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。     

冰激柔性直立四桩柱结构振动的模型试验

为了探索冰激柔性四桩柱结构振动进程的控制机理,进行了低冰速、中冰速和高冰速下的室内动冰力模型试验．试验研究发现,冰激直立四桩柱结构稳态振动过程中的控制机理是冰与结构的相互作用．在前期关于单桩柱结构的研究中,提出了一个直接反映冰与结构相互作用水平的参数,即相互作用系数,该系数对四桩柱结构的动力效应同样具有明显的控制作用,当相互作用系数在20～45内时,四桩柱结构同样会在冰排的作用下产生剧烈的振动     

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。     

新型破冰结构破冰和保护能力试验研究

为降低大面积冰排对滩海区海上结构物的作用力,设计了一种新型破冰结构.利用破冰结构使大面积冰排发生弯曲破坏变成面积较小的破碎冰块,降低破冰结构后方被保护结构物上的冰力.以圆柱桩为例,通过试验对比冰排对圆柱桩挤压力以及破碎后的冰块对圆柱桩撞击力,检验破冰结构对圆柱桩的保护能力.另外,为检验破冰结构的稳定性,测试了冰排对破冰...     

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．     

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．     

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.     

扭王字块块体护坡工艺的斜坡结构冰荷载试验

斜坡堤抗冰结构明显优于垂直结构,它使冰排破坏形式以弯曲破坏为主,大大降低作用在结构上的冰荷载．出于抵抗波浪和冰排的作用,在斜坡表面排放“扭王字块块体”预制件,为维修更换提供了极大方便．试验考察了扭王字块块体在冰排作用下的稳定性和作用于斜坡上的冰荷载．试验结果表明：斜坡角度的设计对降低水平作用的冰荷载直接而有效;扭王字块块体的护坡工艺是实用和可靠的．     

不同破坏模式下锥体结构冰力定性分析

采用弹性基础板模型,对锥体结构上冰破坏力随不同弯曲破坏模式而变化的关系进行了定性分析,给出了由2个尺寸比表达的与3种破坏模式相对应的冰荷载表达式和1个由尺寸比定义的破坏模式图.利用这一结果揭示了弯曲破坏冰力幅值与周期大幅度变化的力学机理.板型弯曲破坏冰力是尺寸比k1的减函数;楔梁型破坏冰力是k1的增函数.这预示着最大冰力将在两种破坏模式过渡时出现.冰力周期随冰的断裂长度与其厚度之比k2增大而增长,当k2大于5时,破坏模式由板型过渡到楔梁型.该结果可在现场数据分类识别和冰力速度效应的定性分析等方面得到应用.     

高温下钢筋混凝土异形柱框架破坏形态研究

在试验的基础上,对高温下钢筋混凝土异形柱框架破坏形态进行了研究,考察了框架在梁、柱破坏形态下的结构变形及内力变化特征.结果显示梁破坏形态具有延性特征,柱破坏形态具有脆性破坏特征.在设计过程中要极力避免柱破坏形态的出现.     

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。     

砂岩力学特性对干湿循环效应响应规律的试验研究

为研究砂岩力学特性对干湿循环效应的响应规律,基于不同干湿循环作用下砂岩吸水性、单轴压缩与直剪试验结果,系统分析了砂岩吸水率、抗压强度、变形参数、抗剪参数以及破坏特征等物理力学特性对干湿循环效应的响应规律. 研究结果表明,随着干湿循环次数的增加,砂岩吸水率与质量损失率呈正相关变化,而抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角则呈负相关关系,当循环15次时,与天然状态相比,砂岩抗压强度下降幅度高达78.96%,而黏聚力和内摩擦角则分别减小了78.40%和31.33%. 但不论曲线变化趋势是增大还是减小,其变化幅度均是先大后小,并最终会以某一循环次数为临界值发展变化. 砂岩的破坏特征亦会受到干湿循环试验次数的影响,干湿次数越少,脆性破坏越明显,反之则延性特征增强,即砂岩会呈现一种从脆性到延性转化的破坏规律.      

DUT-1非冻结合成模型冰物模技术及应用

基于渤海海水的物理和力学特性、海冰物理模型试验的相似理论以及国际上已有模型冰的经验,较成功地研制出一种用于模拟我国渤海海冰的非冻结可破碎功能材料－－DUT－1模型冰。该模型冰采用聚丙烯粉、水泥、塑料微珠等材料,加入一定量的水、由特制的搅拌机搅拌均匀倒入模具后成型制成。利用DUT－1模型冰材料,在实验室常温波流水槽中进行了冰排在波浪作用下的断裂、冰排对直桩及锥体结构物结构作用的物理模型试验。通过对试验现象的观察,对实验结果的综合分析、对相关理论及经验公式计算结果的比较,证明DUT－1非冻结合成模型冰材料物模实验技术有较好可靠性。     

波浪作用下海冰断裂的试验研究

通过实验室非冻结可破碎模拟冰材料进行了波浪引起冰排断裂的物模试 验．得到了不同长度模型冰排断裂前的波浪反射与透射系数及冰排断裂时对应的入\r 射波高等一些定性研究结果．探讨了在波浪作用下海冰断裂的规律,试验研究表明\r 冰长L_i与波长L的比值对有限长海冰断裂时的入射波高有很大的影响.     

