720毫米45°弯头强度试验研究

前言 我室1976年曾对φ720口径的90°弯头进行过强度试验研究,包括四项内容:(1)没有内压时弯曲应力及变形的测定;(2)有内压时弯曲应力及变形的测定;(3)纯内压时应力及变形的测定;(4)弯头塑性破坏的极限弯矩值测定。前三项内容的试验研究报告已在我院学报上发表,第(4)项内容则附在崔孝秉所写“薄壁弯头塑性破坏的极限弯矩问题”一文中发表(见本期学报29页)。     

深部岩体脆延转化特性与覆岩塑性极限状态研究

为了研究深部开采覆岩变形破坏规律,基于深部岩体的脆延转化特性,采用解析分析方法,对深部采场上覆岩层极限承载能力进行了研究。结果表明:深部岩体在拉应力超过弹性极限强度后表现出塑性软化特性,承载能力随拉应变的增大而降低;深部开采上覆岩层的变形破坏规律主要受弯矩支配;随着采煤工作面的推进,采空区长度逐渐增大,上覆岩层所受弯矩逐渐增加,拉应变逐渐增大,当局部拉应力达到弹性极限强度时岩层处于弹性极限状态;随着采煤工作面的继续推进,弯矩继续增加,拉应变继续增大,最终岩层达到塑性极限状态,弯矩达到塑性极限值,岩层失去承载能力而断裂。关键岩层达到塑性极限状态时,因断裂而释放大量变形能,诱发冲击地压等矿山动力灾害。     

在压和弯的联合作用下,梁的极限载荷计算原理和应用

前言在人们的科学实验和生产实践中已经发现:对于具有良好塑性变形能力的材料,梁的弯曲极限载荷,可以用最大弯矩截面出现塑性铰的物理现象来计算。对于脆性材料,它的极限载荷对应于最大弯矩截面的最大弯曲应力达到强度极限。这些物理现象说明,极限载荷是由结构和材料性能两方面的特点决定的。若用唯物辩证法矛盾论的观点来解释梁的弯曲极限载荷问题,则梁在破坏以前是处在外力的作用和内力的反作用的平衡过程中,此时由外力作用产生的外力矩靠结构变形     

钢管拱面内非对称加载试验

进行了钢管拱面内非对称加载全过程试验.试验结果表明,钢管模型拱截面抗弯刚度小,受力过程弯曲变形较大.模型拱截面在受力全过程以弯矩作用为主,轴力较小,轴力与挠度交互作用的几何非线性影响较小.结构破坏属于以材料非线性影响为主的二类稳定问题.结构破坏时,塑性区域的分布较广,应力重分布现象明显,其极限承载力不能采用极限状态法.图6,表1,参6.     

功能梯度纯弯曲梁弹塑性问题的解析解

在小变形前提下研究了功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性受力变形特征.假定功能梯度材料为理想弹塑性材料,且其弹性模量与屈服强度沿梁高度方向按照指数函数变化,根据Mists屈服条件导出了纯弯曲梁的弹性极限弯矩、截面弹塑性应力以及塑性极限弯矩的解析表达式.算例分析表明功能梯度材料梁的弹塑性性能与均匀材料梁不同,材料屈服不一定首先产生于截面最大应力点,塑性变形的产生、扩展具有多种不同的模式,材料弹性模量与屈服强度沿截面高度的梯度变化对纯弯曲梁的应力分布规律及极限承载能力均有较大影响.研究结果可为功能梯度材料梁的弹塑性分析提供验证的考题,也可为简化理论的建立提供一定的依据.     

含局部减薄弯头的非线性有限元分析

利用非线性有限元方法对含局部减薄缺陷弯头建立三维有限元模型,分析了在单一内压作用下弯头的弯曲半径、局部减薄缺陷的尺寸以及位置对塑性极限载荷影响,总结出含局部减薄缺陷弯头的塑性极限载荷的变化规律,得出相同弯曲半径和相同尺寸的局部减薄缺陷位于弯头内拱处时,弯头的塑性极限载荷值最小,位于弯头外拱处时其塑性极限载荷最大的重要结论,为含缺陷弯头的安全评定提供了一定的理论依据.     

刚塑性圆管受横向碰撞时准静态分析

本文试图给出钢质圆管在横向碰撞下的准静态变形估计，并计及圆管局部凹陷对整体弯曲大变形的影响。文中假定圆管为理想刚塑性材料，同时假定局部变形仅对圆管的极限塑性弯矩产生影响，而不影响极限轴力。数值计算结果表明，当跨度和厚度一定时，管的直径越大，局部凹陷与整体弯矩的相互耦合效应越明显。     

圆形截面杆纯弯曲回弹弯矩的计算

分析了圆形截面梁（杆）弹塑性纯弯曲回弹应力应变的变化过程,利用回弹应力应变函数、平衡条件和变形协调条件求出回弹曲率（公式[4]及回弹弯矩（公式[5]）。发现经典纯弯曲理论把塑性弯曲时回弹弯矩定义成弹塑性弯矩,在回弹计算时存在较大理论误差。     

