钢筋混凝土牛腿抗剪承载力设计修正系数研究

为了研究钢筋混凝土牛腿的抗剪承载力,并评估我国和欧美规范牛腿设计方法的准确性和安全性,基于收集的209组牛腿竖向受剪试验数据对ACI 318-19、EC2、CSA A23.3-04和其他主要的牛腿抗剪承载力计算方法进行评估,发现欧美规范拉压杆模型方法较为保守,而软化拉压杆模型(softened strut-and-tie model,SSTM)能够较好地预测牛腿的抗剪承载力.在此基础上,设计了一系列满足我国规范要求的钢筋混凝土牛腿,主要变化的参数包括剪切跨度、混凝土强度、钢筋强度等,通过将牛腿的设计剪力与软化拉压杆模型计算得到的抗剪承载力进行对比,分析了不同设计参数下我国规范方法的准确性和安全性.并根据参数分析结果拟合了牛腿承载力修正系数的简化公式,并通过试验数据验证了简化公式的准确性和合理性.最后对牛腿在剪力作用下的设计方法提出了改进建议,可供钢筋混凝土牛腿设计参考.     

同步带传动的载荷分布研究

采用有限元法对同步传动带中参与啮合的所有带齿进行了强度分析与计算，从而精确地得出在围齿区内带齿载荷的分布规律，并通过试验验证了理论分析的正确性．通过计算分析了影响载荷分布的多种因素，从而提出了提高同步带带齿强度，使带齿载荷均匀分布的有效方法．     

磁流体密封装置最佳齿极参数计算

多极齿形结构的磁流体装置中齿形几何参数的选择是这类装置设计的核心问题．它决定该装置中磁场分布形态，从而影响了密封的质量．采用任意三角形网格划分的有限元法求解描述永磁－软铁系统性质的非线性Ｐｏｉｓｓｏｎ方程，以矢量磁位Ａ为计算量得到磁流体密封装置中工作气隙的磁场分布数据．经多个齿形几何参数的比较，提出了磁流体密封装置的多极齿形结构设计中齿极宽度、槽宽度和槽深度的最佳参数．计算中考虑了磁铁的边缘效应、非线性效应及漏磁效应，计算结果较其他方法更可靠     

十字形截面方钢管混凝土组合异形柱轴压承载力试验

在钢筋混凝土异形柱和异形钢管混凝土柱的基础上，提出了一种异形柱形式——十字形截面方钢管混凝土组合异形柱，通过理论计算和有限元分析得到了异形柱的破坏形态及极限承载力，并采用叠加理论推导了其换算长细比计算公式．通过轴压试验得到了计算模型的荷载位移曲线、单肢挠度曲线以及单肢荷载应变曲线．分析结果可知，叠加理论计算、有限元分析以及轴压试验的结果一致表明异形柱的破坏形态为扭转屈曲，同时3种方法得到的屈服荷载吻合较好，验证了采用叠加理论计算异形柱承载力的可行性．     

新型平顶圆弧齿同步带带齿变形的研究

本文利用平面弹性理论的保角映射函数法，提出了圆弧齿同步带带齿变形的计算方法。利用这种方法，以接触压力为基础计算出了带齿变形、接触变形及齿廊上各点刚度分布，并根据带齿等接触强度原则，讨论了带轮齿廊修形方法。     

加工高扭矩抛物线同步带轮滚刀齿形的研究

提出了高扭矩抛物线齿同步带轮滚刀齿形的设计方法。研究了不同刀具齿形加工不同齿数带轮时,在带轮齿廓上形成误差分布规律,以及最大齿形误差随齿数的变化规律; 并研究了齿形误差在带与带轮啮合传动中的影响,为工程上合理选取刀具齿形,降低带轮齿形误差,提高可加工的带轮齿数范围,提供了理论依据。     

机场滑行道桥桥面板横向有效分布宽度分析

为确保机场滑行道桥受力安全,有必要研究滑行桥桥面板的横向有效分布宽度的合理取值。本文建立机场滑行桥桥面板三维数值精细化分析模型,利用损伤塑性本构模型模拟混凝土材料非线性,分析了A380、B747和A300三种机型轮载作用下滑行桥桥面板的横向有效分布宽度取值。分析结果表明：采用数值精细化分析方法得到的飞机轮载作用下滑行道桥桥面板的横向有效分布宽度较采用公路桥规的计算值增大,如飞机轮载作用于桥面板跨中时横向有效分布宽度增幅为18%;桥面板横向有效分布宽度取值随机型不同而存在差异,如A380和B747机型作用时得到的横向有效分布宽度分别为1.64m和1.52m;当考虑飞机轮载作用下桥面板塑性发展时,桥面板横向有效分布宽度计算值较材料弹性状态而言增大,如飞机轮载作用于桥面板跨中时横向有效分布宽度增幅为8.5%,说明飞机轮载作用时桥面板进入非线性受力状态而出现内力重分布,所以计算飞机轮载下滑行道桥桥面板横向有效分布宽度的合理取值应考虑材料非线性。     

