夹板式单层玻璃板面内受剪承载性能试验研究

近年来,夹板式玻璃幕墙在现代建筑中得到了日益广泛的应用,但对它的理论研究却滞后于工程应用.文中以试验为基础,结合有限元法,研究了不同类型的夹板约束对玻璃板在面内受剪作用下的应力和位移分布规律,以及面内受剪的作用机理,并通过试验数据验证了有限元法的有效性.研究表明:在加载的全过程中,夹板约束玻璃板的位移和应力都随着荷载的增长而线性增长,表现出明显的脆性破坏的特征;面外受弯和面内受剪的作用机理不同,前者是节点区弯拉破坏而后者是玻璃板在支承边界的受压破坏.     

夹板式单层玻璃板面外受弯承载性能试验研究

为了了解不同类型夹板约束玻璃板和点支式在面外载荷作用下受弯的全过程中,应力和位移的发展以及极限破坏载荷,以试验为基础,结合有限元方法,对该类玻璃板进行了研究,并给出了玻璃板载荷位移以及最大主应力载荷的全过程曲线:比较了夹板约束玻璃板和点支式玻璃板受力性能的不同;通过试验数据验证了有限元方法应用于玻璃板承载力验算的有效性.试验表明,夹板式玻璃板和点支式玻璃板在面外受弯下位移和应力与面外载荷是线性关系;对于相同的玻璃板,节点连接方式不同,其破坏载倚可能有较大的差别;将节点区最大应力作为整体最大应力的控制点是合适的.     

面内剪力作用下点支承玻璃承载性能的试验研究

为研究面内剪力作用下点支承玻璃板的承载性能,采用沉头式、浮头式连接方式的玻璃板各3件,施加面内均布荷载直至破坏,量测了玻璃板上关键点的应力变化,记录了点支承玻璃板的破坏过程。试验现象表明,玻璃板在面内剪力作用下发生平面外变形,使其承载能力下降了70%以上。在单独剪力作用下,点支承玻璃板破坏由孔边应力控制,而大面中心及板边中点的应力则较小。该研究为进一步改进点支承玻璃的设计方法提供了依据。     

钢-混凝土组合脊骨梁极限承载力试验研究

通过全过程加载试验和空间有限元分析,探讨了带波形钢腹板悬臂挑梁的组合脊骨梁在单调荷载作用下的受力全过程、破坏模式、变形特征、抗弯承载力和极限状态,并确定其主要受力的特征值;根据试验现象、荷载-位移(应变)关系、混凝土板剪力滞效应的分析,总结出组合脊骨梁正、负弯矩截面在材料屈服前、后的受力特点和变形特征;在此基础上推导出组合脊骨梁的抗弯承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好.     

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。     

桶形基础承载性能弹塑性有限元数值分析

确定桶形基础在竖向荷载、水平荷载和力矩等共同作用下的承载特性,建立复合加载模式下桶形基础的破坏包络面,并进而依此评价海洋平台基础及地基的稳定性是桶形基础设计与施工中的关键问题.采用位移控制法和Swipe试验加载方法,分别针对单个荷载和各种荷载组合方式,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,建立了桶形基础承载性能的计算模型,确定了桶形基础在单个荷载作用下的极限承载力与复合加载作用下的破坏包络面,利用极限平衡理论探讨了桶形基础在极限状态时的破坏机理,即桶形基础地基破坏形式或失稳模式.     

FRP约束混凝土短柱在重复轴压作用下的力学性能

为了研究纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土短柱在重复轴压荷载作用下的力学性能,对其进行试验和理论研究.共对6个FRP约束混凝土短柱试件(含3个单调加载和3个重复加载试件)进行竖向轴压试验.基于试验结果,分析讨论试件的破坏模式、应力-应变曲线、塑性残余应变、应力退化和极限状态.试验结果表明,重复荷载作用下试件的包络曲线略低于对应的单调荷载作用下试件的应力-应变曲线;卸载应变和塑性残余应变存在线性关系;FRP约束混凝土在重复荷载作用下的应力退化系数基本保持不变.根据国内外学者提出的理论模型,对重复加载试件的卸载路径曲线、再加载路径曲线和全过程应力-应变曲线进行预测.通过与试验结果比较,证明这些模型具有准确性和合理性.     

