预应力CFRP板平板锚具承载力评估理论与试验研究

为揭示CFRP板平板锚具的锚固机理, 建立了该锚具的承载力理论模型, 并利用该模型预测CFRP板平板锚具的临界锚固长度. 通过试验获得了模型所需的锚固界面剪应力与压应力的关系式. 该模型研究了锚固区界面剪应力的纵向折减及横向压应力分布的不均匀性, 并通过试验测得了界面剪应力的纵向折减系数. 利用上述模型就平板锚具设计参数对锚固性能的影响进行了分析. 结果表明, 界面剪应力折减率随着锚固长度的增大而增大, 横向压应力分布的不均匀性随着锚固宽度的增大而增大, 增大界面压应力和夹板厚度能有效提高横向压应力分布的均匀度; 临界锚固长度随夹板厚度的增大而减小, 且当夹板达到合适厚度后继续增大, 对临界锚固长度的影响逐渐变小; 随着界面压应力的增大, 界面剪应力增大, 临界锚固长度减小; 对于工程常用CFRP板尺寸100mm×2.0mm, 当界面压应力取100MPa, 平板锚具夹板厚度取32mm时, 所需的临界锚固长度为296mm, 对应的锚具设计承载力为480kN, 理论上能使CFRP板抗拉强度获充分发挥.     

带锈蚀栓钉的组合梁疲劳后抗弯承载力影响因素分析

为了探索钢-混组合梁锈蚀和疲劳后抗弯承载力的影响因素,开展了组合梁的理论和试验研究.基于断裂力学和疲劳剩余强度理论得到栓钉、钢梁和混凝土的剩余强度,在此基础上建立了一种组合梁抗弯承载力的计算方法,并利用5个试验梁进行了验证,最后选取混凝土强度、栓钉直径、疲劳加载上限、栓钉锈蚀率等影响因素进行参数分析.结果表明:随着栓钉锈蚀率增大,抗弯承载力呈现先慢后快的退化趋势,当锈蚀率为20%时,组合梁抗弯承载力下降9.1%;所建模型与试验值较为吻合,表明该模型具有良好的适用性;混凝土强度、疲劳加载上限、栓钉锈蚀率以及栓钉数是影响组合梁抗弯承载力的主要因素.     

砌体结构双向等比例加载试验研究与数值计算分析

我国《砌体结构设计规范》计算极限承载力参考的是砌体单轴抗压强度,而实际工程中墙体往往处于剪压复合受力状态.文章对墙体进行了双向不同应力路径与不同应力比下的极限承载力试验及数值模拟,采用分离式建模数值计算6片墙片在灰缝倾角θ=00时不同应力比的承载力与试验结果对比,可知试验极限承载力比有限元数值模拟极限承载力小30%时墙体就发生倒塌破坏;数值建模分析在不同灰缝倾角θ=22.50、450、67.50,不同应力比情况下砌体墙片的极限承载力,画出不同灰缝倾角下的破坏包络面,验证了砌筑过程中产生的偏心会影响墙体的极限承载力.     

节段拼装混凝土桥墩抗震性能研究

利用纤维模型方法对无粘结预应力节段拼装桥墩进行了拟静力试验仿真分析,通过与试验结果的比较验证了计算方法的正确,然后进行了恒载轴压比、预应力筋配筋率、普通钢筋配筋率参数分析.在一定范围增大恒载轴压比时,承载能力和屈服力均有显著提高,但恒载轴压比太大时,只提高了屈服力,极限承载能力保持不变;随着恒载轴压比增大,累积能量耗散也逐渐增大.预应力筋配筋率在小范围内增大时,骨架曲线基本一致,但当预应力筋配筋率增大到一定程度时,承载力和屈服力有较大提高,累积能量耗散也显著增大.随着普通钢筋配筋率的提高,承载力和屈服力提高;能量耗散对普通钢筋配筋率比较敏感,随着配筋率的增大,能量耗散显著增大,可以通过增加普通钢筋配筋率来提高桥墩耗能能力,但同时残余位移增大.     

扩底桩竖向承载性能的试验研究

扩底桩在当前工业建筑中得到了越来越广泛的应用．本文对扩底桩承载性能进行了试验研究．研究结果表明。当扩底直径D、桩身直径d固定时，总极限侧阻力（kN）所占桩顶极限荷载的百分比随有效桩长L的增大而增大；在其它条件相同时，随着扩底桩直径D的增大，桩的承载力（kN）也变大。但极限端阻力（kPa）随扩底直径的增大却有不同程度的降低；扩底桩桩身直径d和直径桩直径相同、人土长度相当时，扩底桩的承载性能比直径桩的要好、沉降要小．     

扁平钢箱梁U型肋加劲板稳定承载力规范计算方法研究

闭口肋加劲板作为钢箱梁的主要受力构件,其稳定承载力的计算成为钢箱梁设计的一个关键性问题.分析比较了钢箱梁受压加劲板极限承载力的常用计算理论以及基于这些理论在国内外最新规范中关于加劲板承载力计算的相关规定,并运用实例对各规范的相关规定进行验算.结果表明,中国规范、欧洲规范计算结果较为接近试验结果,美国规范次之,最后是英国规范和日本规范;并从同一规范的不同桥梁之间的比较得知,在极限承载力的计算中,加劲肋相对刚度比对计算结果有着很大的影响;通过控制加劲肋的刚度比,可以使用规范较好地得到加劲板的极限承载力,为钢箱梁的设计提供一些可借鉴的思路.     

