岩石试样围压下直接拉伸试验

圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的,Griffith准则认为压应力小于3倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响,这些问题都需要直接的试验验证.在50 mm×100mm试样两端粘结80 mm的拉头,置入液压缸中施加围压,拉头承受轴向载荷引起岩样拉伸;同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷,平衡其承受的部分拉伸载荷.通过改变轴向压缩载荷的数值,就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度.尽管试验结果具有相当的离散性,但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小,巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强度.岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述.     

岩石试样围压下直接拉伸试验

圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的,Griffith准则认为压应力小于3倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响,这些问题都需要直接的试验验证.在φ50 mm×100 mm试样两端粘结φ80 mm的拉头,置入液压缸中施加围压,拉头承受轴向载荷引起岩样拉伸;同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷,平衡其承受的部分拉伸载荷.通过改变轴向压缩载荷的数值,就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度.尽管试验结果具有相当的离散性,但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小,巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强度.岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述.     

橡胶隔震支座拉伸性能试验研究

为了正确评价橡胶隔震支座拉伸性能以及拉伸状态时计算模型的合理性,基于橡胶隔震支座拉伸应力应变关系曲线,提出了拉伸刚度应力应变关系的计算模型,对橡胶隔震支座竖向拉力和拉伸变形性能,拉伸剪切变形状态下偏拉原点刚度、水平刚度和阻尼与剪切应变关系进行了试验研究．结果表明,本文建立的计算模型与试验结果吻合较好．因此,在隔震支座所受拉伸应力不大于3倍橡胶剪切模量的条件下,支座的力学性能稳定．     

预应力锚索剪切力学特性试验研究

为了在巷道围岩控制中防止锚索发生剪切破断,充分发挥锚索的优越性能,在锚索拉伸试验的基础上,建立了一套锚索双剪试验系统,对锚索的剪切力学特性进行试验研究.结果表明:预应力锚索的剪切破断为横向剪切与轴向拉伸共同作用的结果;锚索破断剪力峰值受砂浆试块强度、锚固方式、索体类型、预应力等因素的制约;砂浆试块强度降低,锚索剪力峰值升高;锚索加固节理初期剪切刚度显著大于后期剪切刚度;锚索的预应力越大,节理初期剪切刚度越高,而后期剪切刚度变化不明显;采用全长锚固锚索加固节理的初期剪切刚度优于张拉预紧未锚固锚索.基于试验结果提出了减少索体有害受力,避免锚索产生剪切破断的控制对策,对于保证巷道围岩支护强度,实现煤炭资源的安全开采具有重要意义.     

叠层橡胶支座拉伸刚度退化机理研究

为研究剪切变形下叠层橡胶隔震支座拉伸刚度退化特性,分别建立双弹簧受拉模型与偏拉有效面积模型,并推导各截面形状及尺寸的拉伸刚度比公式。然后采用有限元软件ABAQUS建立支座模型,在模型验证的基础上,分析截面尺寸及形状对支座拉伸刚度退化影响,并与理论模型分析结果进行对比。理论模型与数值分析结果表明:橡胶支座拉伸刚度比与截面尺寸大小、形状无关,仅和剪切变形与截面惯性半径比值有关;当支座剪切变形达到规范限值时,拉伸刚度退化52%左右;所建立的模型及拟合刚度退化公式能够有效模拟橡胶支座在不同剪切变形下的拉伸刚度退化情况。     

激光预制裂纹槽的断裂分析

进行了单边激光加工裂纹槽试样轴向拉伸试验。试样取自用高碳微合金非调质钢(C70S6)锻造的连杆。分析了激光预制裂纹槽对材料断裂的影响,并与线切割和拉削加工裂纹槽拉伸断裂试样进行了断口分析和断裂载荷的对比。结果表明:采用激光预制裂纹槽试样的断口具有最小的裂尖塑性变形区域,与有相同裂纹槽深度的线切割和拉削加工裂纹槽试样相比,其拉伸断裂载荷分别小20%和30%左右。在试验结果基础上确定了激光加工裂纹槽的等效临界应力强度因子为25.51 MPa.m1/2。本文结果可用于激光预制裂纹槽的连杆裂解载荷参数计算。     

