基于环境激励的平原水库动力特性及动弹模反演研究

南水北调东线工程双王城水库为一典型的平原水库,基于环境激励下现场振动测试的实测数据,运用协方差驱动的随机子空间法并结合稳定图研究了双王城水库的动力特性,采用遗传算法进行了水库堤坝动弹性模量的反演分析。模态识别结果表明,双王城水库典型断面处基频范围为1.86~2.98 Hz,阻尼比范围为1.43%~3.67%,频率识别的阶次与环境激励的大小呈正相关趋势。反演结果表明,遗传算法联合ABAQUS软件可以高效地进行结构的参数反演,基于多方向实测频率联合反演的精度要高于单方向。对比依据多方向实测频率反演结果计算得到的频率值与实测值可以发现,各断面第一阶频率的误差均在4%以内,证明了反演分析结果的正确性。因此,模态识别成果和参数反演结果可以为类似平原水库的动力分析提供参考。     

砂浆材料压剪受力性能研究

针对砌体结构中的砂浆材料,考虑4种强度等级和11种压剪应力状态的影响,利用自行设计的砂浆材料简易剪压试验装置,对砂浆棱柱体试件进行了压剪破坏实验。根据实验结果,将压剪试件的破坏分为受剪、压剪耦合和受压3种形式。通过测试砂浆棱柱体试件在不同压应力水平下的抗剪强度,对实验数据进行无量纲化处理,获得了其在压剪状态下的破坏准则。将该准则应用于砌体试件的离散单元模型中,对砌体试件的压剪实验进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果符合程度较好。研究手段和成果可为基于离散单元法的砌体结构的数值模拟提供数据基础。     

碾压混凝土全级配与湿筛法力学性能试验研究

通过对碾压混凝土全级配与湿筛法试件基本力学性能的试验研究,针对碾压混凝土,提出其全级配试件与湿筛法试件抗压强度、抗拉强度、弹性模量的对应关系问题,对试验结果进行了比对分析.     

基于自然激励技术和HHT 变换的重力坝模态分析

在自然激励技术和Hilbert-huang变换相结合的基础上,利用水口水电站的强震监测资料,对水口混凝土重力坝进行模态参数识别。发展了将带通滤波技术与该时频域模态识别技术相结合的方法,有效地避免了信号分解时所产生的频率混杂现象,从而提高了参数识别精度和可靠性。首先利用结构动力学的简例验证了该方法的正确性,然后将该方法应用于混凝土重力坝的模态识别问题。计算结果表明,采用本文的时频域HHT+NExT方法识别的重力坝模态频率稍大于传统的频域峰值点拾取法和时域ARX法,与有限元计算结果更为接近,识别的阻尼比也稍大于峰值法和ARX法,略小于水工抗震设计规范规定取值范围5%~10%的下限5%。     

基于HHT方法的结构模态参数识别

基于Hilbert-Huang变换和自然激励技术,结合振动台试验对模型拱坝的频率、阻尼比等参数进行识别,并对破坏试验过程中模态参数的变化规律进行分析。在数值实现上,发展了先对信号进行带通滤波再对滤波结果求解互相关函数的方法,可避免模态分解中的频率混杂,提高参数识别精度。与传递函数法识别结果的比较表明,该方法可以有效地识别出结构的频率、阻尼比等模态参数。对破坏试验的分析发现,随着裂缝的扩展,模型的自振频率逐渐降低,阻尼比相应增加。     

冻融循环作用下饱水青砖力学性能劣化规律研究

青砖砌体作为古建筑墙体的主要材料,其结构疏松多孔,容易吸收环境中的水分达到饱水条件,消融的雪水加上长久的正负温循环作用使其结构极易产生冻融损伤。本文对饱水青砖进行不同次数的冻融循环试验,将冻融后的试件进行单轴压缩以及扫描电镜试验,从宏观和微观两个角度探究冻融循环作用对饱水青砖砌体力学性能和损伤劣化的影响规律。结果表明:饱水青砖材料在冻融过程中出现冻裂、缺棱掉角、片状剥落等损伤破坏模式,内部结构由密实连结状态逐步转为疏松颗粒分布状态。砖材的损伤值、质量损失率和强度损失率均随着冻融循环次数的增加呈非线性上升趋势,其动弹性模量、相对动弹性模量和峰值强度均随着冻融循环次数的增加而减小,根据试验数据可以构建出冻融作用下青砖的损伤演化方程,为古城墙砖材料在饱水状态下的力学性能研究提供理论参考。     