六点支承单层玻璃板抗弯承载性能试验

为设计玻璃幕墙结构中的六点支承玻璃板,研究其在面外均布荷载作用下的抗弯承载性能,进行了试验模拟和有限元计算。使用工程中常用的玻璃板材料和紧固件,按照工程实际的安装和支承形式,通过人工施加平面外均布荷载,测量了试件的应力和挠度。试验结果表明,玻璃板的应力和挠度均随着荷载的增加而线性增加,中孔边应力为玻璃板的控制应力,最大挠度在跨中附近,厚板承受面外均布荷载的能力较强。未考虑大变形的有限元计算结果与试验结果吻合相对较好。     

六点支承单层玻璃板抗弯承载性能试验

为设计玻璃幕墙结构中的六点支承玻璃板,研究其在面外均布荷载作用下的抗弯承载性能,进行了试验模拟和有限元计算。使用工程中常用的玻璃板材料和紧固件,按照工程实际的安装和支承形式,通过人工施加平面外均布荷载,测量了试件的应力和挠度。试验结果表明:玻璃板的应力和挠度均随着荷载的增加而线性增加,中孔边应力为玻璃板的控制应力,最大挠度在跨中附近,厚板承受面外均布荷载的能力较强。未考虑大变形的有限元计算结果与试验结果吻合相对较好。     

钢筋混凝土框架节点抗火性能试验研究及理论分析

利用大型模拟火灾实验炉进行了钢筋混凝土足尺框架节点在恒定加载和ISO834标准升温耦合作用下的抗火性能试验,分析了试验节点的温度场分布规律、变形特点、混凝土爆裂现象、耐火极限及破坏特征.试验结果显示,所试验节点都是由于节点梁的加载端位移达到最大挠度而达到耐火极限,梁端荷载比对节点的耐火极限有明显影响;接近耐火极限时,节点梁端在恒定竖向荷载作用下的竖向位移增长明显加快,并在较短时间内失去了承载能力,破坏带有一定的突然性.基于ABAQUS软件平台,开发了适用于钢筋混凝土框架节点火灾反应分析的梁单元用户材料模型及子程序,并对试验节点进行了全过程模拟分析,分析结果与试验结果吻合较好.     

非共轴本构模型在吸力式桶形基础承载力数值计算中应用

当吸力式桶形基础承受竖向荷载作用时,其周围地基容易发生整体剪切破坏,由主应力旋转引起的非共轴现象不容忽视.基于有限元软件ABAQUS二次开发端口UMAT,将非共轴本构模型应用到桶形基础的竖向地基承载力问题的有限元计算中.结果表明,非共轴模型对地基的整体剪切破坏模式没有影响,但是对地基竖向承载力-位移曲线具有显著的软化作用,同时,对地基的竖向极限承载力具有降低作用.如果通过竖向位移来确定地基容许承载力,则非共轴模型得到的计算结果是比较安全的.     

普立特大桥隧道式锚碇围岩系统的变形规律及破坏机制

针对普立特大桥普立岸隧道式锚碇围岩系统的变形规律及破坏机制问题,采用有限差分法对其进行三维弹塑性模拟,分析了随着荷载的增加系统的塑性区、位移及应力的发展情况.数值结果表明:1设计缆力时,锚碇-围岩系统的位移均维持在mm级;继续加载,锚碇和周围岩体的位移形成的驼峰逐渐明显;至极限状态时,根据锚碇围岩的位移矢量图可勾勒出围岩的破坏范围,其中锚碇上、下部围岩的破坏范围分别为锚碇后锚面宽度的1.1倍和0.5倍;2系统在设计缆力下具有足够的安全稳定性,加载至8倍缆力时,锚碇的环向和径向的围岩塑性区均达到贯通,加载至极限状态时,锚碇周围岩体的塑性区分布形态呈倒塞体状;3根据监测点的位移变化、锚碇围岩塑性区分布及应力扩展情况得到,系统的破坏由锚碇带动周边部分岩体发生整体拉-剪破坏.     

