三峡永久船闸人字门顶枢拉架预应力锚杆张拉

 三峡船闸人字门在国内首次设计用预应力锚杆来固定顶枢拉架， 该固定法与地角螺栓固定法比较，可以改善闸顶面混凝土受力，简化 结构设计，但增加了施工安装与预应力张拉难度. 本文以锚杆张拉的 工艺性实验为基础，优化了加载装置安装工艺及平衡加载控制方法.     

斜拉桥索力张拉过程的最优控制

以影响结构为基础,通过拉索张拉过程的结构分析,建立了张拉过程的最优控制数学模型,并采用综合参数法进行求解。该方法不但适合斜拉桥索力张拉过程,而且能够应用于悬索桥、拱桥的施工控制中,对同类问题有重要的参考价值。     

后张法预应力张拉常见问题分析及防治措施

在预应力张拉施工过程中,只有采取积极有效的预防措施,出现问题及时正确地解决,才能彻底清除预应力施工过程中的安全隐患,提高桥梁的工程质量,延长桥梁的使用寿命。     

预应力钢棒加固T梁桥横隔板试验研究

针对T梁桥横隔板开裂、破损的问题,采用预应力钢棒对T梁横隔板进行加固。本文根据T梁桥的结构特点,提出了预应力钢棒的张拉位置及张拉力大小的确定原则,对横隔板的受力进行了分析。加固过程对横隔板裂缝宽度、张拉力进行了监测;对加固前后相同位置的受力情况进行了对比分析。结果表明:预应力钢棒加固T梁后,横隔板储备的压应力可以抵消活载产生的拉应力,横隔板裂缝宽度大大减小,且在荷载作用下裂缝不再扩展;桥梁横向分布性能大大改善,主梁挠度最大可以减少20%以上。采用预应力钢棒加固T梁横隔板效果良好。     

基于稳定理论的剪切薄膜屈曲分析

依据大挠度屈曲理论,考虑沿褶皱方向张拉应力对薄膜结构的影响,推导出了屈曲后的褶皱构形参数表达式,并结合试验结果对所得公式进行了简化. 采用该公式对剪切位移载荷作用下平面张拉薄膜的屈曲现象进行分析. 通过与已有文献公式以及ABAQUS 数值分析结果和试验结果进行比较,从而验证了该公式的有效性和合理性.      

基于应变测量的大跨度桥梁预应力损失的计算与分析

多座桥梁施工的监控结果表明,随着预应力索长度的增大,预应力张拉后所产生的反拱与理论计算值的偏离逐渐加大,预应力损失呈非线性增长。因此,如何正确估计预应力损失产生的主要原因和预应力损失率,对设计和施工都很有意义,目前这方面的研究中定量化描述的较少。本文基于肇庆西江大桥的应变监测结果和预应力索的布置图分析,指出预应力损失的一个重要因素是预应力索的弯角,并给出了预应力损失率与预应力索弯角之间的拟合经验公式,这为工程上预应力损失的准确估算提供了一种新的参考方法。     

数字状张拉整体结构的构型设计与力学性能模拟

针对大型张拉整体结构的设计问题,选取四棱柱状张拉整体结构和截角正八面体状张拉整体结构作为基本胞元,采用节点连接节点的方式建立球柱组合式数字状张拉整体结构,并使用基于结构刚度矩阵的大变形非线性数值求解方法对其进行力学性能分析.在两类胞元满足各自的自平衡条件和稳定性条件的前提下,组合得到的数字状张拉整体结构亦处于自平衡稳定状态,搭建了实物模型进行验证.以数字8状张拉整体结构为例,模拟研究了结构承受自重等分布载荷和单轴拉压等端部载荷时的静力学响应,以及结构无阻尼振动时的固有频率和模态等动力学性能.结果表明,结构在自重作用下的变形行为受初始预应力、压杆密度和拉索刚度的影响较大,对其进行合理配置方可确保结构具有足够刚度抵抗自重;结构在单轴拉压作用下呈现非线性的载荷-位移曲线,拉伸刚度随变形量的增大而增大,压缩刚度随变形量的增大而减小;结构的固有频率随初始预应力的增大而增大,而模态振型基本不变.研究结果丰富了大型张拉整体结构的外形种类,有望推动此类结构在土木建筑、结构材料等领域的应用.     