考虑残余应力影响下刚架极限承载力分析的广义塑性铰法

一阶塑性铰法利用外荷载与线弹性弯矩之间的比例特性快速确定塑性铰的位置和结构的极限承载力，理论简洁，计算效率高，但不能考虑截面轴力和弯矩对塑性铰形成的组合作用。精细塑性铰法克服了一阶塑性铰法的局限性，但其只能通过不断增量调整外荷载、迭代试算来确定塑性铰的位置和结构的极限承载力，丧失了一阶塑性铰法的比例特性，理论复杂，计算效率低。广义塑性铰法结合了一阶塑性铰法与精细塑性铰法的优点，但未考虑残余应力的影响，对于立柱承受较大竖向集中荷载作用的刚架结构会高估其极限承载力。有鉴于此，文中通过在广义屈服准则的截面初始轴向强度中引入稳定系数来考虑残余应力的影响，进而有效利用广义塑性铰法快速评估考虑残余应力影响下刚架结构的极限承载力。首先，利用强度折减因子建立了各加载步的修正截面强度，结合回归分析建立了广义屈服函数的齐次化表达式，据此定义了与外荷载保持相同比例关系的单元承载比。然后，在截面初始轴向强度中引入稳定系数来考虑残余应力的影响，并依据单元承载比与外荷载的比例关系快速确定塑性铰的位置和相应的外荷载增量，据此建立了考虑残余应力影响的改进广义塑性铰法。最后，通过与不同方法就国内外文献中几个校准算例的对...     

CFRP加固钢筋混凝土薄壁箱梁抗弯极限承载力计算

根据混凝土构件中各种材料的应力-应变关系及变形协调原理,讨论考虑初始应变的钢筋混凝土薄壁箱梁外贴碳纤维增强材料(CFRP)抗弯加固后的破坏形态.基于平截面假定和规程推荐的材料应力-应变关系,分析加固梁弯曲破坏时的极限状态,提出相应的极限承载力计算公式和极限破坏发生条件.     

大悬挑钢筋混凝土圆、环板外板破坏的极限承载力探讨

根据圆环板弹性内力分布规律，修正外板径向截面极限弯矩，用塑性铰线理论建立外板破坏的极限承载力公式，理论值与实验结果吻合良好．     

CFRP布加固无粘结预应力连续梁受力性能试验研究

对10根经历了极限荷载的无粘结预应力混凝土连续梁用粘贴CFRP布进行了加固.完成了10根加固梁的试验,考察了平截面假定的适用性、无粘结筋的应力增长情况、加载过程中裂缝的分布与开展、跨中变形的发展、试验梁的破坏特征等.基于试验结果,建立了考虑原梁受荷历程影响的正截面承载力计算方法,提出了以中支座控制截面在极限荷载下的弹性弯矩计算值MLoad与张拉引起的次弯矩Msec之和(MLoad Msec)为调幅对象,以相对塑性转角θp/h0为自变量的调幅系数β的计算公式.     

无粘结预应力混凝土连续梁的试验研究

探讨无粘结预应力混凝土连续梁的受力性能，进行纯无粘结与部分预应力无粘结两跨连续梁的比较试验，分析了无粘结连续梁的变形，无粘结预应力筋极限应力增量，开裂弯矩，极限抗弯承载力以及裂缝分布与塑性铰的形成等问题。     

弯应力作用下混凝土结构水力劈裂试验研究

混凝土重力坝坝踵在运行期间易出现拉应力,是坝体的薄弱区域。为研究该区域的水力劈裂问题,采用四点弯曲弯矩+高水压的联合施载方式,模拟混凝土重力坝坝踵受拉状态下的水力劈裂破坏过程。基于不同弯矩与水压值组合,研究坝踵因施工应力出现初始裂缝情况下的水力劈裂问题。结果表明,裂缝发展过程中,混凝土试件的应变可分为线性段及指数段,当应变进入指数段时,试样临近破坏;较小的荷载增量即会打破稳态,促使裂缝失稳扩展;劈裂水压与拉应力存在叠加效应,若最值作用位置相同,裂缝尖端应力集中现象明显,易引起水力劈裂破坏,若作用位置不同,则受拉截面应变分布较均匀,较大限度地发挥了混凝土受拉截面的抗劈拉能力,减弱了水力劈裂作用。     

矫直过程截面复杂反弯的应力分布与反弯特性解析

为了深入研究和认识辊式矫直过程中截面的反弯特性,研究存在弹塑性弯曲历史的截而弯曲过程,采用工程弹塑性力学基本理论,建立合理的辊式矫直复杂弯曲力学模型.解析证明经历二次反弯的截面应力形式应当由两次弯曲参数构成的平面方能进行描述,二次反弯过程截面的弯矩(M)与曲率比(C)的关系实际为包含两次弯曲的2个弯曲参数的复杂函数.通过对经历二次反弯的截面应力分布与反弯特性的解析,证明辊式矫直过程中经历多次弹塑性弯曲的截面受变形历史的影响,其应力分布函数及M-C关系都不再是简单关系,而是包含全部弯曲历史参数的复杂函数形态.解析结果表明:辊式矫直过程中经历二次反弯的金属条材截面弹性极限弯矩值下降,弯曲所需弯矩减小,弯曲回弹比增大,工程应用时应对相关工艺参数进行相应调整.     