BFRP筋混凝土梁受弯性能的试验研究

通过3个BFRP(Basalt Fiber Reinforced Polymer)筋混凝土简支梁和3个普通钢筋混凝土简支梁的受弯性能试验,研究了其在不同配筋率下受弯性能的差异,得到了BFRP筋混凝土梁的裂缝分布特征、极限荷载、荷载-挠度和荷载-应变关系,分析了其极限承载力和延性,并通过对BFRP筋混凝土梁受弯承载力理论值与试验值的对比,分析了BFRP筋混凝土梁的破坏特征以及不同配筋率对其影响,并且验证了BFRP筋混凝土简支梁平截面假定的准确性.     

普通钢筋和碳纤维筋对预制节段桥墩抗震性能的影响

为了得到快速施工和利用新材料的预制节段桥墩设计方法,研究了部分钢筋替换为碳纤维筋时预制节段桥墩的水平承载力和破坏等级.首先通过与拟静力试验结果的比较证明了仿真分析的正确性,然后研究了部分普通钢筋替换为碳纤维筋,对拟静力循环荷载和地震地面运动分别作用时预制节段桥墩响应的影响.结果表明:碳纤维筋能提高桥墩水平承载力,增大有效刚度,降低等效粘滞阻尼比和滞回能量耗散.地震时程计算表明:部分普通钢筋替换为碳纤维筋时,使得预制节段桥墩在较强烈地震底面运动下不倒塌.利用绝对能量法分析了桥墩在地震地面运动下的能量吸收和耗散情况,并主要研究了4种桥墩试件在3种不同地震地面运动作用下的输入能量和滞回能量耗散,结果是随着桥墩输入地震能量的增大滞回能量耗散增长缓慢.     

银纳米颗粒半径对其消光光谱影响的研究

采用Mie理论计算球形银纳米粒子在不同半径下的消光光谱.数值计算结果表明,随半径增大,粒子消光光谱的高阶峰依次出现,峰位逐渐红移.银纳米粒子偶级共振峰峰位随半径变化可用一组简单函数表示.     

桥梁CFRP缆索外包陶瓷纤维的防火性能研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)轻质高强,性能优异,但其耐高温性能差.对桥梁CFRP缆索外包30 mm厚陶瓷纤维(CF)防火层的防火性能进行了模型试验研究,使用有限元软件建立了相应的数值分析模型.利用数值模拟对热释放率分别为100和300 MW两种桥面火灾作用下外包不同CF厚度的CFRP缆索内部的升温过程进行计算,获得了各工况对应的缆索临界安全耐火时长,并建立了CFRP缆索CF防火层厚度—临界安全耐火时长关系模型.研究结果表明,桥面火灾作用下,对CFRP缆索外包CF防火层可大幅提高缆索的临界安全耐火时长. CF厚度与缆索临界安全耐火时长基本上呈线性关系.在热释放率为100和300 MW的车辆火灾持续作用下,当CF防火层为70 mm时,防火层-CFRP缆索界面温度达到250℃所需的临界安全耐火时长分别为49和43 min.     

考虑应变率效应的FRP-混凝土界面正拉黏结性能研究

为揭示FRP-混凝土界面正拉黏结性能的应变率效应, 对60个标准试件进行快速荷载下的正拉试验, 研究了加载速率、FRP种类及混凝土强度等级3个参数对FRP-混凝土界面正拉黏结强度的影响规律. 在欧洲规范建议的幂函数模型基础上, 通过回归拟合建立了考虑应变率效应的正拉黏结强度预测模型, 并验证其可靠性. 结果表明: 正拉黏结强度随着加载速率的增大而提高; 在中高加载速率时, 加载速率对正拉黏结强度的影响有减弱趋势; 黏贴CFRP的试件正拉黏结强度明显高于黏贴BFRP的试件; 正拉黏结强度随着混凝土强度等级的提高而提高.     

基于内聚力模型的快速荷载下CFRP-混凝土界面剪切剥离模拟

鉴于纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)已在混凝土结构加固中普遍应用, 能有效提高结构的承载和变形能力. 为揭示动载作用下FRP-混凝土界面的剥离机理, 本文基于ABAQUS平台, 采用内聚力模型模拟CFRP-混凝土界面层, 实现了快速荷载下CFRP-混凝土界面剥离的高效模拟. 结果表明: CFRP表面应变在加载过程中由加载端向自由端方向传递, 随着加载速率的提高, 界面承载能力也随之提高; 界面峰值剪应力也存在显著的应变率效应; 模拟结果与试验结果基本吻合, 说明了新方法的有效性.     

