煤自然发火过程颗粒堆积体结构形态演化实验研究

在煤炭开采、储存及运输过程中,煤炭常以颗粒堆积体的形式暴露于氧化环境之中,煤颗粒堆积结构直接影响了堆积体内高温火源的形成与蔓延规律,是形成非控制灾害的关键影响因素之一。煤自然发火过程中堆积结构形态演化规律研究对煤堆内高温火源预测及煤矿火灾防控具有重要意义。以马道头矿8404工作面的煤样为研究对象,制备了5组不同氧化温度下的堆积试样,利用微焦显微Computed Tomography (CT)实验平台对试样进行显微断层扫描。获得显微断层CT图像序列后,采用几何均值滤波算法与大津算法(Otsu Method)对显微断层序列进行图像处理,降低原始图像中的噪声并将其转化为二值图像序列。基于处理后的二值图像序列,应用三维重构算法重构了各组试样堆积结构。定量分析了煤颗粒堆积体孔隙率、颗粒体积、颗粒表面积等结构参数的演化规律。研究结果表明:随着氧化温度升高,煤颗粒堆积体孔隙率、颗粒数量与平均颗粒比表面积增大,平均颗粒体积与表面积减少,其中300～400℃温度段的变化最明显,300℃与400℃时堆积结构内平均颗粒体积分别为14.95与2.50 mm~3;平均颗粒表面积为36.17与9.13 mm~2;煤颗粒堆积体孔隙率变化与煤颗粒形态变化有关,实验煤样两者变化阈值均在300℃附近,当氧化温度高于此阈值时,煤颗粒堆积体内颗粒裂解加剧,孔隙结构连通性提高,氧化过程更加剧烈。     

基于(积)耗散理论的烟气-水接触式换热优化

天然气作为供热能源在北方城市得以广泛应用,其燃烧产生的烟气中含有大量余热,采用接触式换热可实现对其高效回收.本文基于(积)耗散理论,研究如何减少接触式换热中的(积)耗散以提高换热效率.本文推导了烟气-水接触式换热表达式,从而得到烟气-水换热曲线方程,并对一段喷淋中的烟气-水换热流程进行了改进,分析了烟气-水换热产生的(积)耗散及本文的优化方向:如何减少烟气露点温度以下的烟气-水换热(积)耗散.研究了在两段喷淋方式下,如何选择分段点可使得(积)耗散最小,并以设计排烟温度30℃为例进行了具体计算,进而得到了不同典型热源在不同排烟温度下对应的喷淋水分段点温度.当设计排烟温度为30℃时,对于典型燃气锅炉和热电厂,相对于一段喷淋,两段喷淋下的(积)耗散可分别减少58％和29％以上.     

超高强混凝土短柱受剪强度的试验研究

近年来,随着现代建筑向大跨、高层方向发展,超高强混凝土(高于C100)正得到日益广泛的应用。超高强混凝土的优异性能是具有更高的强度和更好的耐久性,但随着混凝土强度等级的提高,呈现出愈来愈显著的脆性。建筑物承重柱的设计是关系到建筑物在大震下能否倒塌的关键。现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中规定混凝土强度等级的适用范围为C15~C80,目前对超高强混凝土框架柱受剪强度的研究并不多见。实际工程的需要和现行规范、规程指导的脱节形成的矛盾变得日益尖锐。针对上述现状,本文开展了在低周反复荷载作用下,14根超高强混凝土框架短柱受剪强度的试验研究,其混凝土的强度变化范围为95.6MPa~118.6MPa。通过试验,研究了短柱的破坏形态。根据试验结果,框架短柱受剪强度偏下限,提出了可供实际工程设计参考的超高强混凝土框架短柱的受剪承载力计算公式,计算结果与试验值较为吻合。     

玻璃纤维与混杂纤维自密实混凝土的工作性和强度试验研究

本文对掺玻璃纤维和混杂纤维自密实混凝土的抗压强度及其新拌混合物的工作性进行了试验研究,以用不同类型纤维,相同类型不同掺量的纤维自密实混凝土试验数据为依据.比较分析了不同类型及不同掺量纤维对自密实混凝土工作性和强度的响.探讨了素混凝土及纤维增强自密实混凝土的破坏机理.     

