土工离心模型试验中动力破坏模拟能力分析

 针对土工离心模型试验中模型与原型在动力响应、动力破坏模拟方面的相似程度,研究了不同层次的相似比尺要求下模型结构材料的选择与设计方法;对所研制的4种不同桩径的抗滑桩缩尺模型,通过离心模型试验分析了缩尺模型在不同承载力条件下动力破坏模拟的规律及破坏特点。结果表明,小桩径抗滑桩在静力条件下因承载力不足而开裂,在动力作用下可导致桩底截面裂缝贯通;较大桩径抗滑桩在静力条件下稳定,但在动力作用下可发生开裂破坏;大桩径抗滑桩在静力和动力条件下均未发生开裂,表明其具有足够的静动抗弯能力,但在高水位时大桩径抗滑桩在动力作用下可发生断裂破坏。由于研制的缩尺模型严格满足原型的相似比尺要求,因此模型试验结果能够反映原型抗滑桩的破坏机理。     

结构动力模型试验的相似技巧

通过多年模型试验的实践与体会,提出了结构动力模型试验与动力模型破坏试验中保持模型与原型的相似的３种基本要求与处理技巧,同时指出对结构动力特性,弹性振动响应与破坏形态等试验目的不同,相似要求也有所差别。掌握这一技术,可以通过模型试验加深对结构动力特性和破坏形态的认识,获得更多有用的信息,特别对复杂的土工建筑物动力模型破坏试验的相似问题,提出了一些新的概念。     

水平受荷桩1g模型试验变形特性的相似分析

针对水平受荷桩在不同的长径比和桩土刚度比条件下可以表现出刚性桩、半刚性桩或柔性桩变形特性的特点,运用刚性桩和柔性桩的临界桩长计算公式,结合相似原理,推导了重力加速度为1g条件下缩尺模型桩与原型桩的临界桩长相似比,与几何相似比进行对比,评判模型桩和原型桩的变形特性,分析桩身材料模量相似比与几何相似比对模型桩和原型桩变形特性相似性的影响,并通过有限元方法进行数值模拟验证。研究结果表明:桩身材料模量是控制模型桩与原型桩满足变形特性相似的主要参数;直接采用原型桩材和原型土开展的模型试验与原型桩的变形特性不具有相似性,但通过选择模量相似比接近于几何相似比的模型桩材可以使得模型试验结果与原型相似。     

岸桥结构振动台-模型试验与原型对比的研究

基于振动台试验,研究缩尺模型与原型的相似关系以及如何由模型反应正确推导原型反应.对缩尺模型进行地震模拟试验,采用Abaqus分别对原型和试验模型进行有限元建模并进行地震响应分析.研究分析原型结构的计算值与由振动台-模型试验实测值按相似比尺推导出的原型地震响应值,通过原型与试验缩尺模型的频率、结构关键测点的加速度、位移、应力等的对比,验证了模型与原型相似关系的准确性.研究结果表明,振动台-模型试验可以真实地反映岸桥原型结构的地震响应,可为大型起重机结构缩尺模型的设计及后续的地震试验研究提供了参考.     

公路梁桥车桥耦合振动模型试验设计及校验

根据公路桥梁车桥耦合振动特性及结构动力模型试验的相似理论,基于π定理,采用量纲矩阵分析方法,推导了车桥耦合振动模型试验相似律.几何相似比尺取10,计算了车桥耦合振动缩尺模型试验系统的相似常数;以30 m简支梁桥和330 kN载重汽车为原型,设计制作了包含有机玻璃模型桥、试验小车及附属部分的车桥耦合振动模型试验系统.通过试验测试与理论分析对比,校验了模型桥、试验小车动力特性;以单车荷载按正常行车道位置行驶在光滑桥面为例,研究了模型桥的静态和动态响应,并将模型桥测试结果与Matlab数值模拟结果对比,校验了车桥耦合振动相似理论.研究结果表明:提出的车桥耦合振动缩尺模型试验相似律关系正确,设计制作的车桥耦合振动模型试验系统可行,模型桥基频误差为0.01%,模型试验车基频理论值与实测值相差3%,试验测试结果可靠.     

集装箱码头岸桥结构的动力相似分析与试验验证

基于动力相似理论,推导了集装箱码头岸边起重机（简称岸桥）原型结构和1∶50缩比模型的相似比例因子;利用锤击模态试验和地震振动台试验分别获取了1∶50缩比模型的动态特性和地震响应;同时,使用ANSYS软件对原型结构相应的动态行为也进行了系统地分析.研究结果表明,1∶50缩比模型能够准确地预测出其原型结构的动态特性和地震响应,并能为后续的研究提供一个可靠的试验模型.     