张拉膜结构的动力松弛法研究

利用动力松弛法对预应力张拉膜进行初始平衡形状的确定以及静载分析。选择平面投影形状作为初始试形状，引入动力松弛法并对其参数进行分析，得出了薄膜结构在预应力态下的平衡形状分析方法，从而对薄膜结构进行静载分析。本文建立的方法对薄膜结构进行找形与静载分析时，无需形成整体刚度矩阵，不会造成误差累积，并且编程简单，迭代速度快，适用范围广，与动力分析具有统一性，十分适用于几何非线性程度较高的张拉柔性结构体系。通过算例分析表明本文方法简便，实用，精度较高，适用于大跨度张拉索网，索膜结构的几何非线性分析。     

数字状张拉整体结构的构型设计与力学性能模拟

针对大型张拉整体结构的设计问题,选取四棱柱状张拉整体结构和截角正八面体状张拉整体结构作为基本胞元,采用节点连接节点的方式建立球柱组合式数字状张拉整体结构,并使用基于结构刚度矩阵的大变形非线性数值求解方法对其进行力学性能分析.在两类胞元满足各自的自平衡条件和稳定性条件的前提下,组合得到的数字状张拉整体结构亦处于自平衡稳定状态,搭建了实物模型进行验证.以数字8状张拉整体结构为例,模拟研究了结构承受自重等分布载荷和单轴拉压等端部载荷时的静力学响应,以及结构无阻尼振动时的固有频率和模态等动力学性能.结果表明,结构在自重作用下的变形行为受初始预应力、压杆密度和拉索刚度的影响较大,对其进行合理配置方可确保结构具有足够刚度抵抗自重;结构在单轴拉压作用下呈现非线性的载荷-位移曲线,拉伸刚度随变形量的增大而增大,压缩刚度随变形量的增大而减小;结构的固有频率随初始预应力的增大而增大,而模态振型基本不变.研究结果丰富了大型张拉整体结构的外形种类,有望推动此类结构在土木建筑、结构材料等领域的应用.      

张拉整体结构的动力学等效建模与实验验证

为了实现张拉整体结构高效动力学计算, 并考虑其大范围运动中柔性杆局部动态屈曲, 提出了一种受压细长杆动力学降阶模型, 采用五节点弹/扭簧集中质量离散模型等效连续杆的静力学和动力学特性. 首先, 通过静力学等效分析推导了弹簧拉压刚度和扭簧弯曲刚度表达式, 可准确预测杆件受压屈曲和近似预测其后屈曲行为. 第二, 通过动能等效分析推导了集中质量表达式, 可准确预测杆在线速度场下的运动. 第三, 通过弯曲振动固有模态等效分析确定弯曲刚度和节点质量的分布参数, 合适的分布参数取值组合可将降阶模型前两阶固有频率相对误差均降低至1%以内. 第四, 在全局坐标系下建立张拉整体结构瞬态动力学方程, 并利用静力凝聚法实现方程高效迭代求解. 最后, 分别对球形张拉整体结构准静态压缩、模态分析和碰撞动力学进行仿真和实验对比分析, 证明了提出的动力学降阶模型可有效预测张拉整体结构的静力学行为、固有振动特性及瞬态动力学响应, 并分析了结构参数变化对其力学特性的影响规律. 本文提出的动力学等效建模与计算方法, 可望用于软着陆行星探测器、大型可展开空间结构及点阵材料等复杂张拉整体系统的动力学分析与控制.      

金属梁在预应力下的冲击响应

工程结构在使用过程中，大部分构件处于预应力状态。为了理清预应力对金属梁在冲击载荷作用下响应的影响机理，对不同轴向预应力条件和不同冲击强度下金属梁的塑性变形规律进行了研究。通过自主设计的预应力加载装置和落锤试验机，实现对金属梁的预应力控制和冲击加载；借助商用软件建立数值模型，对相关工况进行模拟。数值模拟结果与试验结果有较好的一致性。通过对梁的剩余挠度进行对比发现，压预应力状态下的梁受冲击载荷作用所产生的中点剩余挠度会比无预应力时更大；而拉预应力状态下的梁，挠度的变化量与预应力之间没有较一致的规律。从能量角度进行分析发现，梁的塑性变形能来自外加动能和初始内能，外加动能的能量比越高，梁的能量吸收率就越高，且在低能量比时，压预应力下的能量吸收率相对较高，拉预应力下的相对较低；高能量比时，预应力对能量吸收率几乎无影响。压预应力下，梁的极限弯矩增大，长度缩小，增大了的塑性变形能分布在长度缩小了的梁内，必然会导致更大的剩余挠度；拉预应力下，梁的极限弯矩减小，长度增大，增大了的塑性变形能分布在长度增大了的梁内，剩余挠度则没有显而易见的规律。这在一定程度上解释了预应力对冲击载荷作用下金属梁变形的影响机理。     

