钢管混凝土哑铃形截面拱空间受力性能试验研究

进行了钢管混凝土哑铃形拱的面外受力性能试验,与钢管混凝土单圆管拱的面外试验进行了对比,采用经试验验证的有限元模型进行了面外极限承载力的参数分析。研究结果表明:模型拱面内以受压为主,而面外则是以跨中受面外弯矩为主,模型拱最后发生了整体面外失稳破坏,破坏时在跨中与拱脚截面材料进入塑性;模型拱的受力状态中,面外弯矩所占比重最大,约为71%~78%;其面外极限承载力小于面内极限承载力,下降的幅度与面内外荷载比、面外刚度以及截面类型有关;腹腔高度和宽度的增大引起哑铃形截面刚度和极限承载力增大,腹腔高度增大33%或宽度增大50%,模型拱的面外承载力增加约11%~17%或10%~14%;钢管混凝土哑铃形截面拱面外承载力计算方法的构筑中面外抗弯刚度是决定性参数,同时要综合考虑面内抗弯刚度和抗扭刚度的影响;而分支屈曲荷载与极限承载力的比值分析表明,实际工程中钢管混凝土哑铃形截面拱面外屈曲系数大于4是有安全保障的。     

考虑初始应力的混凝土重力坝水下爆炸毁伤特性研究EI北大核心CSCD

水下爆炸冲击荷载由于持续时间短、峰值大,对大坝结构的冲击毁伤破坏往往在短时间内完成,故已有的大坝抗爆防护研究中均忽略了大坝初始应力的影响。采用显隐转换技术,实现了大坝初始应力状态从隐式静力分析到显式动力分析的平稳过渡;通过建立考虑初始应力的混凝土重力坝水下接触和非接触爆炸全耦合模型,分析了不同初始应力状态下大坝动态响应特性,分别探讨了重力和静水压力等初始应力对混凝土重力坝水下爆炸毁伤特性的影响,给出了考虑初始应力状态后的大坝水下接触和非接触爆炸毁伤破坏模式。研究结果表明:初始应力会加重坝身冲切破坏,而减轻上游坝面爆炸成坑破坏和坝踵拉伸破坏。     

钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能的参数研究

该文建立了局部火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能分析的有限元计算模型, 计算结果与实测结果吻合较好. 考虑火灾发生位置及蔓延范围、钢梁高度、钢梁加劲肋的设置、梁荷载大小、柱轴压比等参数变化, 对钢管混凝土框架结构的变形和内力重分布规律、破坏形态、破坏机理和耐火极限进行了详细的参数研究. 研究表明:火灾作用位置对框架耐火极限有影响, 梁荷载对框架耐火极限影响较大, 而轴压比对框架耐火极限影响 不大.     

考虑材料非线性的RC冷却塔风致动力破坏研究

为明确RC冷却塔的风致动力破坏过程和极限脉动风荷载，采用ABAQUS对一代表性结构进行了计算。以分层壳单元模拟塔筒，分别采用塑性损伤模型和双折线模型模拟混凝土和钢筋的非线性本构，在对该塔规范静风极限承载力计算以及与既有弥散开裂模型结果对比的基础上，进行了试验脉动风荷载下的动力增量分析(IDA)，结合变形模式、位移IDA曲线、裂缝分布、应力发展、塑性和刚度演化等方面对塔筒的破坏过程进行了系统阐述，并与静风破坏过程进行了对比。结果表明：静风荷载下，塑性损伤模型所得结构开裂荷载与弥散开裂模型结果一致，但前者所得结构极限荷载略高，结构延性更好；静力和动力风荷载作用下的结果差异来自本构模型、荷载模式和动力效应；脉动风荷载作用下RC冷却塔的结构破坏依然源于迎风子午向受拉导致的塔筒开裂和钢筋屈服，但应更关注塔筒大范围开裂导致的结构刚度下降：动力风荷载作用下塔筒破坏(V0=57 m/s)时混凝土受拉开裂单元比例为63.13%，明显高于静风作用下的结果。     

钢桁腹杆-劲性骨架混凝土(SRC)组合拱极限承载力及简化计算研究

钢桁腹杆-劲性骨架混凝土（SRC）弦杆组合拱是一种新型的组合结构型式,结合了劲性骨架施工方便快捷和组合结构能大幅减轻结构自重的优点,有望进一步提高拱桥的跨越能力,具有良好的应用前景。该文以跨径为420 m钢桁腹杆-SRC组合拱桥的试设计为基础,进行了组合拱极限承载力的模型试验,试验结果表明,模型拱没有出现面外失稳破坏,结构呈整体破坏;组合拱沿拱轴线方向塑性变形速度要远大于沿截面高度方向,最后因塑性区域开展过大而丧失承载能力,破坏模式接近于钢管混凝土拱的极值点失稳破坏。而后对影响组合拱受力性能的参数进行有限元分析表明,组合拱极限承载力随着混凝土外包系数的增加而增大;腹杆与弦杆钢管的外径比可以提高组合拱的极限承载能力,但超过一定范围时,提高不显著;钢腹杆布置形式对组合拱极限承载力影响较大。最后建立了组合拱的极限承载力简化计算公式,可为此类新型组合拱结构的应用提供参考。     