橡胶砂力学性能的三维离散元数值模拟

为揭示橡胶砂混合料强度特性、偏应力-轴向应变曲线及体应变-轴向应变曲线的变化规律,利用颗粒流软件,对三轴压缩状态下橡胶砂混合料的力学特性进行了三维离散元数值模拟,从宏观、微观两方面分析质量配比、粒径比和围压对橡胶砂力学及变形特性等方面的影响。分析结果表明：当ω(橡胶)<10%时,橡胶砂表现出类砂力学特性,即先剪缩后剪胀,应力-应变曲线呈软化型,当ω(橡胶)≥20%时,橡胶砂表现出类橡胶力学特性,试样单调剪缩,应力-应变曲线呈硬化型。随着橡胶含量的增加,橡胶砂应力-应变曲线峰值降低。胶砂粒径比对橡胶砂应力-应变关系存在一定的影响,主要表现为随着平均粒径比的增大,体应变增大,应力-应变曲线降低,抗剪强度减小。随着围压的增加,低橡胶含量的橡胶砂剪胀和应变软化特性得到抑制,而高橡胶含量橡胶砂剪缩和应变硬化特性增强。混合料抗剪强度的降低主要归因于软橡胶颗粒的加入所引起的橡胶砂试样刚度损失,而其膨胀反应受到抑制的原因是橡胶颗粒容易被挤压而产生体积收缩。     

三门峡原状黄土的大型直剪试验及其尺寸效应

三门峡原状黄土富含大孔隙且垂直节理较为发育,在工程实践中对其本身的抗剪强度及变形特性有着重要影响。以往的黄土强度和变形试验多数采用常规直剪试验,导致试样避开了多数节理面和大孔隙,使试样的整体代表性降低。通过对三门峡原状黄土进行一系列的大型直剪试验,并结合常规直剪试验分析了原状黄土抗剪强度的尺寸效应。试验结果表明:关于试样的剪应力-剪切位移关系曲线,在50、100 kPa垂直压力下呈现剪切软化现象,而在200、300 kPa垂直压力下呈现剪切硬化现象;在相同垂直压力条件下,大型直剪试验得出的试样抗剪强度低于常规直剪试验得到的,并且这种差异随着垂直压力的增大逐渐变得显著。工程实践中应充分考虑尺寸效应对黄土抗剪强度的影响,进一步提升工程的安全性。     

压实黄土强度和变形各向异性的试验研究

为研究各向异性对压实黄土强度和变形特性的影响,分别对由垂直向和水平向切取的压实黄土试样,进行了不同围压、不同干密度和不同含水率下的真三轴剪切试验.试验结果表明:相同围压、干密度下,垂直向和水平向的应力-应变曲线有明显差异,垂直向试样的轴向应变小于水平试样.轴向应变差异随着干密度和轴向压力的增大而增大,随着含水量和围压的增大而减小;侧向应变差异随着干密度和轴向压力的增大而增大,随着围压的增大而减小.初始变形模量Ei在垂直方向大于水平方向,抗剪强度在垂直方向大于水平方向.     

轴向载荷下空心轴的过盈连接力学特性

用有限元建立空心轴和轴套的过盈连接模型,分析其在轴向拉、压载荷下的力学特性,并对轴向拉伸载荷下,过盈量、空心度、轴向载荷量和轴套厚度对过盈连接力学特性的影响规律进行研究。结果表明,在轴向载荷作用下,接触应力和轴套的等效应力仍存在边缘效应;空心轴在拉伸载荷下的最大等效应力出现在内圆柱面。承受轴向拉伸载荷时,接触应力和轴套的等效应力随着过盈量和轴套厚度的增大而增大,随着空心度和载荷量的增大而减小;空心轴的等效应力随着各参数的增大而增大。     

