组合荷载作用下腐蚀缺陷管道的极限承载力

腐蚀缺陷的存在会降低管道的承载力,影响管道的正常运行.考虑了管道轴向与环向材料强度的各向异性,提出了腐蚀缺陷压力管道在内压、轴力和弯矩组合荷载作用下极限承载力的一组广义解.推导了等深度腐蚀、椭圆腐蚀和抛物线三种形状腐蚀缺陷管道的解析解.通过算例验证了解析解与广义解结果具有很好的吻合性.腐蚀形状对极限承载力有显著影响,把...     

玻璃纤维管约束再生混凝土柱轴压性能研究

为研究玻璃纤维管约束再生混凝土柱轴心受压性能,设计了13个试件并对其进行轴心受压试验,观察并研究了试件在轴压作用下的破坏形态及破坏过程,获取了试件的荷载-应变曲线、荷载-位移曲线、承载力等轴压性能指标,主要分析再生骨料取代率、长细比、再生混凝土强度等级等参数对玻璃纤维管约束再生混凝土柱轴压性能的影响。结果表明:玻璃纤维管可以有效地提高构件轴压承载力,其中玻璃纤维管沿着环向和纵向方向发生不同程度的断裂而破坏,内部核心再生混凝土主要表现为压溃和剪切破坏;试件承载力随长细比和再生骨料取代率的增大而降低,最大降幅分别为13.72%和11.08%;试件轴压承载力随着再生混凝土强度的增加而增大,最大增幅为7.59%。在此基础上,考虑再生骨料取代率和长细比对试件轴压承载力的不利影响,提出适用于玻璃纤维管约束再生混凝土柱的轴压承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。研究结论可为该构件的工程应用提供一定参考。     

GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

通过对11根玻璃纤维(GFRP)管型钢再生混凝土组合柱的静力加载试验以研究其轴压性能,主要考虑再生粗骨料取代率、配钢率和长细比、再生混凝土强度等级等设计参数,重点分析试件破坏过程及形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线和承载力等。结果表明:各试件试验过程及破坏形态相似,型钢先发生屈服,随后内部再生混凝土被压碎,最后外部GFRP管纤维撕裂破坏;试件轴压承载力随着取代率和长细比的增大而逐渐减小,其最大降幅分别为10.8%和9.5%;提高配钢率和再生混凝土强度对组合柱的轴压承载力是有利的,其最大增幅分别为14.1%和6.1%。在GFRP管的约束作用下,内部型钢再生混凝土处于三向受压状态,组合柱的承载力得到了显著提高。在此基础上,采用叠加原理并考虑再生粗骨料取代率及长细比的不利影响,提出GFRP管型钢再生混凝土组合柱的轴压承载力计算公式,计算值与试验吻合较好。     

型钢再生混凝土组合柱水平承载力试验及计算方法研究

基于17个型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验,分析了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率以及剪跨比对组合柱水平承载力的影响规律。通过实测型钢腹板与翼缘,箍筋及纵筋的荷载-应变曲线,并结合组合柱的破坏形态特征,分析了型钢再生混凝土组合柱在水平荷载作用下的破坏机理。在此基础上,分别推导了型钢再生混凝土组合柱发生剪切斜压破坏和弯曲破坏时的理论计算公式。为了便于计算,本文提出了型钢再生混凝土组合柱水平承载力实用计算公式。结果表明,组合柱的计算水平承载力与试验值吻合较好,满足计算要求。上述研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考。     

方钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验研究

为研究方钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能,设置了长细比、再生骨料取代率、再生混凝土强度、型钢配钢率和方钢管宽厚比等参数,对13个试件进行单调静力加载试验,观察试件破坏过程及破坏形态,获取试件荷载-位移和荷载-应变曲线,分析设计参数对组合柱轴压受力性能的影响。结果表明:试件的破坏顺序均为型钢首先被压屈,随后再生混凝土被压碎,最后的破坏是因为钢管外表面发生鼓屈而丧失轴压承载力;提高长细比、钢管宽厚比和再生粗骨料取代率,组合柱轴压承载力的最大降幅分别为10.7%、24.8%和9.9%;相反,提高再生混凝土强度和型钢配钢率,组合柱的轴压承载力最大提高幅度分别为19.7%和14.3%;总体上看,试件均表现出较高的承载力和良好的变形能力。在此基础上,参考国内外相关规程,采用叠加原理,建立了方钢管型钢再生混凝土组合柱的轴压承载力公式,并验证了计算公式的有效性。     