海底管道在弯矩和水压作用下的屈曲压溃研究

针对含初始椭圆度缺陷的海底管道在弯矩和水压联合作用下的屈曲破坏问题,基于薄壁假定,选择能够描述管道应变和曲率随位移变化的几何方程,采用流动理论建立应力增量与应变增量之间的关系,采用三角级数对位移函数进行离散,列出管道的初始椭圆度缺陷的形式,最终基于虚功原理建立了复杂载荷作用下管道的理论模型.通过控制轴向曲率和外部水压的增量及加载顺序,在MATLAB中对由虚功原理推导出的非线性方程组进行数值求解,从而得到管道在不同加载路径下的极限承载力.同时运用有限元计算软件,在合理控制了刚体位移和边界条件的基础上实现对弯矩和水压载荷的分步加载,得到了弯矩和水压联合作用下的管道有限元模型,计算管道的承载性能并与理论模型进行对比,验证了理论模型的准确性.之后,以管道缺陷截面在压溃瞬间的椭圆度为计算指标,采用有限元方法分别计算不同加载路径下的管道破坏形式,从而对弯矩和水压联合作用下的管道压溃破坏机理进行探究.研究结果表明:弯矩载荷对管道承压能力的削弱作用主要体现在弯矩对Mises应力和截面椭圆度的增大两个方面,在弯矩载荷较小时,椭圆度的影响起主要作用;外压—弯矩加载路径下管道的承载性能较低的原因是缺陷截面在压溃瞬间的椭圆度较弯矩—外压加载路径大.     

部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁抗弯承载力

为了研究部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区抗弯承载力,完成了3根简支组合梁在负弯矩作用下的弯曲性能试验;分析了影响部分填充混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区结构受力性能的主要因素。通过换算截面原理以及混凝土翼板参与受拉的程度系数m来确定组合梁截面惯性矩与抗弯刚度,推出部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的弹性抗弯承载力计算公式;基于简化的塑性理论,得到负弯矩区极限抗弯承载力计算方法,并进行计算值和实测值对比分析。总体而言,充填的混凝土限制了受压部位钢箱的结构变形,能够明显提高钢箱组合梁负弯矩区的弹性工作范围和极限承载力,使钢箱组合梁具有更好的工作性能。     

爆破拆除冷却塔倾倒条件的研究

从理论上研究了定向爆破拆除冷却塔的倾倒条件,建立了结构极限弯矩和倾倒力矩的表达式。计算结果表明,当爆破切口圆心角为0.626×2π时,假设结构受压区和受拉区的钢筋和混凝土同时达到塑性状态,倾倒力矩仅为结构极限弯矩的1.09倍;若按照材料力学理论以受拉区的最大拉应力大于混凝土的抗拉强度为极限条件,则倾倒力矩为结构极限弯矩的2.91倍;若按照弹塑性理论分析,则倾倒力矩为结构极限弯矩的1.62倍。最后,文章分析了支撑部位的破坏过程。     

含周向裂纹管道在非对称弯矩组合载荷作用下塑性极限载荷分析

根据净截面垮塌准则 ,分别求出了含埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道在非对称弯矩、内压及轴力三种载荷共同作用时的塑性极限载荷计算公式 ,并给出了穿透裂纹在纯弯曲时中性轴圆心角和无量纲弯矩系数随裂纹偏离角的变化情况。所给出的计算公式可用于管道安全评价。     

空间圆管结构极限分析的EMRM上限法

为克服仅考虑单向弯矩作用的极限上限分析的弹性模量缩减法求解空间圆管结构的极限荷载误差较大的问题,提出了考虑双向弯矩作用的EMRM上限法。利用齐次广义屈服函数定义了空间圆管结构的单元承载比和基准承载比,在平面圆管截面的弹性应变能与塑性耗散功的基础上,考虑空间圆管截面内力作用与应力应变分布特点,通过坐标转换得到了空间圆管截面的弹性应变能与塑性耗散功的计算公式,进而结合弹性模量调整过程建立考虑双向弯矩作用的空间圆管结构极限分析的EMRM上限法。算例分析表明:考虑双向弯矩的EMRM上限法在空间圆管结构中具有较好的适用性,求解的极限荷载与有效性得到认证的弹塑性增量分析方法 EPIA的误差在2%以内,迭代次数较EPIA减少一半以上。为空间圆管结构的安全评估提供了有效的方法。