外叶墙为非承重墙夹芯墙的抗震性能研究

对4片高度相同、高宽比和竖向压应力不同的夹芯墙进行了水平低周反复加载试验,研究了这种墙体构件的抗震性能.根据实际受力特点,试验中水平荷载与竖向荷载都加载于试件内叶墙的形心.观测了该墙体受力-变形-损伤-裂缝-屈服-破坏的全过程;分析了该墙体的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、承载力、拉接筋受力性能和内、外叶墙协同工作能力等.研究结果表明:由于拉接筋的作用,内、外叶墙协同工作性能良好,外叶墙在试验过程中破坏轻微;试验过程中出现剪切滑移和"捏缩效应";内叶墙在高宽比较小时,呈现明显的剪切破坏,在高宽比较大时,呈现出弯剪破坏;试件的承载力随着轴压比的提高而增加.采用规范(GB 50003-2001)中配筋砌体抗剪承载力平均值计算公式进行计算,结果较试验值小.     

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.     

滑移线场理论中不同流动法则的极限分析有限元解

广义塑性理论表明,关联流动法则是非关联流动法则中的一种特殊情况.从理论上证明了在非关联流动法则条件下,速度矢量方向与破坏面夹角为φ,而不是目前通常采用的φ/2,澄清了传统滑移线场理论中对于这两种流动法则的模糊认识.通过极限分析有限元法,再次证明了滑移线场理论中用关联流动法则与非关联流动法则可得到相同的应力滑移线、极限荷载及速度滑移线,只是速度矢量方向不同.说明极限分析有限元法不仅可以精确地解决求地基极限荷载问题,而且有助于搞清滑移线场理论中采用非关联与关联流动法则的区别.     

竹木组合工字梁的静载试验研究

以竹集成材为翼缘、欧松板为腹板设计竹木组合工字梁,对10根不同结构的工字形截面竹木组合梁进行了4点弯曲静载试验。研究剪跨比及加劲肋等参数对组合梁破坏形态、强度和延性等影响。结果表明:腹板和翼缘具有很好的协同效果,组合梁的破坏始于侧向失稳,主要破坏形态表现为翼缘内欧松板层裂及腹板被剪坏。组合梁的极限承载力随着剪跨比的增大呈下降趋势; 竹加劲肋能显著提高工字梁的极限承载力,提高幅度最大为15.7%,对极限位移最大增加幅度约为10.13%。     

胶合竹木工字梁受弯性能的试验研究

提出了一种以OSB为腹板骨架,OSB板外用环氧树脂胶黏剂和钉子连接竹集成材而成的胶合竹-木工字梁.以竹-木工字梁的腹板高度、剪跨比及加劲肋为参数,对24根竹-木工字梁的结构性能进行研究.分析了工字梁试验全程的破坏形态和破坏机理,探讨了其极限承载力、延性和抗弯刚度等,并研究影响其结构性能的因素.研究结果表明,竹-木工字梁整体工作性能优良,跨中截面应变沿梁高方向仍基本符合平截面假定,其极限承载力与截面高度、剪跨比和加劲肋有关.当剪跨比小于2.0时,组合梁出现了明显的剪压破坏特征,剪跨比越大,极限承载力呈显著下降趋势.加劲肋能显著提高工字梁的极限承载力,提高幅度为3.4%~38.0%,对极限位移的提高幅度约为1.7%~12.6%.加劲肋增强后的工字梁的初始抗弯刚度亦有大幅提高,提高幅度为10%~30%,腹板越高,增幅越大.     

In-plane load measuring technique for the strength test of MEMS micro-cantilever

An in-plane load measuring technique is developed to perform the strength test of the micro-cantilever. Based on electromagnetism theorem, Micro UTM (Universal Testing Machine) was in-house made with the load range ±1 N and the displacement range ±300 μm. It applies an in-plane load on the free-end of the micro-cantilever. The load acts as a bending moment for the root of the cantilever, but as a torque for the anchor. The results show that for samples with different sizes the ultimate loads range from 1.3 to 69.8 mN and the calculated torque is ap-proximately proportional to the square of the bonding length. Two failure modes, fracture at the root of the cantilever and fracture at the anchor, are observed by micro examination to the debris, which indicates that there is a critical design to achieve the strength bal-ance between the cantilever and the anchor. The work demonstrates that Micro UTM is a powerful in-strument for the strength test of the micro-cantilever and similar micro-structures.