CFRP阶梯加固钢板端部胶层应力的理论模型研究

CFRP阶梯加固可以有效减小CFRP端部胶层应力,防止胶层过早剥离而导致CFRP加固失效．文中通过理论推导建立CFRP阶梯加固钢板的端部胶层剪应力和正应力的理论模型,并采用有限元模型验证了理论模型,然后利用理论模型研究了加固参数对胶层应力的影响．研究结果表明：理论模型可以有效地计算端部胶层应力,且当阶梯端部长度超过“最小端部长度”时,理论模型可以准确计算端部胶层的最大应力值及其发生位置;利用理论模型便于分析各种参数对端部胶层应力的影响,其中胶层厚度、阶梯数量和CFRP厚度对端部胶层应力影响较大．     

桁架式钢筋混凝土叠合板式墙抗爆性能实验

为研究桁架式叠合板式墙的抗爆性能,进行了2块桁架式叠合板式墙和2块现浇板式墙在多次冲击荷载作用下的对比实验,分析了各试件的破坏过程、变形(刚度)、承载力、强度及裂缝分布形态。结果表明:桁架式叠合板式墙与现浇板式墙相比,爆炸破坏过程相似;爆炸荷载小时,试件处于弹性状态,两者刚度基本一致;开裂后,现浇板式墙比叠合板式墙刚度降低明显快,桁架钢筋能有效抑制裂缝扩展,且试件并未出现剪切破坏。说明桁架式叠合板式墙的整体性能较好,叠合板式墙的抗爆性能优于现浇板式墙。     

端弯矩与端部约束对钢柱抗火性能的影响

基于有限元方法模拟约束钢柱在火荷载作用下的抗火行为,分析轴向约束刚度、转动约束刚度、同向曲率的端弯矩作用对其抗火性能的影响,探讨轴向约束刚度、转动约束刚度与临界温度之间的关系。通过对约束钢柱火灾下的受力及变形性能较为全面地进行参数分析,得出:轴向约束刚度比增大,钢柱临界温度降低;转动约束刚度比增大,临界温度升高;在轴向约束条件下,截面温度分布均匀时端弯矩作用使钢柱临界温度显著降低;截面温差为200℃时,端弯矩作用的不利影响更加明显,端弯矩作用越大,受约束钢柱抗火性能越低;具有转动约束的钢柱,约束作用较小时,端弯矩作用会对其抗火性能产生不利影响,约束作用较大时,端弯矩作用对其抗火性能影响较小;截面温差为200℃时,端弯矩作用下的转动约束钢柱临界温度值几乎与轴向荷载作用下相同。另外,划分了"安全区"和"非安全区"两个区域,在抗火设计中保证钢柱的温度在安全区范围内,钢柱的抗火能力即可满足要求;端弯矩作用对约束钢柱抗火性能具有不利影响,会使安全区范围缩小。     

热应力作用下层合路面结构层间剥离内力分析

温度变化会造成环氧树脂-混凝土特种路面结构边缘处产生脱层现象.基于层合结构热应力的两变量解析模型,推导了层间剥离力矩和剥离剪力.该方法避免了采用弹性理论求解局部复杂应力状态的困难,为解决层合结构边界脱层问题提供了新途径;由此,研究了环氧树脂层的厚度和弹性模量对层间剥离内力和混凝土层最大拉应力的影响.计算结果表明,通过控制环氧树脂层厚度和弹性模量,可有效降低剥离内力,避免剥离破坏.     

燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的加固性能

为研究燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的加固性能，基于有限元软件LS-DYNA，建立了砌体墙简化数值模型，分析了GB 50779-2012 石油化工控制室抗爆设计规范中建议的荷载作用下砌体墙高度和厚度的影响，对比了玄武岩纤维(basalt fiber reinforced plastic, BFRP)布与喷涂式聚脲对蒸压加气混凝土单向砌体墙的加固效果，并以防止砌体墙倒塌为设计目标，给出了加固建议。研究表明，本文中建立的简化数值模型能较好地模拟燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的变形和破坏模式，计算结果与试验吻合良好；《规范》建议荷载作用下，未加固砌体墙以弯曲破坏为主，随着墙体高度增加，破坏模式由弯曲破坏向剪切破坏转变；BFRP布条加固可以有效提高墙体抗弯刚度和压拱效应，而聚脲涂层加固对抗弯刚度提高有限但墙体拉拱效应明显，二者均能显著提高墙体抗爆性能；加固墙体均发生弯曲破坏，BFRP布条材料的断裂一般发生在墙体位移最大处，而聚脲涂层材料的断裂发生在跨端边界处。     