Mechanical behavior of metals under tension- compression loading at high strain rate

By using a new technique based on a split Hopkinson pressure bar method, a sequenced reverse test (quasi-static tensile prestress, followed by dynamic compression and then followed by dynamic tension) at high strain rate was performed and tension-compression stress-strain relations were derived by using one-dimensional stress wave analysis. Three materials, 2017 aluminium alloy, 0.45% carbon steel, and pure aluminium, were investigated at low and high strain rates, and the strain rate effect on the reverse loading stress-strain curves was compared to that on the loading stress-strain curves. It was found that reduction of yield stress is always associated with load reversals, and the strain rate effect on the reverse loading (tension) is almost the same as that during loading (compression) at higher values of reverse deformation.     

力学在三峡船闸人字门背拉杆调试中的应用

船闸人字闸门在水压力、自重等荷载作用下，易于发生扭曲变形，在人字闸门背后设置背拉杆是增加闸门抗扭措施之一．基于三峡船闸人字闸门背拉杆预应力施工工艺试验，通过建立预应力优化模型求得各组背拉杆的预应力施加控制条件，并通过预应力施加过程分析总结了传统的扭矩法施工工艺失败的原因，在分析闸门受力与变形规律的基础上提出了无扭矩的施加预应力以及只张拉主背拉杆等系列预应力优化施工工艺．这些新工艺提高了三峡船闸闸门施工质量和测控精度．     

岩石拉压蠕变试验仪研制及应用

为了探索岩石在周期性恒定拉伸、压缩荷载作用下的蠕变行为,结合杠杆原理,设计研制了一种岩石杠杆式拉伸、压缩蠕变试验仪。该仪器具有挂重质量小、可方便切换拉、压荷载等特点。首先,通过标定好的数显式拉压荷重传感器对该试验仪拉伸、压缩荷载进行了校正,得出试验仪压缩、拉伸荷载杠杆扩力比分别为81.29倍与59.46倍,挂重质量与施加在岩样荷载呈线性关系(压缩作用下线性关系相关系数R2=0.99975,拉伸作用下R2=0.9991),荷载施加稳定。最后,采用该试验仪对红砂岩进行了单轴恒定拉、压循环荷载下的蠕变试验,探讨了受荷岩样拉压蠕变规律。上述成果丰富了岩石蠕变测试与研究内容,有助于岩石力学试验测试的发展。     

Dynamic Tensile Characterization of a 4330-V Steel with Kolsky Bar Techniques

Dynamic tensile experimental techniques of high-strength alloys using a Kolsky tension bar implemented with pulse shaping and advanced analytical and diagnostic techniques have been developed. The issues that include minimizing abnormal stress peak, determining strain in specimen gage section, evaluating uniform deformation, as well as developing pulse shaping for constant strain rate and stress equilibrium have been addressed in this study to ensure valid experimental conditions and obtainment of reliable high-rate tensile stress–strain response of alloys with a Kolsky tension bar. The techniques were applied to characterize the tensile stress–strain response of a 4330-V steel at two high strain rates. Comparing these high-rate results with quasi-static data, the strain rate effect on the tensile stress–strain response of the 4330-V steel was determined. The 4330-V steel exhibits slight work-hardening behavior in tension and the tensile flow stress is significantly sensitive to strain rate.     

Stress distributions from interference fits and uniaxial tension

Machine assemblies can be prestressed (1) to eliminate stress gradients and (2) to increase fatigue life. Where prestressing is used to reduce stress gradients, the geometry is usually simple and good mathematical models are available for design purposes. The instances where fatigue life is the prime consideration are difficult to analyze because of asymmetry and variable boundary conditions. However, the interference prestress can be determined from an approximate model. The approximate solution indicates that the normal stress at the interface of a bolt-hole assembly varies almost linearly with diametral interference. When a tensile field is added to an interference prestress, even approximate techniques falter. Quantitative agreement with strain-gage data can be made at a point and for the initial loading cycle only. After several cycles, the experimental value of cycle-stress variation at the interface approximates the average applied tensile stress. The calculated value is twice as great. Stresses due to interference fits can be predicted, and prestressed bolted joints designed with greater confidence.     