易拉罐在轴-侧-扭-内压联合作用下的屈曲地貌

柱壳结构广泛应用于各个领域, 但由于其对初始缺陷较为敏感, 容易发生灾难性的屈曲失稳. 本文利用非线性有限元分析程序ABAQUS研究了柱壳屈曲问题, 并应用到了易拉罐的屈曲分析. 首先采用数值模拟的方法验证了Virot等学者的易拉罐屈曲试验结果, 然后为了获得屈曲的一些普适结果, 进一步考察了柱壳的屈曲表现. 对柱壳结构在不同载荷组合、不同几何参数作用下进行了细致分析. 为了讨论的直观, 本文绘制了柱壳结构在受到侧压-轴压载荷作用下外力-屈曲载荷-位移三维屈曲地貌图(称为landscape). 结果表明: 在侧压-轴压-扭转载荷作用下, 试件力-位移曲线出现了"cliff"(断崖)现象; 扭转载荷的施加不利于试件整体稳定性, 并造成了试件对初始缺陷的敏感性; 对于受到轴压-扭转载荷作用的试件, 本文定义承载力为零的平面为"sea level"(海平面)来区分试件破坏模式; 通过对不同边界条件的试件进行分析, 发现试件两端固定可以有效地增加结构的承载能力, 提高稳定性. 对柱壳结构内部充气可以大幅度提升结构的承载能力和稳定性, 减小对初始缺陷的敏感度.      

砌体单片墙结构的平面内静力与动力性能分析

利用LS-DYNA建立了砌体单片墙的离散化有限元模型,对砌体单片墙在面内荷载作用下的静、动力学性能进行了数值仿真分析;在数值分析过程中使用接触算法代替砂浆模拟砌块之间的粘结作用,获得了面内荷载作用下墙体的荷载-位移曲线。由结果可知,在单调荷载作用下,其载荷-位移曲线可分为四个阶段,分别为弹性阶段、塑性阶段、"强化"阶段、承载力下降阶段。并对竖向压力对单片墙抗剪承载力的影响作了讨论,得出在循环往复荷载作用下,载荷-位移曲线呈现梭形或捏拢形骨架曲线,解释了滞回曲线在每个循环过程的变化规律以及开洞对墙体滞回性能的影响,得出砌体单墙在面内方向有良好的变形和耗能能力。     

弯曲及拉伸荷载作用下的钢管抗压溃性能研究

钢管在海洋油气资源开发中应用广泛,一般依据在位应用时的荷载进行设计,设计理论较为成熟。但在某些安装工况中的拉伸和弯曲荷载与在位荷载具有相同的量级,此时钢管的设计需要考虑安装荷载的影响。本文针对钢管在承受拉伸和弯曲荷载下的抗外压压溃性能开展研究。基于商业软件ABAQUS建立有限元模型,开展钢管压溃实验与带有弯曲荷载下的钢管压溃实验验证有限元模型的正确性,进而利用验证后的数值模型讨论拉伸、弯曲荷载和两者联合作用下对管道抗外压压溃性能的影响。结果表明,弯曲荷载是影响抗压溃性能的重要因素,弯曲荷载的增加都会使极限压溃值显著下降。管道所受拉伸荷载对抗压溃性能有一定的影响,但影响很小,在两者共同作用下极限压溃值随弯曲荷载的增加都出现先增大后减小的现象,而且极值的位置与拉伸荷载的大小和弯曲荷载有关。因此,在抗压溃设计中应重点考虑弯曲荷载对压溃的影响,可忽略拉伸荷载的影响。本文可为海洋管道的安装起到指导作用。     

矩形中空夹层再生混凝土钢管短柱轴压试验研究

以截面形式、截面长宽比和混凝土类型为参数共设计了8根矩形中空夹层钢管混凝土试件,对其进行轴压实验并对其破坏形态、荷载-纵向应变关系曲线及外钢管横向应变发展规律进行分析。其中截面形式包括矩形套矩形和矩形套圆形两种,截面长宽比分别为1.25和1.5,混凝土类型包括普通混凝土和再生混凝土(再生粗骨料取代率为50%)两类。结果表明:对于截面形式相同的试件,长宽比较大者极限承载力更小,且其长边横向应变发展更快;对于长宽比相同的试件,矩形套矩形截面的试件长边横向应变发展比矩形套圆形截面的更快;混凝土类型对试件的极限承载力和破坏形态影响不大。最后运用有限元软件ABAQUS对8根短柱的轴压全过程进行模拟,并将有限元计算得到荷载-纵向应变曲线与实验实测曲线进行对比,两者吻合较好且互相验证。     