冲击荷载作用下滤波混凝土的动态响应与层裂损伤数值研究

借鉴局域共振材料的工作机制,通过在混凝土基体中嵌入滤波单元,设计出具有应力波衰减特性的滤波混凝土。通过将滤波混凝土结构简化为质量弹簧力学系统来分析滤波混凝土对应力波的衰减机制。采用数值模拟方法,对比研究了冲击荷载作用下普通混凝土模型和滤波混凝土模型中应力波的传播特性和层裂破坏模式。通过参数分析,研究了滤波单元的材料和几何属性对其储能效果的影响。研究结果表明：滤波单元有效降低了混凝土基体中应力波的传播速度和应力峰值;滤波单元的储能机制有效降低了混凝土基体中的能量;金属球的质量越大,滤波单元的储能效果越好,但弹性层的弹性模量和厚度需要通过适当分析进行设计以实现滤波单元的储能最大化;滤波混凝土基体的局部损伤耗散了荷载中的大量能量,有效降低了结构自由面附近的破坏程度。     

火灾下防火涂料破损后约束柱的稳定承载力

为考察地震破坏防火涂料后钢柱的抗火性能,根据势能驻值原理推导了约束钢柱两端防火涂料破损后稳定承载力计算方法.分别讨论了防火涂料的破损长度、钢柱的升温以及端部转动约束刚度对稳定承载力的影响.结果表明:破损长度对约束柱稳定承载力影响较大;温度较低时,温度对稳定承载力影响不大,而端部约束刚度对稳定承载力影响较大,温度超过500℃以后,温度对稳定承载力有较大影响,而转动约束刚度对稳定承载力影响变小.     

爆炸荷载作用下配筋砌体结构的动力响应

基于大型非线性动力有限元软件LS-DYNA,通过改变墙体的约束情况、砌体材料的强度等级、纵 向配筋率、高宽比、荷载峰值、墙体距爆心点距离、墙体开洞以及粘贴玻璃纤维复合材料等,得到配筋砌体墙在 爆炸荷载作用下的变形规律、破坏情况以及结构墙体中砌体材料、钢筋的应力和位移随时间的变化规律。同 时对各种不同工况下配筋砌体墙的防爆性能进行比较,找出了影响结构响应最为重要的因素,给配筋砌体墙 防爆设计提供参考。     

钢框架外挂再生混凝土墙板结构局部性能分析

为研究钢框架外挂再生混凝土墙板结构的受力性能,对两榀单层单跨1︰3缩尺的钢框架外挂再生混凝土墙板试件进行了拟静力试验。在对结构滞回曲线分析的基础上,重点研究该结构中外挂节点的破坏模式、框架梁柱和梁柱节点的应力分布、内力传递机理等局部性能。结果表明:钢框架外挂再生混凝土墙板结构的耗能能力偏低,但持荷性能较好;栓焊混合梁柱节点中钢框架内力分布均匀,梁柱节点整体性能好;平齐端板梁柱节点在强震下变形能力强,钢梁受压翼缘和端板局部翘曲;在开裂荷载之前,外挂墙板与连接角钢接触良好,钢框架与墙体协同工作,性能稳定;峰值荷载过后,下部外挂节点处钢柱翼缘局部屈曲,连带角钢产生较大扭转变形,上部外挂节点周围的墙体混凝土局部压碎、脱落,钢筋裸露,结构丧失承载能力。     

用于RC框架-轻钢增层混合结构的新型外箍式节点抗震性能试验研究

RC框架-轻钢增层混合结构是一种上轻下重、刚度突变明显的复杂结构,为了保证结构整体协同工作,本文提出了一种能够有效减缓刚度突变和增强对上部结构约束的新型外箍式连接节点。通过对新型外箍式节点与传统植筋节点的1∶2缩尺模型拟静力试验研究,得到了试件破坏模式和荷载-位移滞回曲线,对比分析了其滞回特性、梁端塑性铰、骨架曲线、强度退化、刚度退化和耗能能力等抗震性能。结果表明:新型外箍式节点可以使梁端塑性铰远离梁根部,有效保护了节点核心区;新型节点通过外箍钢板的构造措施提高了试件的初始刚度、承载力和耗能能力,减缓了刚度与强度退化速度,表明新型节点的抗震性能大幅度优于传统植筋节点,研究成果可为RC框架-轻钢增层混合结构的节点设计提供一定参考。     