预制高强混凝土薄壁钢管桩抗弯试验与数值模拟

预制高强混凝土薄壁钢管桩(TSC桩)是通过在钢管内部离心浇注混凝土而制成的管桩,其在受力和施工方面有诸多优点.为了研究该类管桩的极限抗弯承载力及其破坏机理,对3根直径800mm、长10m的TSC桩进行了抗弯试验,并对加载过程中的变形和破坏情况进行了监测.试验结果表明,TSC桩的抗弯能力较高,且在弯矩作用下有着很好的延性.同时利用有限元分析软件,考虑了材料的非线性以及钢管对混凝土的约束强化作用,对抗弯试验进行了全过程数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了通过有限元分析来计算TSC桩抗弯承载力的方法是可靠的.     

FRP-铝合金平面桁架结构极限承载性能试验研究

为了提升脆性FRP拉挤型材应用于桁架体系时的结构延性承载性能,提出了将金属材料构件和不同组合节点应用于FRP桁架体系的组合设计理念。设计和制备了一榀FRP-铝合金平面桁架模型,通过开展结构四点弯曲极限破坏试验,揭示了结构的全过程非线性位移响应、破坏模式及机理,进而对所提设计理念及结构延性提升措施的可行性进行了验证。试验结果表明：组合平面桁架结构在最终失去承载力之前呈现出组合节点滑移、铝合金上弦杆压屈变形、端部GFRP斜腹杆压溃破坏等多种渐进破坏模式,结构全过程荷载-位移曲线表现出明显的非线性变化趋势,特别是铝合金上弦杆的压屈效应使整体结构具备了明显的延性变形特征。建议可通过对FRP桁架在结构和构件层面进行组合设计,使其获得良好的延性承载性能和破坏预警信息,以提升结构的安全性和鲁棒性。     

考虑变形影响的钢筋混凝土圆柱受剪承载力计算模型

准确计算钢筋混凝土(RC)圆柱的受剪承载力是进行延性抗震设计的关键,可有效防止脆性剪切和弯剪破坏模式发生。基于已有的RC圆柱拟静力试验结果,分析了RC圆柱的地震破坏模式和受剪承载力确定方法,在理论分析的基础上提出了考虑变形(位移延性)影响的RC圆柱受剪承载力计算模型,并与现有模型进行了比较。研究结果表明,地震作用下RC圆柱的受剪承载力随塑性铰区变形的增加而减小;弯剪破坏模式下,RC圆柱的受剪承载力取决于塑性铰区剪切破坏发生时对应的水平荷载而非骨架曲线上的峰值荷载;所提出的模型能有效反映变形对RC圆柱受剪承载力的影响,计算结果与试验数据吻合较好,可用于不同地震破坏模式RC圆柱受剪承载力计算。     

土体约束对桩柱式桥墩塑性铰长度的影响

采用经过试验验证的建模方法,建立了常规桩柱式简支梁桥的单墩数值计算模型,系统分析了土体约束作用对桩柱式桥墩整体延性性能、不同延性水平下桩身的曲率分布规律以及等效塑性铰长度的影响.结果表明:土体约束作用会显著增大桩柱式桥墩的截面破坏曲率,提高桥墩的水平承载力和位移延性系数,并显著减小桩身塑性区域长度和等效塑性铰长度,同时,桩身等效塑性铰长度还会随着位移延性系数的增大而显著减小.     

冰激柔性锥体振动实验研究

针对冰激柔性锥体振动实验研究开展得很少的现状,利用DUT-1非冻结可破碎模型冰进行了冰速变化时冰激锥体振动的室内实验模拟．模型锥体材料采用普通钢材,设计了更为贴近实际的多自由度锥体结构模型,应用改进的动态载荷时域识别方法,依据结构的位移、加速度和应变等混合动态响应,识别了冰-锥体结构动力相互作用过程中的动冰力．实验结果表明,冰激柔性锥体振动是一种以低频振动为主、间歇性的随机受迫振动和自由阻尼振动,作用于锥体上的动冰力频率成分丰富．     

浮冰作用下单桩海上风机动力响应分析

随着海上风电在环渤海地区不断发展，冰激振动响应为当前环渤海地区海上风机面临的重要问题 .基于海上风机一体化数值分析软件，对浮冰作用下单桩海上风机动力学响应展开研究 .重点探究单桩风机塔基以及泥面线处载荷动力响应变化规律，研究不同冰载数值模型、冰厚以及冰速对单桩海上风机动力响应影响，开展抗冰锥结构下单桩海上风机动力响应影响规律.结果表明：不同冰载数值计算模型下的计算结果差别较大，采用Matlock双齿模型计算出的塔基载荷以及泥面线载荷最大，分别为无浮冰作用的 2.2倍与 1.3倍；单桩海上风机动力响应随冰厚增加而增加，冰速变化对单桩海上风机结构荷载影响不明显；采用抗冰锥措施后，作用于单桩海上风机的冰荷载显著降低，极大降低单桩风机塔基以及泥面线位置处的剪力与弯矩，塔基位置处剪力与弯矩的最大值分别为无抗冰锥结构的82%与95%.同时抗冰锥结构可极大降低作用结构上的冰荷载，其冰载最大值与标准差分别为不采用抗冰锥结构的5%与7%.