钢管约束活性粉末混凝土短柱承载力计算研究

活性粉末混凝土(RPC)具有超高强度但脆性较大,钢管约束可显著提高RPC的延性。采用全截面加载、仅对核心混凝土加载两种方式,对20根外径133mm的圆钢管约束RPC短柱开展轴心受压性能试验。分析了试件的破坏过程和特征、荷载-位移曲线和轴压承载力;探讨了加载方式、钢管径厚比和RPC强度对轴压性能的影响规律。结果表明:套箍系数大于0.9时,试件发生鼓曲破坏,其余则为剪切破坏;钢管厚度为4.5mm、6mm时,荷载-位移曲线会出现明显的下降段,钢管厚度为8mm、10mm时,曲线则平稳或者继续上升;试件整体轴压承载力大于钢、混凝土两种材料承载力的简单叠加,两种加载方式下的提高幅度分别为12%、24%。在试验基础上分析了钢管约束RPC短柱的工作机制和受力模型,结合双剪统一强度理论建立了短柱在两种加载方式下的轴压承载力计算方法,公式计算与试验结果的误差小于10%,适用性较好。     

X80管道单腐蚀缺陷失效研究

腐蚀是造成管道失效的重要原因之一。为了深入了解现有X80管道的单腐蚀缺陷,本文针对X80管道单腐蚀缺陷失效机理进行了研究。首先建立并验证了有限元模型,通过大量的有限元模拟计算,建立了单腐蚀X80管道失效分析数据库;其次根据计算结果对腐蚀管道的失效机理进行了研究,包括单腐蚀X80管道的破坏模式、破坏过程以及应力分析;同时对影响X80腐蚀管道失效表现的各项参数进行了分析,如深度、长度、宽度、缺陷位置及管道径厚比等;最后利用有限元计算结果,拟合了单腐蚀X80管道的失效压力预测公式,并通过对比爆破实验数据验证了回归公式的适用性。     

含凹坑缺陷石油管件塑性极限的分析

在役石油管件安全可靠运行是目前世界各国油气储运业界普遍关注和迫切需要解决的重大课题,而在役石油管件塑性极限强度评价则是为保障在役石油管件安全可靠运行的基础工作。本文对含有椭球形凹坑缺陷石油管件分别在轴向拉力、内压力和轴向拉力与内压力联合作用下的塑性极限强度问题,基于Von.Mises准则和平衡应力场原理,建立管件塑性极限强度理论分析模型,并就具体算例,利用三维弹塑性有限元法,对该模型进行分析比较。结果表明:当凹坑缺陷相对尺寸较小时,此模型可以有效预测含有缺陷管件的塑性极限强度,是一种简便、有效的工程评定方法。     

带腐蚀Euler-Bernoulli海洋管道模型在海波激励下的振动分析

研究了考虑腐蚀和海生物附着作用的海洋管道在海波激励下的动力学响应．采用欧拉-伯努利梁模型建立细长海洋管道动力学模型，利用格林函数法得到了该受迫振动问题的稳态响应．首先，推导了未腐蚀且考虑海生物附着的海洋管道在海波激励作用下的动力学响应．其次在考虑腐蚀、海生物附着情况下，利用前面未腐蚀模型的解得到腐蚀管道的动力学响应解析解．最后进行了数值讨论，分析了不同腐蚀深度、不同生物质量对管道固有频率的影响．研究了三种输流截面面积相同的环（圆、矩形、三角）模型在同一海波激励作用下的稳态位移响应．分析了不同海波高度、不同海波数目、不同海洋深度及腐蚀深度对管道模型位移的影响；对比了未腐蚀和有腐蚀深度时，某点随时间变化的位移效果．研究结果对海波激励下的管道响应分析和保护具有重要意义．     