岩石弹性模量的试验研究

文中通过电阻应变片法对花岗岩弹性模量进行试验研究分析。试验共制作了4组12块标准的圆柱体岩石试件,采用多通道应变仪对试件进行测试,最终得出实验数据,绘制出应力应变关系曲线,经分析验证,试验结果有效合理。     

盐冻侵蚀作用下混凝土力学性能变化研究

针对西北寒旱灌区混凝土结构在侵蚀冻融复合作用下的破坏问题,采用快速冻融试验,分别研究了水、3%NaCl、5%Na_2SO_4作用下混凝土试件质量损失、抗压强度及相对动弹性模量的变化规律,采用损伤度来描述混凝土的损伤情况,分析了盐冻作用机理,建立了相对动弹性模量和抗压强度相关联的力学衰减模型,并利用试验数据对其进行验证分析。结果表明:混凝土试件在不同的冻融介质作用下存在不同程度的损伤,在3%NaCl溶液中冻融试件损伤度最高达到清水冻融的5倍以上,75次冻融之前5%Na_2SO_4溶液对混凝土损伤有抑制作用,冻融环境下三种介质对混凝土损伤度大小排序为3%NaCl5%Na_2SO_4水;混凝土相对剩余抗压强度和相对动弹性模量相关性良好,服役中的混凝土结构可以通过测定相对动弹性模量评估抗压强度。相关研究可为寒旱区混凝土结构维护和病害预防提供参考。     

港口沉箱重力式结构的动力特性和波浪作用下的动力反应

本文通过室内动力模型试验与有限元计算,对沉箱重力式建筑物的自振特性(包括有水与无水情况)与波浪作用下的动力反应(包括码头的动位移,沉箱底面浮托力及侧向波压力等)进行了初步研究。并就不同的地基和弹性模量情况下的结构自振特性进行了动力有限元计算。探讨了结构与地基的相互作用,并对此输入规则波来计算结构的动力反应。本文综合介绍了上述各种情况下的试验与计算结果。并建议在一般情况下,可采用静力方法来计算沉箱在波浪作用下的动位移。提出了根据某已知地基上的结构频率推算其他不同地基条件时沉箱结构的一阶频率的经验公式。     

水对沉积岩弹性模量的影响

在RMTS-150型程控伺服混凝土与岩石力学试验系统上对1 179个烘干、天然及饱和状态下的沉积岩试件进行了单轴抗压试验,发现试件的弹性模量呈现出一定的规律:随着含水量的升高,岩石的弹性模量呈现下降趋势.通过对泥岩、砂岩、泥质砂岩和灰岩等四类沉积岩在烘干、天然、饱和3种状态下的试件弹性模量的对比,分析水对不同岩性的沉积岩弹性模量的影响程度,提出烘干弹性模量与天然弹性模量、饱和弹性模量与天然弹性模量的关系式并解释水对影响沉积岩弹性模量的机理.     

浆砌石坝防渗体的结构作用

浆砌石坝为了保证坝身不漏水,往往设计有防渗体,这样浆砌石坝体就由不同的材料构成,传统的应力计算方法没有考虑坝体的成层异弹模特性,计算结果不能反映实际情况.以某浆砌石拱坝为例,用有限元软件(ANSYS)计算得出了考虑为均质体坝和成层异弹模坝两种情况的坝身应力分布及防渗面板与砌石体交界面的应力分布,对计算结果进行比较后可以得出坝体应力计算时防渗体的结构作用不可忽略、浆砌石坝计算时应该考虑成层异弹模特性的结论.     

