高频振动下岩土颗粒材料动力行为及细观机理

针对高频振动条件下岩土颗粒材料动力响应放大的现象,采用离散元法开展了一系列动双轴数值试验,分析了不同荷载频率下岩土颗粒材料的动力行为及其细观特征．试验结果表明：对于模拟的岩土颗粒材料,在加载频率为30～40 Hz时的动力变形尤其明显,加载过程中塑性变形快速发展,试件内部形成“八”字型剪切带,动刚度显著降低．提出了“竖向分布系数”描述试件内部的局部变形规律,并结合颗粒细观受力特征,探究了试件变形加剧和刚度弱化的细观机理．研究发现相较20 Hz和60 Hz工况,加载频率为40 Hz时试件中下部区域的局部动变形振动幅值明显增大,颗粒处于高度动力非平衡态,颗粒体系的排列结构和接触力剧烈调整,使得试件变形加剧、承载性能显著弱化．     

钢筋再生混凝土梁徐变性能试验研究

为揭示钢筋再生混凝土梁的徐变性能,通过三种持荷水平下9根钢筋再生混凝土梁试件的徐变(徐变应变与徐变挠度)对比试验,分析了钢筋再生混凝土梁徐变与时间的相关关系,研究了加荷幅值、初始变形(初始应变、初始挠度)等因素对钢筋再生混凝土梁徐变性能的影响规律,揭示了钢筋再生混凝土梁的徐变机理。研究结果表明:在45%极限荷载水平的持续作用下,钢筋再生混凝土梁总徐变挠度值为初始挠度值的62%左右,并且在前期发展较快,7d发展至总徐变挠度值的64%左右,后期变缓;钢筋再生混凝土梁徐变随着施加荷载幅值、初始变形的升高而有所增加。经历徐变过程后的钢筋再生混凝土梁,其承载性能有所下降,变化趋势为总徐变值越大,降低的幅度也越大。     

持荷混凝土构件耐久性试验加载装置应用技术

针对混凝土构件耐久性试验环境的腐蚀性和多变性、试验设备容量的限制、混凝土的徐变及加载杆件的松弛等影响,对持荷试件加载装置进行了设计与研究。通过自平衡加载装置对紧固件施加扭矩来控制持荷试件的应力水平,并实时监测不同材质及环境下的扭矩系数、混凝土徐变和紧固件的应力松弛,以此获得扭矩的衰减规律,为试件应力补偿提供理论依据。采用两套加载装置对8根(套)试件进行了测试,试验结果表明,自平衡加载装置适用性强、加载及其补偿简便且能够满足试验要求,持荷试件应力损失在六周后趋于稳定。该装置及其应用技术可用于荷载与环境共同作用下混凝土构件的耐久性试验。     

爆炸荷载作用下影响RC梁破坏形态的主要因素分析

在冲击、爆炸等强荷载作用下，钢筋混凝土结构通常是发生弯曲破坏。室内外试验结果表明，当动荷载峰值较大、作用时间较短（脉冲荷载）时，钢筋混凝土结构易发生脆性的剪切破坏，其主要原因是脉冲荷载的高频成份丰富和加载速率高等特点容易激发结构构件中的剪切变形和剪 应力。本文基于Timoshenko梁理论，提出了一种爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁破坏形态的有限差分预报方法，利用该方法分析了荷载加载速率、截面高度、混凝土强度、配筋率等对钢筋混凝土破坏形态的影响规律，并指出，随着荷载升压段加载速率、截面高度、主筋配筋率的增加或混凝土强度的降低，梁的破坏形态从弯曲破坏转变为剪切破坏。     

胶新铁路砂土液化区路基沉降规律研究

地震液化常给人们带来巨大损失,而剪切振动和循环荷载作用下的动力学效应常被认为是地震液化的主要原因,人们对剪切荷载作用下饱和砂土的液化问题进行了较多的研究,而对循环荷载作用下砂土液化的动力学效应研究较少。胶新铁路在DK39+000开始为高地震烈度区,DK283+550~DK283+770分布有地震可液化层,工程修建后列车动荷载的影响将会有诱发砂土液化的可能性。为了研究通车前自然沉降特征和通车后循环荷载作用下的路基沉降变形规律,本文在具体分析了砂土液化的概念和准则判别的基础上,重点分析了砂土液化区路基沉降特征,包括测试断面竖向分层沉降变形特征分析和路基水平位移特征分析。最后在试验的基础上,从理论上给出了循环荷载下砂土的本构关系。     