框架式抗滑桩的模型试验研究

通过室内物理模型试验研究框架式抗滑桩的受力特性及变形规律.运用相似理论,充分考虑几何相似、材料特性相似、荷载相似、载荷施加和边界条件相似并建立了试验相似关系,设计了框架式抗滑桩试验模型和试验装置.通过模型试验观察框架式抗滑桩从受荷到破坏的全过程,根据监测数据的动态变化分析框架式抗滑桩内力分布规律、土压力分布规律以及桩顶位移特征.试验结果表明：当滑坡推力达到一定值时,整个框架式抗滑桩与桩间土体组成一个受空间协同交互作用的框架整体,具有很好的等效连拱支挡作用和较好的刚度及稳定性,能有效抑制滑体的下滑位移,抗滑效果显著.     

一种海洋工程深水水池造流系统的小比尺模型试验

在深水水池开展模型试验时往往需要考虑海流的作用,然而精确地模拟海流是十分困难的,按照1∶50相似比提供了一种深水水池造流系统模型试验方法,包括原型与模型的物理量缩尺方法、水池模型的制作方法、动力段模型的制作方法、动力段模型的控制方法和流场品质测试方法;试验方法和试验结果对深水水池造流设计具有重要意义。     

土石坝动力离心模型试验颗粒流数值模拟

以长河坝离心模型试验为基础,开展颗粒流细观数值模拟研究,分析大坝在不同地震加速度和离心加速度下的动力响应(加速度和位移)和破坏模式,并对长河坝双向振动台模型试验进行了数值模拟分析.数值模拟结果表明:数值模拟规律与离心振动台试验规律基本一致,坝体的地震破坏模式为坝顶局部滑动破坏;同一高程坝坡位置的动力响应大于心墙位置;随...     

混凝土侵彻试验相似准则验证分析

提出了用混凝土侵彻模型试验代替原型试验的方法,建立并验证了混凝土侵彻试验的相似准则.基于相似理论,推导了包括材料、弹速、着角、几何关系等因素的混凝土侵彻试验相似准则.为了验证相似准则,进行了1发原型试验和7发模型试验.由于模型试验的弹速不够接近原型试验的弹速,在模型试验数据处理中引入了灰色系统理论,建立了最大侵彻深度灰色预估模型.通过模型试验相应弹速的灰色预估值与原型试验结果的相似对比及误差分析,说明模型试验能够满足要求.     

填芯与非填芯预应力混凝土管桩抗弯性能的比较

普通预应力混凝土管桩在水平地震作用下抗弯能力较差;试验结果表明,设置填芯混凝土可以大幅度提高其抗弯承载力和延性性能;通过实验,推导出填芯混凝土抗裂弯矩和抗弯承载力的计算公式,可为工程计算和设计提供一些参考。     

预应力高强混凝土矩形支护桩的受弯性能

针对预应力混凝土预制桩在基坑支护中的应用,开发新型的预应力高强混凝土矩形支护桩。通过9根矩形支护桩的受弯性能试验,研究了矩形支护桩的受弯破坏特征、裂缝开展情况和受弯承载力。结果表明:在外荷载作用下,矩形支护桩变形体现了很好的弹性和延性;矩形支护桩截面的应变分布符合平截面假定;矩形支护桩的抗裂弯矩实测值与计算值之比平均为1.33;实测极限弯矩与理论计算值基本接近。基于试验结果,提出对矩形支护桩抗裂弯矩和极限弯矩计算方法的修正建议,计算结果与试验结果吻合较好。对比发现,在相近的成本条件下,矩形支护桩比空心方桩受弯承载力增加10%～20%。     

硫酸盐介质腐蚀混凝土灌注桩的质量与强度演变

为模拟混凝土灌注桩在硫酸盐渍土环境中侵蚀劣化规律,开展了现浇混凝土试件硫酸盐侵蚀试验,并研究了现浇混凝土试件硫酸盐侵蚀劣化机制.与预制混凝土试件劣化机制进行对比,分析现浇混凝土试件与预制混凝土试件硫酸盐侵蚀劣化的异同.分析水灰比、硫酸盐溶液浓度对现浇混凝土试件耐久性的影响,通过质量变化率、抗压强度相对值分析现浇混凝土试件劣化规律.结果表明:混凝土质量和抗压强度均呈现先增加后减少的趋势;同一条件下,现浇混凝土试件最先出现了质量和强度损失,损失率分别为0.4%和15%;硫酸盐溶液浓度的增加对现浇混凝土试件劣化规律不明显,而混凝土水灰比越大,现浇混凝土试件更易趋于劣化.     