“渗阻”概念的混凝土抗冻耐久性研究

根据渗流场和电场的相关性,采用电场模拟渗流场,提出"渗阻"的概念,并采用交流电测定混凝土的"渗阻",用以研究混凝土抗冻耐久性。进而建立基于渗阻损失的冻融衰减模型。结果表明:混凝土的渗阻随冻融次数的增加,降低明显,说明混凝土渗阻损失对冻融破坏反应敏感,能够用混凝土的渗阻损失来表征其冻融劣化破坏。抗冻耐久使用寿命预测模型亦较好地反映了冻融循环作用下,混凝土渗阻损失与时间的相关性,因而根据冻融循环作用下混凝土渗阻损失情况可预测其使用寿命,具有一定的理论价值和实践指导意义     

低延性中心支撑钢框架结构振动台试验

中心支撑钢框架结构是一种典型的双重抗侧力体系，强震作用下支撑失效会引起结构承载力和刚度的折减，支撑失效后，结构剩余部分作为储备体系能够继续承担地震作用。为深入了解低延性中心支撑钢框架结构在地震作用下的非线性反应，研究在支撑失效后结构储备体系的抗震性能，开展了3层中心支撑钢框架结构模型的振动台试验。模型结构为3榀2跨结构，中间榀布置一跨低延性人字形中心支撑(截面宽厚比超出我国规范限值)，模型长度缩尺比为1∶6.5，分别采用硬土、软土场地的地震波单向激励，峰值加速度逐级增加。结构在7度罕遇地震作用下发生底层支撑失效，储备体系避开了硬土场地地震波的卓越周期，加载至超过9度罕遇地震后依然未出现明显损伤。储备体系对软土场地地震波(宁河波)更为敏感，在8度罕遇地震作用下濒临倒塌。结构2、3层支撑始终未发生屈曲和破坏。研究结果表明，当储备体系设计合理时，低延性中心支撑钢框架结构具有良好的抗震性能和抗倒塌能力。     

非均质软土地基上吸力式沉箱抗拔承载力数值分析

针对非均质软土地基上吸力式沉箱的抗拔极限承载力,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维非线性数值分析。通过一定数量的数值计算与分析,较系统地考察了沉箱承受拉拔荷载过程中主动侧土体与结构接触状态对沉箱极限承载力的影响。由此表明:软土地基的不排水抗剪强度、吸力式沉箱结构的长径比、荷载作用点位置等因素对于主动侧土体与结构的接触状态具有一定影响。通过与有关模型试验结果及极限分析上限解的对比分析,在一定程度上验证了有限元计算模型与数值分析结果的合理性。     

装配式剪力墙高效阻尼器耗能连接的简化模型研究与数值分析

相比等效现浇的连接方式，采用耗能连接的预制剪力墙不仅能够提高现场装配率，同时可使结构整体具有更好的抗震性能。针对预制装配式剪力墙结构，提出一种高效的变形放大耗能阻尼器。为研究该阻尼器的力学特性及减振效果，采用有限元软件ABAQUS建立这种阻尼器连接装置的简化分析模型。通过与该连接装置试验结果对比，验证了简化模型的正确性。为进一步研究这种阻尼器在结构中的减震作用，以某24层装配式剪力墙结构为例，分别建立采用等同现浇连接与阻尼器连接的结构有限元模型。不同地震动作用下结构的弹塑性时程分析结果表明，所提出的阻尼器连接装置可显著提高装配式剪力墙结构抗震性能。同时验证了结合阻尼器耗能连接变形特点提出的简化模型，具有一定的可靠性和通用性。     

基于时变可靠度混凝土结构耐久性设计方法

在已有混凝土结构耐久性设计理论和方法的研究基础上,提出在大气环境下基于等效抗力时变可靠度的钢筋混凝土结构构件耐久性设计方法。通过算例,对该方法的实用性、可行性进行验证。由计算结果可知,混凝土强度等级和保护层厚度对混凝土结构的耐久性影响显著。其中混凝土强度对时变可靠度的影响至关重要;保护层厚度的影响随混凝土强度等级的提高而减小;钢筋直径对耐久性的影响不明显,且随着混凝土强度的提高或保护层厚度增大,其影响可以忽略不计。     

土体结构极限承载力的有限元分析

在平面应变条件下,采用增量加载有限元方法求解土体结构的极限承载力,以弹塑性有限元计算不收敛作为达到极限破坏状态的判别标准;在得到土体应力场的基础上,用有限元边坡稳定分析中的滑面应力分析法验算土体结构在达到极限破坏状态时安全系数是否趋近于1.0,同时搜索相应的临界滑动面,与增量加载直到土体结构破坏获得的滑动面比较,并分析二者与经典Prandtl解破坏机构的差异。计算结果表明：屈服准则的选取对计算结果的影响很大,对于无自重的边坡和地基,在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则或者在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,所得到的结果与经典Prandtl解相近;但是在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则得到的滑动面与经典Prandtl解破坏机构不一致,极限状态下的安全系数也不为1.0;在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面相近,与经典Prandtl解破坏机构一致,同时在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0。对于有自重的边坡,同样在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面一致,在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0,说明此屈服准则下求得的极限承载力是土体结构严格意义上的真正的承载力。