RPC箱型桥墩抗震性能的试验研究与数值分析

以RPC箱型桥墩为研究对象,拟定合理结构形式和尺寸,设计了3个RPC箱型墩试件。通过对试件施加常轴力以及水平反复荷载,研究了水平荷载加载方向角对RPC箱型墩抗震性能的影响,分析了各试件的韧性、滞回曲线、骨架曲线、荷载退化曲线和刚度退化曲线等方面的特征,并得出了各试件的位移延性系数和耗能系数。作者编制并验证了单向荷载作用下的全过程非线性数值分析程序。实验与数值结果表明:RPC箱型墩具有较好的抗震性能,水平荷载加载方向角是影响箱型墩抗震性能的一个重要因素;斜向受力构件的抗震性能要弱于主轴受力构件。     

地震栓波器假频本质的动力稳定性解释

地震栓波器是用来栓测竖向地震波的仪器.本文根据它的实际结构,提出了一个较精确的力学模型——双层三悬丝模型.把悬丝作为曲杆,用动力稳定性理论进行分析,揭示了地震仪栓波器由于竖向地震波以外的因素而产生输出的所谓假频现象产生的原因:位于悬丝所在水平面内的激励在一定条件下将导致悬丝在面外动力失稳而产生强烈振动,从而引起虚假输出.计算结果说明了影响假频的诸因素,为激励速度峰值、激励相对于栓波器的方向和曲杆面内振动的固有频率等的作用,并与实验值作了比较.     

双向拟静力加载规则对钢筋混凝土高墩滞回性能的影响

通过四种不同双向加载规则的钢筋混凝土高墩拟静力试验,初步研究了双向拟静力加载规则对其滞回特性的影响规律。本文主要介绍钢筋混凝土高墩的试验构件设计,加载装置、测试方法和加载规则,着重比较了对角线加载、正方形加载、菱形加载和圆形加载等四种加载规则的钢筋混凝土高墩的滞回性能,包括荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、荷载退化、刚度退化以及累积滞回耗能的特点,并分析这些特点与双向加载规则之间的关系。结论认为:对角线加载模式加载效率高且能较好反映高墩双向抗震滞回性能,适合于高墩的双向拟静力试验研究。     

作动器参数对结构性能的影响和调整受力状态的实施策略模拟

基于规划法研究了作动器各参数对自适应超静定桁架性能的影响。该规划法能够使结构工作状态更合理化。这一方法能够改善自适应结构的工作状态因而提高承载能力。以此为基础，研究了具有作动器的组合杆的有关参数诸如变形上限、刚度和承载力上限对于控制效果的影响。从而为作动器的合理选择提供了理论根据。对于调整作动器变形以控制结构强度的实施策略进行了模拟和分析。该策略包括3部分：1．模拟和分析了“加载、调控、卸载”重复循环直至调控的完成；2．不同作动器按比例同时放大变形直到调控实现；3．多次加载、调控同一次加载、调控结构的等价性。研究表明本文提出的使结构工作状态合理化的调控过程是安全、可靠和灵活的。     

分布式连接全装配RC楼盖竖向承载特性有限元分析

为揭示分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)的竖向承载机理,在试验的基础上,进行了DCPCD在竖向均布荷载下的有限元分析,对DCPCD的承载力、变形特点、应力与应变分布等进行了研究。结果表明:在弹性阶段,DCPCD竖向承载力略小于现浇楼盖,远大于无板缝连接件的装配式楼盖,验证了DCPCD板缝构造横板向传力的有效性;DCPCD与现浇楼盖的挠曲变形形状相似,具有明显的双向板楼盖的变形特征;DCPCD开裂荷载低于现浇楼盖,板底顺板向钢筋先于现浇楼盖板底钢筋屈服;盖板式连接件开孔板的屈服晚于连接件锚筋和板底钢筋,应用时应提高锚板锚固强度,避免锚板滑移,从而提高楼盖的承载力和可修复性。研究成果可为DCPCD的研究和应用提供依据。     