锈蚀槽钢受弯承载力试验研究

通过7根锈蚀槽钢构件和2根未锈蚀槽钢构件的受弯试验,研究了锈蚀对槽钢受弯承载力的影响。试验表明:锈蚀槽钢的承载力随其点蚀因子的增大而降低;翼缘的锈蚀对钢构件受弯承载力的影响较腹板显著,其中受压翼缘与受拉翼缘影响程度基本相同。最后,结合试验结果,利用Matlab软件分别对锈蚀槽钢试件上、下翼缘点蚀因子与构件受弯承载力损失值进行数据拟合,定性地给出上、下翼缘点蚀因子与受弯承载力损失比之间的关系式。     

X80管道双腐蚀缺陷间相互作用规律研究

为了对腐蚀管道进行准确的安全评价,本文针对X80管道相邻双腐蚀缺陷间的相互作用规律进行了研究。借鉴现有X80管道爆破实验的数据,对数值计算中的单元划分、边界条件设置等进行验证。采用ANSYSWORKBENCH软件对X80管道在腐蚀缺陷下的应力应变状态进行了分析。数值分析结果显示:轴向间距一定时,腐蚀深度越大,轴向相邻双腐蚀间相互作用越明显;当两个相邻腐蚀缺陷轴向距离在3(Dt)1/2以内或环向处于0.07pD以内时,需要考虑两个腐蚀缺陷的相互影响;当两个相邻腐蚀缺陷轴向距离大于3(Dt)1/2或环向间距大于0.07pD时,不需要考虑腐蚀间的相互作用。     

轴、侧向同卸荷下砂岩力学特性影响的试验研究

本文以实际岩体工程为背景,利用WDT-1500 仪器开展了轴向、侧向同时卸荷条件下砂岩的三轴试验. 结果表明:轴、侧向同卸荷这种卸荷路径下,砂岩试样破坏时并没有出现应力峰值,为了定义试样的破坏强度,将最大与最小主应力差随最小主应力的变化关系曲线上应力跌落的拐点处的应力值定义为破坏强度. 砂岩变形初始段发生应力跌落和轴向应变回弹,破坏前无明显的弹性和屈服阶段;试验的过程中,砂岩的侧向变形明显大于轴向变形,其体积应变一直处于膨胀状态;相对于砂岩的常规三轴试验结果,试样破坏时的强度在轴向、侧向同时卸荷条件下有所降低. 初始轴压和初始围压对试样的力学特征有十分显著的影响,但围压的卸荷速率却并不显著. 砂岩的破坏特征主要是以张-拉为主的混合张剪的破坏.      

约束修正失效评定曲线及内压管道失效分析

用A2参数描述裂纹尖端约束效应,考虑裂纹尖端约束水平对断裂阻力的影响,对R6失效评定曲线进行修正。以X80钢为例,根据不同约束水平试件测试得到的JR–△a曲线,给出了与裂纹尖端约束相关的失效评定曲线。在使用有限元对带裂纹内压管道进行弹塑性分析的基础上,利用失效评定曲线对失效载荷进行预测;与试验结果比较表明:采用约束修正失效评定曲线,在对存在缺陷的构件进行安全性评定、寿命评估、失效概率计算时,考虑约束效应对断裂韧度的影响可以更充分地发挥构件的强度潜力。     

带接头在役混凝土电杆受力性能试验研究

为了揭示在役混凝土电杆连接接头的破坏机理和承载性能,进行了6根两类不同杆长、跨中带钢圈接头的混凝土电杆的抗弯承载力试验,通过试验观察了各试件的受力全过程和破坏形态,获取了弯矩-挠度曲线、裂缝宽度-弯矩曲线、刚度退化规律曲线以及极限弯矩等重要指标.对比分析了两种杆长试件的承载力和刚度变化规律,并通过试验拟合,提出了相关刚度退化规律公式.研究结果表明,试件所具有的破坏形态大多为混凝土拉裂、接头钢圈不屈服,破坏具有明显的脆性;截面的平均应变符合平截面假定;杆长较短试件的极限承载力显著大于较长杆长的试件;裂缝宽度-弯矩曲线大致经历了4个阶段:即未开裂阶段、逐渐增长阶段、稳定发展阶段、快速开裂阶段;杆长较短试件的初始弹性刚度以及弹塑性刚度都比较长杆长试件的大;电杆连接接头的相对刚域范围对杆身受力性能具有极大的影响.