基于拓扑优化的新型桁架式牛腿构建方法及受力性能分析

后置牛腿结构在既有建筑加固改造中应用广泛,为了获得更加轻质高效的新型牛腿结构,本文在现有“Π形”钢牛腿结构基础上利用拓扑优化技术构建一种桁架式牛腿结构,并进行了受力性能分析.首先利用Solidworks建立“Π形”钢牛腿模型,运用simulation模块对模型进行了拓扑优化,然后基于优化生成的轮廓,在其下部设置人字形支撑,利用Solidworks再次绘图,并对其尺寸进行优化从而构建新型桁架式牛腿模型.最后对新构建的桁架式牛腿结构进行了有限元分析,并和“Π形”钢牛腿结构进行了对比讨论.结果表明,新型桁架式牛腿的材料用量仅为“Π形”钢牛腿的57.3%,并且抗扭转能力更强、应力分布更均匀.     

一般U形渠道的水跃计算

分析研究Ｕ形渠道的水跃计算问题，提出了一般Ｕ形渠道共轭水深的近似计算方法．通过对室内试验观测数据的分析，提出了Ｕ形渠道水跃跃长计算的经验公式     

锈损冷弯薄壁C形钢轴压短柱试验研究

研究了锈蚀对冷弯薄壁C形钢轴压短柱承载性能的影响.通过板材单调拉伸试验,研究了锈损冷弯薄壁钢板材的力学性能退化规律;通过对5根锈损C形钢短柱进行轴压试验,分析了其破坏模式、变形特征和承载力,并讨论了锈损C形钢轴压短柱极限荷载的计算方法.研究结果表明:锈损板材屈服平台变短甚至消失,屈服强度随锈蚀率的增大呈线性下降趋势;锈损C形钢轴压短柱的破坏模式为腹板局部屈曲,局部屈曲多发生在腹板最薄弱处;极限荷载随着平均厚度损失率的增大呈线性下降趋势;考虑钢材力学性能退化并利用厚度折减修正的有效宽度法和直接强度法均能较好地预估锈损C形钢轴压短柱的极限荷载,但修正后的直接强度法更接近试验结果,修正后的有效宽度法则偏于保守.     

分离式空心板梁桥的荷载横向分布系数计算方法

为推动新型分离式空心板梁桥的工程应用,提出针对该桥型的荷载横向分布系数计算方法。选取主梁间距、桥梁跨径、桥宽和梁高作为影响桥梁横向受力性能的参数,采用ABAQUS有限元软件计算不同参数组合的分离式空心板梁桥结构在单车道和多车道荷载作用下的弯矩和剪力横向分布状况,探究关键参数对荷载横向传递的影响规律;通过非线性回归分析法拟合得到弯矩和剪力横向分布系数在不同荷载工况下的计算公式。实桥算例验证结果表明,该方法计算结果可信,具有一定的安全度,能够较好地满足工程设计的要求。     

高阶煤支撑剂嵌入模型

 支撑剂嵌入煤层会损害压裂支撑裂缝导流能力。目前关于煤岩支撑剂嵌入的研究主要为实验研究,缺乏相应的理论数值计算模型。为此,对沁水盆地端氏、曲堤和候村高阶煤层的支撑剂进行嵌入实验,分析了闭合压力和煤岩坚固性系数对支撑剂嵌入的影响;根据Langmuir 定律,推导出二维多层支撑剂嵌入煤岩的缝宽模型和压嵌模型,利用实验数据对模型进行了验证。结果表明：支撑剂嵌入煤岩时,存在临界嵌入压力,煤岩坚固性系数越小,临界嵌入压力越小,支撑剂越易嵌入煤岩;在闭合压力小于30 MPa 时,支撑剂嵌入煤岩程度小于支撑剂粒径的1/2 时,模型计算结果与实验测试结果相似程度较高,推导出的缝宽模型和压嵌模型能有效指导沁水盆地高阶煤层的水力压裂施工设计。     

