劳载荷的不断减小而逐渐减小.     

新型高强混凝土组合剪力墙受剪性能研究

为了提高高强混凝土剪力墙的延性和耗能能力,同时不削弱墙体的刚度和承载力,提出了双钢板高强混凝土组合剪力墙．利用Abaqus有限元分析软件,建立了无暗柱型与方钢管暗柱型两种双钢板高强混凝土组合剪力墙模型,分析了高宽比和轴压比对这两种组合剪力墙承载力和延性的影响,并对外侧钢板与混凝土的相互作用进行了分析．结果表明：随着高宽比的减小,这两种组合剪力墙承载力和弹性阶段刚度明显提高,破坏形态也由弯曲破坏向剪切破坏过渡．随着轴压比增大,无暗柱型组合剪力墙承载力下降,延性降低;方钢管暗柱型组合剪力墙承载力和刚度变化不大,延性呈下降趋势．设置方钢管暗柱可以加强对墙肢的约束,有效提高双钢板高强混凝土组合剪力墙的承载力和延性．     

抗冰导管架平台结构动力安全评估

基于现场冰激振动监测资料，论述了抗冰导管架平台进行动力失效评估的必要性，分析了在动冰荷载作用下抗冰导管架平台的动力失效模式，指出动力失效模式主要包括振动失效模式和疲劳失效模式，并介绍了基于现场实测冰力数据建立的直立结构冰力谱的计算方法．作为应用实例，利用ANSYS软件建立了Jz9—3GCP平台的有限元模型，分析了其结构特性，并对其进行动力结构安全评估． 此方法对于抗冰平台的设计和安全评估具有一定的借鉴意义．     

钢管混凝土格构短柱轴力弯矩相关曲线的试验研究

进行了13根以偏心率为参数的钢管混凝土格构短柱试验,其中11根为偏心受压,2根为偏心受拉.试验结果表明,腹杆受力较小,处于弹性阶段,试件按柱肢破坏形式可分为压坏型和拉坏型.对于偏压试件而言,当偏心率小于界限偏心率时,为压坏型;大于界限偏心率时,为拉坏型.对于偏心受拉试件而言,均为拉坏型.继而对我国主要的钢管混凝土结构设计规范的有关计算方法进行了分析,提出了综合不同规程、更为精确的钢管混凝土格构短柱轴力弯矩相关方程.     

泡沫铝夹芯梁结构的高温3点弯曲力学性能研究

实验研究了泡沫铝夹芯梁结构在不同温度下的3点弯曲力学性能.通过引入Gibson模型构建夹芯梁架构在3点弯曲作用下的失效模式图,并将失效模式图扩展到高温情况下,得到泡沫铝夹芯梁的初始失效模式图随温度的变化趋势.结果发现,其他因素不变,随着温度的升高,夹芯梁结构更容易发生面板屈服失效模式,芯层剪切模式涉及的范围被大大压缩.根据修正的Gibson模型预测的夹芯梁结构的极限载荷和实验结果所得极限载荷比较发现,芯层剪切模式分析结果和实验数据很好地吻合,说明泡沫铝夹芯梁的最终失效破坏主要是由于芯层剪切引起的.     

轴力作用下的约束钢柱受火性能参数分析

利用经过试验验证的有限元模型对轴力作用下约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析.分析结果包括各参数对钢柱轴力-温度关系曲线、钢柱跨中弯矩-温度关系曲线、约束钢柱破坏温度、无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差、约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差的影响等.参数分析表明:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;轴向约束减小约束钢柱的破坏温度,但是存在一个临界轴向约束刚度比,当大于该临界比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的破坏温度影响很小.     

三体船波浪载荷与片体布局优化

由于三体船片体与主体的相互干扰,不同片体布局将对三体船受到的波浪载荷产生显著的影响.利用比二维切片理论更加合适的三维势流理论,并结合格林函数法,求得在不同航速、浪向角以及不同的片体纵横向布局时特定船体剖面上的波浪载荷响应,包括波浪垂向弯矩和剪力.用波谱分析法对计算结果进行比较,得到了三体船在不同航速、不同片体布局下波浪载荷的分布规律,以及三体船所受波浪载荷较小的片体布局.     

落锤冲击作用下钢筋混凝土梁的动态响应

为研究钢筋混凝土梁在不同冲击速度下的动态变形规律,利用落锤冲击试验装置和二维数字图像相关系统,对12根钢筋混凝土梁的冲击力时程、平均跨中位移变化过程、跨中钢筋的平均应变时程以及裂缝的形成与扩展过程进行分析,重点讨论了梁的变形破坏模式及动态响应过程。研究发现：不同于静态三点弯曲试验的弯曲型破坏,钢筋混凝土梁的动态破坏形态主要表现为弯剪型破坏;冲击力峰值明显大于静态加载的承载力峰值,在恒定冲击质量的条件下与冲击高度正相关;钢筋混凝土梁的位移响应过程明显滞后于冲击力的响应时程,挠曲变形所持续的时长约为冲击力作用时长的40~60倍,位移响应表现出明显的滞后性;钢筋是否进入屈服阶段以及维持时长显著影响梁的最大位移以及残余位移。     

含局部减薄弯管的塑性极限载荷分析

通过对有减薄缺陷弯管三维有限元模型的分析,研究了受内压弯矩联合作用时局部减薄缺陷与弯管塑性极限载荷的关系。局部减薄弯管的塑性极限载荷与减薄缺陷的形式有关,减薄的轴向尺寸、环向尺寸及深度对塑性极限载荷有不同的影响。弯矩与内压的比例对局部减薄弯管的塑性极限载荷也有影响。文中描述了局部减薄弯管的塑性极限载荷的变化规律及在不同情况下局部减薄弯管的失效模式.     

面内受弯玻璃板的承载及稳定性试验研究

面内受弯玻璃板的最大应力点通常出现在相对薄弱的边缘处,当缺少足够的侧向支承时,会发生整体失稳而破坏。该文在面内受弯玻璃板极限承载试验基础上,分析了这种构件的破坏过程,分析了跨高比对面内受弯玻璃板静力承载性能的影响和玻璃板的稳定问题,得到了结构的屈曲后荷载位移曲线。结果表明,面内受弯玻璃板会发生极值点失稳,其破坏由屈曲荷载控制,屈曲荷载的大小随着玻璃板高跨比的增加而呈线性增大。计算所得屈曲荷载小于试验测值。该结果为考虑稳定问题的面内受弯玻璃板极限承载力设计提供了依据。