Analysis of Stretching of Elastoplastic Samples and Necking with Edge Effects

Large deformations of elastoplastic cylindrical rods and shells of different thicknesses under tension are studied. The effect of sample geometry and the dependence of stresses on deformations under uniaxial tension on edge effects and necking are estimated. The applicability of the Considere criterion for determining the instance of stability loss of plastic tensile strain is analyzed. The computational experiments confirm that the role of similarity in the processes of nonuniform tensile strain of samples can be played by the ratio of the tangent of the slope of the true strain diagram to the stress intensity.     

轴向拉伸下氮化钛纳米杆变形机制及力学性能的分子动力学研究

本文使用分子动力学软件包lammps并采用第二近邻改进型嵌入原子法(2NN MEAM)模拟了单晶氮化钛纳米杆的轴向拉伸破坏过程,分析了分别沿[100]、[111]晶向的不同截面尺寸、不同拉伸应变率、不同温度下的氮化钛纳米杆的力学性能,详细描述了氮化钛纳米杆拉伸变形过程。研究发现, 拉伸晶向、截面尺寸、拉伸应变率及温度均会对TiN纳米杆的拉伸变形过程及屈服强度、弹性模量等力学性能产生不同程度的影响。 沿[100]晶向的拉伸,截面尺寸越大,屈服强度越低;而沿[111]晶向,截面尺寸越大,屈服强度越大。应变率越大,屈服强度及屈服应变越大,但对于弹性模量几乎无影响。温度越高,材料的屈服强度、屈服应变及弹性模量越小,断裂应变越大。不同拉伸条件下的氮化钛纳米杆的拉伸过程均包括弹性变形、塑性变形与断裂阶段。[100]晶向的弹性模量都要高于[111]晶向。     

Identification of the tensile force in high-tension bars using modal sensitivities

In certain field applications involving the repair or replacement of structural members, the knowledge of the tensile forces in tension members may be critical in the selection of the retrofit or rehabilitation process. To date, several methods have been presented to estimate in situ tensile forces using static and/or dynamic responses of the tension members. However, each and every one of these methods has its disadvantages as well as advantages in its procedures, level of accuracy, and equipment requirements. This paper presents a practical method to identify the tensile force in a high-tension bar using the changes in the modal sensitivities. The methodology can identify not only the tensile force but also other related parameters such as the magnitude of end constraint. The methodology utilizes the sensitivity relationship between the natural frequencies, the structural parameters, and the tensile force in the member. In this paper, the basic elements of the approach are summarized and the proposed method is validated using both numerical and experimental data. Also, the impact of model uncertainty to the performance of the parameter identification is investigated.     

侧向受拉脆性岩石压缩本构及蠕变失效研究

轴向压缩作用下,脆性岩石侧向应力严重影响岩石力学特性。侧向压应力影响下的轴向压缩岩石力学行为已经得到广泛研究,然而侧向拉应力对轴向压缩岩石力学行为影响研究很少。本文基于脆性岩石翼型裂纹扩展模型中,初始裂纹面法向应力与剪切应力的正负方向为判断依据,研究了侧向拉应力对轴向压缩力学行为的影响。发现恒定的侧向拉应力作用下,轴向压缩应力渐进变化过程中,脆性岩石内部细观初始裂纹面的法向应力只能为压缩应力,不存在拉应力情况。分析了从侧向压应力到拉应力转化过程中,脆性岩石轴向压应力与细观裂纹扩展长度关系、轴向压应力与轴向应变关系、岩石峰值强度、裂纹启裂应力及初始弹性模量的变化规律。并分析了侧向拉应力对岩石蠕变裂纹长度、裂纹速率、轴向应变及应变率演化曲线,以及对蠕变失效时间及稳态蠕变应变率的影响。讨论了侧向拉压应力突变转化以及侧向拉应力分级增大对轴向压缩岩石蠕变演化行为影响。该研究为深部地下工程围岩稳定性评价提供了一定理论依据。