砼胶结材料在砌石拱坝中的应用

用二级配碎石砼砌筑拱坝，可确保砌体施工质量，依靠砌体自身防渗，取消防渗面板（心墙），缩短工期，节省投资，也可提高砌体弹模。     

多孔砖砌体局部压力破坏数值仿真分析

通过构建砌体结构有限元模型,采用局部加载方式,用有限元法分析多孔砖砌体局部受压状态下应力分布、裂缝开裂现象,探讨强度提高机理。计算结果表明受压区宽度为200 mm时,多孔砖MU10的破坏荷载裂缝分布大致相同,多孔砖砌体不论处于中部局部受压还是端部局部受压状态,强度提高都是在扩散和围箍作用共同作用下实现的,且扩散作用明显。     

浆砌块石重力坝弹性模量两种反演方法对比研究

深圳赤坳水库的大坝为浆砌块石重力坝,经过多年运行,材料参数已经发生变化。为反演大坝目前的弹性模量,首次采用支持向量机和粒子群反演方法进行对比研究,利用实测数据进行大坝弹性模量反演。两种反演方法结果接近,相互验证说明反演结果是正确的,同时也说明了上述两种方法在浆砌块石重力坝的反演分析工作中的可行性。     

圬工与加筋土组合式挡墙数值模拟

基于圬工与加筋土组合式挡墙的土工离心模型试验结果,建立了ABAQUS数值模型,从而进一步研究了加筋间距和筋材模量对这种结构变形特性及内部土压力分布规律的影响。结果表明:在本文所考虑的参数情况下,从控制挡墙变形的角度来看,密间距加筋效果好于疏间距加筋,高模量筋材效果好于低模量筋材;由于下部圬工挡墙填土区域土拱效应的存在,使得上部加筋土挡墙的土压力分布有别于常规加筋土挡墙。在上部加筋土挡墙具有足够高度的情况下,可将圬工挡墙视为加筋土挡墙的稳固地基;组合式挡墙的变形主要发生在施工期,因此应加强施工质量控制。     

不同龄期混凝土断裂试验研究

为探究不同混凝土的双K断裂参数和材料基本参数(抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量)的内在联系,开展了龄期为2,3,7,21,28,60,90 d混凝土的力学性能试验及三点弯曲梁断裂试验,分析了不同龄期混凝土的力学性能与断裂性能。结果表明:混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量与双K断裂参数随龄期的变化趋势基本一致;各个龄期混凝土的双K断裂参数与材料基本参数近似满足双线性关系。以材料基本参数作为输入参数,借助扩展有限元软件模拟不同龄期试件的断裂过程,得到各个龄期下的P-CMOD曲线及双K断裂参数计算值,与实测结果对比,两者吻合良好。     

混凝土双轴弹模-徐变试件垫层效果试验分析

混凝土双轴受压弹模和徐变试验加载应力控制在相应龄期棱柱体强度的30%~40%,相比混凝土抗压强度试验,试件表面轻微不平整和倾斜以及钢承压板与试件承压面的摩阻对混凝土双轴弹模和徐变试验结果的影响更大。为减小混凝土试件承压面轻微不平整和倾斜以及钢压板与混凝土试件间的摩阻对混凝土双轴弹模和徐变试验结果的影响,提出适用于混凝土双轴弹模和徐变试验、能使混凝土试件在弹性变形阶段整体应力应变均匀性好的垫层。通过棱柱体混凝土试件单轴受压时不同材料和组合的垫层对应变偏差率、应变曲线及弹性特征影响的比较,筛选3种组合垫层进行双轴弹模验证试验。结果表明聚四氟乙烯薄膜(PTFE)夹土工布的组合垫层能在双轴受压弹模试验中有效降低试件竖向和横向应变偏差率,使混凝土试件应力分布均匀,2层1.0 mmPTFE夹1.2 mm土工布的组合垫层总体效果最好。     

历经荷载后受硫酸盐侵蚀的混凝土力学性能

通过对历经荷载后受硫酸盐侵蚀的混凝土进行单轴压缩试验,研究了荷载水平和溶液浓度对混凝土力学性能变化规律及侵蚀机理的影响,并与历经荷载后受硫酸盐侵蚀高强混凝土的力学性能进行了对比分析。分析结果表明:随荷载水平的增大,未侵蚀试件的峰值应力、弹性模量和峰值应变均有减小趋势,而受浓度为5%和10%侵蚀试件的峰值应力和弹性模量均减小,峰值应变增大;相同荷载水平时,随溶液浓度的增大,混凝土的峰值应力和弹性模量减小,峰值应变增大;随着荷载水平和溶液浓度的增大,普通混凝土和高强混凝土的应力-应变曲线均有变饱满的趋势,普通混凝土的主要力学指标比高强混凝土变化更显著。研究结果可为在硫酸盐侵蚀环境下的受损伤混凝土结构设计提供一定的参考依据。