低标号素混凝土桩在杭金衢高速公路中的应用

由于杭金衢高速公路某段路基承载力要求较低,对混凝土的抗压强度要求不高,因此该路段加宽软基处理工程采用低标号素混凝土桩的地基处理方式．低标号素混凝土桩可按沉降控制要求设计,然后验算复合地基的承载力和稳定性．根据计算结果,确定低标号素混凝土桩的桩径、桩距及平面布置、桩长、桩体强度和配比,设计褥垫层,注意新老路基的连接．最后对低标号素混凝土桩进行低应变动力质量监测．结果表明,采用低标号素混凝土桩的地基处理方式,地基承载力大大高于设计要求,达到了减小工后沉降、加速施工工期的目的．     

温度与荷载共同作用下钢筋混凝土桩的细观损伤

为探究港口码头不同环境因素对码头桩身材料特性的劣化影响而降低桩身承载能力,通过PFC3D（颗粒流分析程序Particle Flow Code 3D)建立三维颗粒流离散元钢筋混凝土桩模型开展研究。对温度-应力模型进行建立,选取热学参数,构建了温度热管模型,通过分级加热,得到了钢筋混凝土桩的横向拉伸应变、纵向压缩应变以及微裂缝生长数量随温度变化曲线;调整模型混凝土粗骨料占比与强度等级,研究其对对钢筋混凝土桩受热损伤的影响;通过施加温度场的模型进行水平加荷载后,得到的应力应变曲线;基于模型微裂隙数量的损伤变量,并构建了损伤变量-轴向应变曲线,进一步分析了温度-荷载共同作用的损伤规律。结果表明：混凝土轴向压缩应变和横向拉伸应变会随温度的增加而逐渐升高,细观微裂隙数量会随温度的升高而增长;粗骨料占比升高会使受热初始损伤增加;温度的升高,材料的宏观力学性能出现了不同程度的降低。     

抗拔管桩及其填芯混凝土受拉结构性能试验

管桩用于抗拔作用的工程逐年增多,为提高抗拔管桩的应用水平,对抗拔管桩的桩身进行了抗拉结构性能试验和分析．结果表明：桩身抗拉为脆性破坏形态,混凝土不开裂时抗拉承载力最大,混凝土不受拉力时其值最小,混凝土有效预压应力和端板节点强度起决定作用．对抗拔管桩和填芯混凝土进行了现场原型试验和工程验证,15根抗拔桩的试验结果显示,填芯混凝土与管桩的黏结强度为填芯混凝土抗拉强度的17．1％,表明根据提出的抗拔管桩设计原则和强度控制节点,只要控制得当,管桩用作抗拔是可靠的受力结构体系．     

无粘结预应力RPC简支梁受弯性能分析

活性粉末混凝土是一种新型超高性能混凝土材料,为了详细评估非预应力筋配筋率、预应力筋配筋率、混凝土强度、非预应力筋屈服强度等对预应力混凝土梁的受弯性能的影响,建立了上述各种参数影响下的无粘结预应力砒,C简支梁的有限元模型。通过对比分析研究得出随着非预应力筋配筋率和无粘结预应力钢绞线配筋率的提高,跨中极限弯矩增大,跨中极限挠度和钢绞线应力增量降低;随着非预应力筋的屈服强度、混凝土轴心抗压强度的提高,跨中极限弯矩和挠度也缓慢增大,力筋应力增量相应增加。为实际工程预应力RPC结构的优化设计提供参考数据。     

基于等效龄期的粉煤灰混凝土抗压强度计算模型

设计温度跟踪养护系统来模拟实际结构中混凝土所经历的温度历程,通过测试在标准养护条件20℃、恒温50℃和变温养护条件下不同强度等级的粉煤灰混凝土早龄期抗压强度的值,分析温度历程对粉煤灰混凝土早龄期抗压强度的影响。根据混凝土早龄期抗压强度的两个主要影响因素:温度和龄期,引入等效龄期理论建立了粉煤灰混凝土早龄期抗压强度的计算模型,并分析了模型参数。实际结构中的粉煤灰混凝土抗压强度可以通过测定温度场,利用计算模型进行相应龄期的抗压强度计算。研究结果表明,粉煤灰混凝土抗压强度计算模型能够较准确计算结构中粉煤灰混凝土的抗压强度,从而有效指导粉煤灰混凝土的工程应用。     

混杂纤维混凝土抗压强度正交试验研究

随着混杂纤维混凝土的广泛应用,探究其抗压强度的影响因素尤为重要。为研究纤维种类、纤维尺寸、纤维掺量等因素对混杂纤维混凝土的抗压强度的影响,设计正交试验,开展混杂纤维混凝土立方体试件抗压试验研究,并对试验结果进行极差分析、方差分析和灰色关联分析。结果表明：混杂纤维的掺入能明显提高混凝土的抗压强度,较素混凝土试件抗压强度最大提高39.2%;各因素对抗压强度的影响程度由强到弱依次为：纤维种类、纤维尺寸、钢纤维掺量、其他纤维掺量。最后,结合各因素对抗压强度的影响规律分析,建立了混杂纤维混凝土抗压强度的GM(1,5)预测模型,模型预测的平均相对误差为7.08%。