回采巷道煤柱临界宽度理论计算方法

为填补长壁工作面回采巷道煤柱合理尺寸设计的理论计算之空白,根据Hustrulid(1976)提出的煤体实验室标准试件强度值与现场临界立方体试件强度值的计算公式和Bieniaws-ki(1969)煤柱强度计算公式,推导出了回采巷道煤柱临界宽度理论计算公式。该计算方法及其理论解,在回采巷道煤柱合理尺寸的确定方面具有重要的理论价值和工程应用价值。     

垂直均布荷载矩形基础地基任意点附加应力系数公式推导

目前,垂直均布荷载作用下,矩形基础地基中任意点附加应力系数都是通过角点法查表内插求得,虽然用起来方便,但结果可能因人而异。笔者通过积分导出了垂直均布荷载作用下,矩形基础地基中任意点附加应力系数的计算公式,并给出了角点、中心点、边中点及基础外2l×2b区域角点下的计算公式。通过与有关文献所列角点下附加应力系数公式对比,本文所推导的公式是完全正确的。虽然公式复杂,但借助Excel很容易进行计算,达到了"速算"程度,只要给出矩形面的长度、宽度,就可计算任意点(x,y,z)的附加应力系数,避免了内插取值因人而异的差异及角点法计算过程中因不同矩形的l/b、z/b可能出现混乱导致的错误,极大地方便了工程技术人员在实际工作中的运用。     

准双曲面齿轮二阶精确切齿计算的实验研究

在广泛应用的格里森计算程序HGM中,由于存在二阶近似计算误差,难以利用计算结果直接获得良好的齿面接触区,而且接触区的位置、长宽和对角接触现象相互影响,不能单独调节和修正,需较长时间反复调整。本文分析了格里森公式的二阶计算误差,并进行了充分的精确计算的切齿实验。实验证明,在消除了格里森公式的二阶误差后,能直接获得良好的齿而接触区。接触区的位置、长宽和对角接触现象也能方便地调整和修正。     

随机变量的函数相关性

引入了“曲线分布密度函数”的定义;给出了由边缘密度及两个随机变量间的函数式表示曲线分布的解析表达式;研究了曲线分布密度的简单性质及由它求两个随机变量间的函数式和边缘密度的公式;对有一般函数关系的两个随机变量,推导出条件分布函数、条件分布列及条件数学期望的分析式。     

提高交叉口通行能力的特殊宽度车道设计方法

为了提高交叉口空间资源的利用效率,基于车道组合使用的思想,提出了一种由两条窄车道构成的特殊宽度进口车道设计方法.基于小型车在两条窄车道上并列行驶的概率分布,建立了通行能力计算模型,并运用VISSIM仿真对模型精度进行了检验.通过一系列算例,对比了特殊宽度车道与传统车道的交通运行效益.研究表明,特殊宽度车道可提高车道的通行能力,提升量与大车率和只允许在两条窄车道中某条车道内通行流向的交通量比例负相关,与在两条窄车道均允许通行流向的交通量比例正相关,最高可达75%,且一般当大车率在30%以下时,可达到提升车道通行能力10%的目标.     

四螺栓和八螺栓外伸端板连接简化设计方法

为了推广外伸端板连接节点的应用,在塑性铰分布及等效T形件理论基础上,采用理论方法对简化的四螺栓和八螺栓连接的等效T型件进行推导分析,得到一系列简化设计公式,并通过算例拟合简化设计公式系数.经由多个算例比较表明,简化设计方法计算结果与美国LRFD以及中国JGJ82规范取得良好的一致性,且简化设计方法计算便捷,便于工程应用.该项研究成果可为外伸端板连接节点工程推广应用提供参考.     

基于广义极值分布的设计基本风速及其置信限计算

引入涵盖Gumbel,Frechet,W eibull三类极值渐近分布的广义极值分布(GED)模型,给出该模型参数的极大似然估计的计算公式,并由此导出设计基本风速及其置信上限的计算方法.采用南通气象观测站的年最大风速资料进行实证研究,分别用似然比法和Kolmogorv统计量检验分布的拟合优度,得出南通气象观测站年最大风速符合Frechet分布,而由样本值构造的经验分布与理论分布曲线基本相吻合.因此,由GED模型导出的计算方法明显优于采用单一分布的方法.     

含负折射率材料光子晶体耦合腔的传输特性

基于三分Cantor分形多层序列结构,设计了一种一维光子晶体耦合腔结构.用传输矩阵法研究了当引入的缺陷介质为负折射率材料时,该晶体耦合腔的传输谱和场局域化特征;在透射谱中得到了一个半高宽仅为0.19 nm的超窄透射窗口,通过曲线拟合得出了缺陷层折射率与超窄透射窗口位置之间的非线性解析关系.新耦合腔结构在光通信超密集波分复用和光学精密测量等领域中有一定的应用价值.