介电弹性作动器主动隔振模糊控制试验研究

采用模糊控制策略,开展介电弹性作动器的主动隔振性能试验研究。基于介电弹性材料的Maxwell应力模型建立了作动器的力电耦合模型,分析了作动器的非线性特性;针对隔振系统设计了Mamdani型模糊控制器,建立了控制电压信号与振动响应之间的关系;在此基础上,开展了介电弹性作动器主动隔振试验研究,并与加速度反馈控制进行了对比。试验结果表明,在相同驱动电压的情况下,基于模糊控制策略的主动隔振性能要优于加速度反馈控制,且能够显著降低由于非线性驱动力导致的倍频响应幅值,有助于提高隔振系统的稳定性。     

带剪切型压电激励器的板的高阶剪切变形理论

利用压电材料固有的正，逆压电效应可以对结构变形和振动进行控制。与外加电场与极化方向平行于板厚度的压电材料的拉伸作动机制相比，外加电场与极化方向垂直的压电材料的剪切作动机制可以在作动器内产生较小的应力，从而降低作动器边界产生分层破坏的危险。本文对于压电材料的剪切作动机制进行研究，应用三阶剪切变形理论建立带剪切型压电激励器的智能层合板模型。采用哈密顿原理导出带剪切型压电激励器的层合板的控制方程。采用空间法得到了各种边界条件组合条件下板的解析解。数值算例对一三层板采用高阶和一阶剪切变形理论进行计算，结果表明两种理论所得的变形曲线很相似。但对于厚度剪切型激励器而言，由于激励器是引起板的剪切变形，而高阶剪切变形理论比一阶剪切变形理论能更好地反映结构的剪切应变能，因此高阶剪切变形理论可以提供板变形的更为精确的解。因此，对于厚度剪切型激励器，剪切变形理论的选取对于板变形结果的好坏有重要的作用。     

高速铁路CFG桩复合地基柔性载荷试验研究

高速铁路建设的迅速发展及高速铁路对路基沉降的严格要求,CFG桩在高速铁路路基的处理上得到大量运用。但铁路工程对路基的作用原理与工民建工程对地基的作用原理有本质的区别,工民建房屋建筑荷载通过基础对地基施加刚性荷载,而铁路路基直接承受上部路堤的自重和列车运行产生的柔性荷载。高速铁路CFG桩复合地基的设计都是根据工民建行业的设计理论进行,其试验结果必然与实际情况存在偏差。本文着手研究适合于高速铁路复合地基的柔性载荷试验方法,模拟高速铁路柔性加载的特性,通过数值分析对比了刚性荷载和柔性载荷作用下CFG桩复合地基的桩、土应力、位移分布情况;通过现场载荷试验对设计方案进行了验证,研究了高速铁路CFG桩复合地基的承载力特性,结果证明柔性载荷试验是可行的,能合理的模拟高速铁路CFG桩复合地基承载特性,可为柔性基础下CFG桩复合地基的设计提供基础。     

长期持荷工况下钢管混凝土构件的抗撞击性能

为研究长期荷载作用对钢管混凝土构件抗撞击性能的影响,利用有限元软件ABAQUS建立了长期荷载与侧向撞击荷载作用的耦合分析模型以及撞击后剩余受压承载力计算模型。对比了一次加载模式下和长期荷载作用下构件遭受撞击的动力响应,采用剩余受压承载力系数量化分析了两种加载模式下构件的剩余受压承载力。典型的有限元模型分析表明:相较于一次加载模式,考虑长期荷载作用时撞击力峰值和平台值下降,撞击时间延长,构件跨中挠度增大,但撞击力对构件做功基本保持不变;考虑长期荷载作用的撞击过程轴向荷载做功比一次加载模式增大,增加的功主要通过外钢管的塑性变形耗散,核心混凝土贡献较小;长期荷载作用下构件的剩余受压承载力系数均低于一次加载模式,撞击条件相同时,一次加载模式下撞击后可以继续承载的构件在考虑长期荷载作用时可能会丧失承载能力;提高含钢率和钢材屈服强度、降低长期荷载比可有效减小长期荷载对构件抗撞击性能的不利影响。     