弹性地基双层梁理论下的混凝土路面力学分析

为建立混凝土路面结构受力分析计算模型,以Winkler弹性地基梁模型为基础,推导出了弹性地基双层梁理论的表达式;给定边界条件,利用MATLAB软件获得了无限长弹性地基梁在集中力作用下的挠度表达式。将混凝土路面结构简化为弹性地基上的双层梁,当车辆荷载作用于混凝土路面时,在集中载荷的作用下,建立了面层与基层的微分平衡方程。应用广义“初参数”法,得到了双层梁位移和应力的解析解。通过算例,对面层及基层的变形和应力进行了分析,结果表明:增大面层、基层的轴惯性矩和地基的弹性常数,可以有效地减少面层和基层的变形量,降低最大应力数值,但抗弯刚度对基层和面层的弯矩受力影响不大。最后将结果与ANSYS分析结果进行了比较,佐证了解的可靠性,研究结果可为混凝土路面结构设计提供依据。     

不同模量理论弹性支承连续梁及框架

弹性支承连续梁及框架结构的内力不仅与各杆件的刚度有关，而且与支承结构的刚度有关．当引入拉压不同模量后，各杆件的抗弯刚度EI不再为常数(与经典力学不同)，而是内力的函数，使结构内力计算成为非线性问题．用分段积分法推导出不同模量弹性支承连续梁及框架的中性轴公式和内力计算表达式并编制非线性内力计算迭代程序．通过实例计算对比分析不同模量与经典力学相同模量两种方法计算结果的差异，最后提出对该类结构计算的合理建议以及利用不同模量对结构进行优化的结论．     

舱内爆炸载荷下箱型舱室角隅连接结构设计

通过有限元软件LS-DYNA建立了舱内爆炸载荷下箱型舱室动响应数值模型,并借助文献试验结果验证了数值模型的可靠性,研究了平板型、内凹型、外凸型、箭头型、箭矢型、背面弧型等6种角隅连接结构对舱内爆炸载荷下箱型舱室变形、特征位置压力和破坏模式的影响,分析了内爆效应下角隅连接结构的失效机理。数值结果表明:舱壁角隅位置是舱内爆炸载荷作用下舱室易发生破坏撕裂的特征位置;相比无连接结构,平板型连接结构对舱壁最大塑性变形改善最大,降低幅度达到了31.9%;背面弧型连接结构能够使箱型舱室角隅等效塑性应变降低约60%;设置连接结构能够改变高塑性应变的发生位置,进而改变箱型舱室的破坏模式;采用平板型、内凹型、背面弧型连接结构的箱型舱室能够有效避免角隅失效破坏。     

考虑收缩徐变影响的新旧混凝土叠合梁单元刚度矩阵改进

混凝土自身的收缩徐变会在新旧混凝土叠合梁中使应力重分布.为了计算重分布应力,首先推导以挠度表达的叠合梁非线性微分方程,然后通过求解该微分方程,引入位移形函数、刚度形函数和等效节点载荷形函数,最后得出新混凝土梁、旧混凝土梁和Goodman弹性夹层三合一的叠合梁改进型单元刚度矩阵和等效节点载荷,从而为收缩徐变影响下的混凝土的内力计算提供了一种有效的新方法.文中还进行了实例验证分析,并从中得出了一些有益的结论.     

Bending of functionally graded cantilever beam with power-law non-linearity subjected to an end force

A realistic beam structure often exhibits material and geometrical non-linearity, in particular for those made of metals. The mechanical behaviors of a non-linear functionally graded-material (FGM) cantilever beam subjected to an end force are investigated by using large and small deformation theories. Young's modulus is assumed to be depth-dependent. For an FGM beam of power-law hardening, the location of the neutral axis is determined. The effects of depth-dependent Young's modulus and non-linearity parameter on the deflections and rotations of the FGM beams are analyzed. Our results show that different gradient indexes may change the bending stiffness of the beam so that an FGM beam may bear larger applied load than a homogeneous beam when choosing appropriate gradients. Moreover, the bending stress distribution in an FGM beam is completely different from that in a homogeneous beam. The bending stress arrives at the maximum tensile stress at an internal position rather than at the surface. Obtained results are useful in safety design of linear and non-linear beams.     