T型橡胶减振器非线性特性分析与预压缩量设计

为研究T型橡胶减振器的结构型式和材料性能对其非线性动力学特性的影响,并提高其对飞行环境的适应能力,改善其在恶劣环境下的使用性能,提出了一种含分段线性刚度及阻尼和立方刚度的双层级非线性动力学模型。首先,对T型橡胶减振器进行了简化建模,并采用等价线性化方法,推导得到了分段线性系统的等效刚度和等效阻尼。其次,利用谐波平衡法分别数值模拟了等幅值外力载荷正弦扫频激励下分段线性刚度系统和立方刚度系统的非线性频响函数,验证了构建模型的有效性。最后,进行了T型橡胶减振系统在基础位移正弦扫频条件下的传递特性试验,并与数值计算结果进行了比对。研究结果表明,针对T型橡胶减振器,较低激励载荷即可导致结构型式的渐进软化,较高激励载荷才能引发材料性能的动态软化;该模型能够较好的模拟T型橡胶减振器具有的渐软刚度和渐小阻尼的非线性特性。此外,从航天工程应用的角度出发提出了针对大过载、强振动环境进行预压缩量设计的方法。     

竖向梯形波纹腹板PEC柱轴压性能研究

本文将梯形波纹钢板引入PEC柱中,提出一种新型的PEC柱截面形式,这种截面形式可以克服平腹钢板面外刚度较低,容易屈曲且与混凝土粘结较弱的特点。为研究其轴压承载性能,设计并完成了5根不同长细比和不同横向系杆间距的竖向梯形波纹腹板PEC柱轴压试验,得到了其在轴压作用下的破坏形态、荷载-位移关系曲线、荷载-应变关系曲线等。通过试验研究表明,所有柱的破坏失效模式具有相似性,都表现为翼缘鼓曲和混凝土压碎失效。同时由横向系杆、翼缘、波纹腹板组成的约束形式能够较好的约束混凝土,提高其抗压强度,增强构件延性,提高变形能力。随着长细比增加,试件的初始刚度、峰值承载力均有所降低,但峰值后变形能力增强,延性较好。随着横向系杆间距的减小,试件的初始刚度、峰值荷载和延性系数均增大,试件具有更优越的轴心抗压性能。将有限元模拟结果与试验结果进行对比,在验证模型有效性的基础上,参考国内外相关规范,结合试验结果和有限元拓展分析结果,利用叠加原理拟合得到了适用于本文的竖向梯形波纹腹板PEC柱在轴心受压状态下的承载力计算公式。公式计算结果可靠度较高,且具有一定的安全储备,可为实际施工设计提供参考建议。     

Mechanical performance of rock bolts under combined load conditions

Rock bolts are subjected to different loading conditions along their lengths such as axial, bending, and/or shear forces, which can cause failure at lower loads than those considered for design purposes. The common existing methodologies do not consider the actual loading of the rock bolts and assume it is only pure axial or pure shear. This study was conducted to investigate the un-grouted rock bolt performance under combined load conditions. Two loading regimes were evaluated: the effect of initial shear displacement on axial load capacity and displacement, and the effect of axial displacement on the shear load capacity. The first regime was also conducted for shear with a gap, when there is a spacing between the shear interfaces. The results of this study showed that the rock bolt can resist higher axial loads than shear under pure or combined load conditions. Under combined load conditions, the rock bolt capacity decreased significantly for both regimes. However, when applying the shear load with a gap, the rock bolt load capacity was not affected significantly. Also, the total bar deformation was improved for shear and axial. The findings of this study show the need to improve the rock bolt design considering the complex loading conditions in situ with/without a gap.     