动支座对拱结构抗爆承载力的影响

建立了具有动支座拱的计算模型,该模型考虑了竖向的弹性支承和阻尼支承、水平向弹性支承和扭转约束等柔性支承形式。基于大变形动力微分方程并利用有限差分方法,研究了动支座拱在爆炸荷载作用下的动力响应,并分析动支座对结构承载力的影响。研究表明:动支座对拱的抗爆承载能力有较大影响,不同形式的柔性支承对拱承载力的影响截然不同,竖向弹性支承能够使爆炸荷载作用下拱的弯矩峰值减小,并且使到达峰值的时间增加,提高了拱的抗爆或承受瞬态荷载的能力。而水平弹性支承使拱的内力值和相对位移值增大,对结构的承载力不利。     

钢筋锈蚀条件下混凝土柱有效弹性模量试验研究

通过对16根钢筋混凝土柱进行腐蚀与长期荷载共同作用的长期试验,研究构件在不同配筋率、钢筋锈蚀率及加载龄期下有效弹性模量的变化规律,配筋率分别为1%、2%、3%,钢筋锈蚀率分别为0%、10%、20%,加载龄期分别为7d和28d。研究结果表明:配筋率与加载龄期对钢筋混凝土有效弹性模量都有影响,两种影响具有叠加效应,并且这种叠加效应不只是简单的线性叠加;钢筋锈蚀率越大,钢筋混凝土有效弹性模量越小。在试验研究的同时,还提出了考虑配筋率与钢筋锈蚀率的混凝土柱有效弹性模量计算模型,通过模型计算值与试验值的相对误差对比,验证了本文计算模型的有效性和适用性。     

副翼铰链力矩脱机校准试验的简化方法及验证

飞机副翼铰链力矩飞行实测是新机定型的必要环节。采取传统的脱机载荷校准方法完成某新型民机副翼铰链力矩的校准试验需要自主研发专用实验台,难度大、成本高。本文提出了一种简化的副翼作动器脱机载荷校准试验方法,不需要研制专用实验台,仅使用一台拉压试验机,排空作动器中的液压油,将作动器直接安装在拉压试验机上进行拉压试验即可完成校准试验,建立载荷模型。通过两点和四点地面联机验证试验验证了载荷模型的正确性,其中四点加载时左右副翼载荷模型的误差分别为0.8%和0.3%。该方法为具有类似结构飞机活动面的脱机载荷校准试验提供了一种重要的技术途径。     

动载荷下含空气泡的TNT装药安全性能的实验研究

本文采用自行设计加工的应力发生器装置,对被试验炸药施加上升时间为1030ms的压力加载;应用数理统计的方法(试验设计的正交法和感度试验的上下法),实验研究了含有各种空气泡的压装TNT在此压力加载下的安全性规律,并由此外推得到了不含空气泡的压装TNT在此压力加载下的安全性能。     

模拟酸雨腐蚀预应力混凝土T梁重载交通疲劳性能研究

为了研究酸雨腐蚀环境下预应力混凝土T梁重载交通疲劳性能,对6根腐蚀预应力混凝土梁进行静载试验和等幅疲劳试验,利用显微镜观察钢筋疲劳断裂时的破坏形态,从而推出相应条件下钢筋破坏的几何模型。结果表明：腐蚀预应力混凝土梁的疲劳破坏以底部钢筋发生疲劳脆性断裂为标志;在疲劳加载过程中,预应力混凝土梁荷载-挠度曲线、混凝土、钢筋和钢绞线荷载-挠度曲线呈现“疏-密-疏”三段式变化;钢筋疲劳裂纹的发展规律与钢筋应变的变化相对应;相较于未腐蚀试件,腐蚀试件疲劳寿命降低了32.7%;疲劳上限值为0.45和0.6倍极限荷载时,预应力混凝土梁疲劳寿命均小于200万次,且相较于疲劳上限值为0.3倍极限荷载时分别下降69.3%、85.1%。     

高阻尼混凝土剪切阻尼性能的测试装置设计

高阻尼混凝土的阻尼性能与工作频率紧密相关, 以往测试材料阻尼性能的黏弹谱仪或 动态力学分析仪, 无法测试如混凝土之类大尺寸材料的剪切阻尼性能. 针对高阻尼素混凝土 剪切直杆, 采用复阻尼模型, 建立剪切振动方程, 通过振型分解法求得简谐荷载激励下杆端 稳态位移反应, 得到了混凝土材料剪切阻尼性能的测试公式, 并设计了相应的阻尼测试装置. 该测试装置为研究混凝土类大尺寸材料的剪切阻尼性能和阻尼机理奠定了重要基础.