基于等效刚度的矩形孔蜂窝梁钢框架结构内力计算方法

蜂窝梁钢框架结构因梁截面沿长度周期性变化,不能直接采用普通钢框架结构矩阵位移法计算框架内力和位移．本文基于等效刚度法推导了矩形孔蜂窝梁的等效抗弯刚度、抗剪刚度和轴向刚度,建立了矩形孔蜂窝梁的单元刚度方程,提出了矩形孔蜂窝梁钢框架内力和位移计算方法．算例理论计算结果与有限元分析结果表明,两种方法计算结果非常接近．本文提出的等效刚度法概念清晰,准确性好,适用于计算蜂窝梁钢框架结构的内力和位移．     

局部失效缺陷下的二级层级褶皱结构失效机理研究

基于弹性梁理论,对局部失效缺陷下的二级层级褶皱结构失效机理进行了分析。通过对原结构体系和局部失效后新结构体系的受力分析,归纳总结了结构的六种失效模式。根据各失效模式之间的占优关系绘制了失效机理图,讨论了参数l1/l、θ和α对失效机理图的影响,并基于特定失效序列优化约束,给出了结构轻量化优化列式。通过数值仿真,验证了局部失效后二级层级褶皱结构失效预测的正确性和层级失效序列设计思路的可行性。最后采用3D打印模型进行了验证实验,实验结果与理论解吻合较好。     

碳纤维布加固混凝土梁的解析分析

根据弹性理论和部分组合截面假定，分析碳纤维布加固混凝土梁体系，建立单位长度粘结界面剪力表达式和碳纤维布轴向拉力微分方程，从而推导出碳纤维布拉力、混凝土梁正截面弯矩和粘结界面剪应力解析解的一般形式，满足实际应用．结合算例指出：碳纤维布轴向拉力和粘结界面剪应力分布不均匀，在端部区段应力集中，可能导致加固失效，应采取措施加强锚固．     

变刚度梁弯曲解析解在桥面板中的应用

针对新型连续窄幅钢箱梁-混凝土组合桥梁,研究了该桥型桥梁的桥面板拉应力控制方法与措施．将该桥型组合桥梁等效为可变刚度的Euler梁,给出任意横向荷载作用下变刚度梁的静力弯曲解析通解,并得到三跨连续阶梯型变刚度梁变形及其内力分布特征．在此基础上,以三跨连续窄幅钢箱梁-混凝土组合桥梁为研究对象,考虑下部钢箱梁与上部混凝土桥面板完全剪力连接,通过改变负弯矩区钢箱梁壁厚、内部充填混凝土的强度、长度与高度等参数,分析得到可有效控制桥面板拉应力的关键因素．结果显示：在负弯矩区段内的钢箱梁内部充填混凝土对控制该区域混凝土桥面板拉应力效果明显,但混凝土强度影响较弱．混凝土桥面板开裂区域随钢箱梁中充填混凝土长度的增加而减少,但桥面板顶部拉应力会随混凝土充填高度的增加呈现先减小后增大的趋势,在充填高度为箱梁内部净高的20 %~30 %左右时效果较为显著,此时经济效益最佳．     

The nonlinear vibration analysis of a clamped-clamped beam by a reduced multibody method

The nonlinear response characteristics for a dynamic system with a geometric nonlinearity is examined using a multibody dynamics method. The planar system is an initially straight clamped-clamped beam subject to high frequency excitation in the vicinity of its third natural mode. The model includes a pre-applied static axial load, linear bending stiffness and a cubic in-plane stretching force. Constrained flexibility is applied to a multibody method that lumps the beam into N elements for three substructures subjected to the nonlinear partial differential equation of motion and N-1 linear modal constraints. This procedure is verified by d'Alembert's principle and leads to a discrete form of Galerkin's method. A finite difference scheme models the elastic forces. The beam is tuned by the axial force to obtain fourth order internal resonance that demonstrates bimodal and trimodal responses in agreement with low and moderate excitation test results. The continuous Galerkin method is shown to generate results conflicting with the test and multibody method. A new checking function based on Gauss' principle of least constraint is applied to the beam to minimize modal constraint error.