高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲搭接K形节点承载力研究

对高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲搭接K形节点和基本型节点进行主管轴压静力加载试验, 考察了支管搭接率和加劲板构造对节点受力性能的影响. 试验结果表明: 节点的破坏模式为支管根部侧面搭接焊缝开裂; 支管搭接率过大或过小均会降低搭接K形节点承载力; 加劲节点的屈服荷载和极限荷载较基本型节点分别提高6.5％和12.0％. 同时, 对高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲搭接K形节点进行了数值模拟、热点应力场演化分析和破坏机理探究, 推导了极限承载力计算式. 通过与节点试验结果对比, 验证了该计算式的精度.     

脆性基体复合材料层板弯曲破坏的数值模拟

讨论了复合材料层板的弯曲破坏问题,纤维层是正交异性弹性体,而基体为脆性损伤材料。提出了一种脆性损伤模型,虽是各向同性连续损伤模型,但利用等效损伤应变的定义,可以区分拉、压和剪切对损伤的不同响应。用有限元法数值模拟了如下现象,一旦基体出现临界损伤,弯曲载荷则从最大值急速下降,同时基体的临界损伤区很快扩展,并且发生局部纤维断裂,从而使复合材料层板几乎失去了承弯能力,整体呈脆性特性。为便于了解破坏过程,给出了若干状态时板内的应力等值线分布图。     

不同剪跨比下陶粒混凝土叠浇梁抗剪性能试验研究

简支梁受压区采用普通混凝土, 受拉区采用陶粒混凝土, 可充分利用普通混凝土的高抗压强度及陶粒混凝土良好延性及自重轻的优点, 实现二者有机结合. 通过设计制作3根底部采用陶粒混凝土, 上部采用普通混凝土, 剪跨比分别为1.3、1.9、2.5的叠浇梁, 和1根剪跨比为1.9的全陶粒混凝土梁进行抗剪性能试验, 分析叠浇梁在荷载作用下的整体工作性能与破坏特征, 研究不同剪跨比对叠浇梁抗剪极限承载力、变形、最大斜裂缝宽度、纵筋应变和箍筋应变的影响. 结果表明: 所设计的叠浇梁叠浇结合面整体工作性能良好; 随着剪跨比的增大, 跨中挠度和最大斜裂缝宽度增大; 达到极限荷载时, 纵筋均未屈服, 剪跨区箍筋屈服, 4根简支梁均发生典型的剪切破坏.     

180°模具翻转机构的设计与仿真

橡胶硫化完成后, 模具翻转一定的角度可以便于工人取出橡胶制品和清理模具. 为实现中小型模具翻转, 降低劳动强度, 提高生产率, 研究一种180°模具自动翻转机构, 采用SolidWorks建立该机构的三维模型, 并在其motion模块中进行运动学仿真, 得到模具的运动特点. 对翻转机构进行优化分析, 以滑轨宽度为90mm, 限位沟槽宽度为20mm, 求得曲率半径为37mm时, 模具的角加速度最小, 翻转运动最为平稳; 运用有限元软件ANSYS获得翻转设备在极限载荷工作时, 主要受力件固定轴的应力场. 制成样机并经实际应用表明, 设计的翻转机构运行平稳可靠、易于控制, 能更好地满足实际生产要求.     

纯铜杆件局部受控的动态拉伸试验(英文)

在所发明的一种基于一级气体炮的高速冲击拉伸试验装置(HSTF)上,于多根纯铜杆件上安装特制夹具,控制试件不同的局部延伸,得到试件不同阶段的实验结果,取得冲击拉伸杆颈缩与断裂"凝固化"了的过程信息,揭示了纯铜试件在冲击拉伸下动态断裂过程的不同阶段.对于回收的纯铜试件,进行了扫描电镜分析.将Ragab提出的在轴对称颈缩区域中心放置特征空穴的简化模型从准静态推广到动态,旨在预测纯铜杆件在冲击拉伸下的局部化颈缩与断裂.     

考虑疲劳累积损伤的FRP-混凝土界面剥离模拟

鉴于疲劳累积损伤对FRP-混凝土界面黏结性能有重要影响, 通过统计分析既有FRP-混凝土界面疲劳剪切试验数据, 基于界面黏结疲劳退化双线性模型获得界面残余滑移量、峰值剪应力和初始刚度的疲劳退化规律, 发现随着荷载循环次数的增加, 界面残余滑移量增加, 而峰值剪应力与初始刚度均减小. 并采用基于内聚力模型的有限元法对典型界面疲劳剪切试验进行模拟, 得到了不同荷载循环次数下的界面黏结滑移关系. 模拟所得峰值剪应力、界面断裂能和界面剪切刚度与理论模型接近, 但极限滑移量大于理论模型, 黏结滑移曲线符合典型试验曲线特征. 从有限元模拟结果可知, 疲劳荷载作用会显著降低界面承载力, 但界面破坏特征并未发生显著变化.