筋腱连接器球形橡胶轴承刚度仿真与试验

为深入研究橡胶材料及结构参数对球形橡胶轴承刚度性能的影响,采用有限元方法对5种不同材料或结构的球形橡胶轴承进行分析研究,完成了球形橡胶轴承的压缩与摆动试验.对相应橡胶材料进行了材料试验,使用Abaqus/Standard建立橡胶轴承的二维轴对称模型和1/2三维模型,用Neo-Hooke、Mooney-Rivlin和Yeoh超弹性本构模型进行仿真.进行橡胶轴承的压缩与摆动试验,对有限元仿真进行对比验证.试验结果表明:丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶与天然橡胶制造的球形轴承,压缩刚度均会随着压缩位移上升而上升,摆动刚度均会随着摆动角度上升而下降;球形橡胶轴承金属层数量的上升会提高其竖直刚度,但对摆动刚度几乎没有影响; Yeoh本构模型在两种变形情况下均可以很好地拟合试验结果;在变形较小时,用MooneyRivlin本构模型进行仿真也可以得到较为准确的仿真结果;在压缩仿真中,形变较大时,Mooney-Rivlin本构模型无法表现出刚度迅速上升的阶段,因此仿真结果会小于试验结果;使用Neo-Hooke本构模型的仿真结果误差最大,在摆动仿真中完全无法使用.     

钢筋混凝土框架夹心节点设计方法

为给出钢筋混凝土框架夹心节点的设计方法,依据试件破坏特征等试验结果提出了验算内容与设计准则,通过对夹心节点抗震性能影响因素的分析及其与传统节点的对比提出了设计参数限值,基于试验试件的承载力并结合非线性有限元模拟的结果提出了核心区承栽力验算公式。结果表明：为达到所需的位移延性并满足承载力要求,需设置剪压比、轴压比、柱梁混凝土强度比、最小配箍量等参数限值约束夹心节点适用范围;通过核心区受压验算、受剪验算保障节点的承载力,必要时可采取适当的加强措施;此外需要采取合理的构造措施避免梁筋过度的粘结退化。     

Post-fire cyclic behavior of reinforced concrete shear walls

The effects of fire exposure, reinforcement ratio and the presence of axial load under fire on the seismic behavior of reinforced concrete (RC) shear walls were investigated. Five RC shear walls were tested under low cyclic loading. Prior to the cyclic test, three specimens were exposed to fire and two of them were also subjected to a constant axial load. Test results indicate that the ultimate load of the specimen with lower reinforcement ratio is reduced by 15.8% after exposure to elevated temperatures. While the reductions in the energy dissipation and initial stiffness are 59.2% and 51.8%, respectively, which are much higher than those in the ultimate load. However, this deterioration can be slowed down by properly increasing reinforcement due to the strength and stiffness recovery of steel bars after cooling. In addition, the combined action of elevated temperatures and axial load results in more energy dissipation than the action of fire exposure alone.     

影响钢管混凝土组合桥墩抗震性能的结构参数

为了研究钢管混凝土（CFST）组合桥墩的抗震性能,对5个桥墩试件进行低周反复加载试验,研究轴压比、配箍率、纵筋率和剪跨比对试件骨架曲线、承载能力、位移延性、刚度退化和耗能能力的影响. 建立有限元模型模拟钢管混凝土组合桥墩在水平反复荷载作用下的滞回性能,数值计算结果与试验实测值吻合较好. 采用该有限元模型扩充结构参数范围,进一步分析各参数对组合桥墩抗震性能的影响. 试验及数值模拟结果表明：组合桥墩试件的水平侧移刚度和承载力随轴压比的增加而提高,但位移延性和耗能能力变差;提高配箍率或纵筋率均可改善组合桥墩的抗震性能;剪跨比是影响试件破坏模式的重要因素,随着剪跨比的增加,试件的水平承载力和侧移刚度降低,但变形和耗能能力明显提高.     

CFRP筋转换梁框支剪力墙抗震性能试验的数值模拟仿真方法

对3榀CFRP筋转换梁框支剪力墙进行了低周往复荷载试验,并与1榀全钢筋转换梁框支剪力墙对比,分析了其破坏模式、受力特征和滞回特征等抗震性能。通过OpenSees分析平台,选取基于刚度法理论的非线性梁柱单元,并结合零长度转动弹簧单元,建立了合理考虑纵筋粘结滑移的CFRP筋转换梁框支剪力墙数值分析模型。结果表明：考虑了纵筋粘结滑移的数值模型能较好地模拟CFRP筋转换梁框支剪力墙在低周往复荷载作用下滞回曲线的捏缩特性,对试件屈服荷载和极限承载力也有较好的模拟精度。