钢骨混凝土短柱在长期轴向荷载作用下的试验研究

钢骨混凝土柱结构在过去几十年间已得到广泛的运用。但是目前关于这种柱结构在长期荷载作用下由于徐变和收缩引起的与时间相关的力学性能研究还开展得很少。该文开展了钢骨混凝土短柱的长期轴向荷载试验研究,还进行了这些柱的极限承载力破坏试验。试验监测了由徐变和收缩引起的柱的轴向长期变形。基于该实测曲线的分析表明,采用ACI 209R-92的收缩模型和CEB-FIP90的徐变模型,利用龄期调整有效模量法可以较好地模拟钢骨混凝土柱在长期轴向荷载作用下的变形发展。经历了长期加载后的试验柱的极限承载力破坏试验还表明,长期轴向荷载对柱的轴压承载力没有显著影响。     

活性粉末混凝土拱极限承载力试验研究

进行了两根活性粉末混凝土(RPC)模型拱的L/4处单点加载的面内受力全过程试验,建立了考虑材料与几何双重非线性的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。通过与普通混凝土(RC)模型拱的受力性能的比较,对RPC模型拱荷载-竖直位移曲线、裂缝开展情况、截面应变和结构破坏模式等方面进行了分析。试验与有限元计算结果表明,RPC拱受力过程和破坏模式与RC拱相似,分为弹性阶段、裂缝开展阶段和钢筋屈服阶段,最终因出现4个塑性铰形成机构而呈塑性破坏,其极限承载力也可用极限分析法进行简化计算。RPC拱由于其材料性能优越,使其受力性能优于RC拱,在同级荷载下RPC拱裂缝的宽度约为RC拱的25%~50%;而RPC拱的开裂荷载、钢筋屈服荷载和极限承载力均较RC拱有明显的提高。在极限承载力相同的条件下,RPC拱的截面积与自重可以减小到RC拱的67%左右,表明RPC可有效减轻结构自重,提高拱桥跨越能力。     

单向面内约束混凝土双向板火灾试验及承载力分析

为研究混凝土板在面内约束作用下的火灾行为,对1块面内约束混凝土双向板进行了恒载-升温条件下的火灾试验,获得了试验板沿板厚的温度场分布、钢筋温度、板挠度和平面外变形以及板角约束力等规律。基于EC2和ASCE两本构模型,采用五种理论对四块不同面内约束作用下试验板的极限承载力进行对比分析。结果表明:单向面内约束作用时,试验板板顶出现沿约束力方向的平行裂缝;与挠度相比,板在垂直约束力方向的平面内膨胀变形较大且不可忽略;面内约束作用和破坏准则对火灾下混凝土双向板极限承载力有重要影响。     

应变率突增对混凝土动态拉伸破坏影响的细观模拟

实际工程中混凝土结构往往遭遇多次动态荷载作用或在承受一定初始损伤荷载基础上再承受不同应变率的动态荷载.建立了哑铃型混凝土三维细观数值模型,模拟不同名义应变率单独作用下混凝土材料的单轴动态拉伸破坏行为,又分别对混凝土单轴拉伸应力应变曲线上升段和软化段的应变率突增行为开展了细观模拟,初步分析了应变率突增行为对动态拉伸破坏强...     

考虑材料非线性的RC双曲冷却塔风致破坏过程

为明确RC双曲冷却塔的极限静风荷载及其风致破坏过程,以一座大型冷却塔为例,采用ABAQUS中分层壳单元模拟塔筒的混凝土和双向钢筋网,在线性计算和非线性计算验证的基础上,采用弥撒开裂模型和双线性模型模拟混凝土和钢筋的非线性受力特征,分析了自重+风荷载(工况Ⅰ)和自重+冬温+风荷载(工况Ⅱ)两种工况下的静风破坏过程,并结合荷载位移曲线、内力、应变和应力的发展和分布探究了其破坏机理。结果表明:对于工况Ⅰ,风荷载系数为λ=1.384时,首先在迎风子午线相对高度h_s/H_s=0.37位置因子午向受拉出现环向裂缝且为贯通裂缝,之后整个迎风区的环向裂缝不断增加并沿环向扩展,迎风区内表面和侧风区外表面也因环向弯矩而出现子午向裂缝,开裂位置的钢筋应力迅速增加,荷载-位移曲线也由线性进入非线性并且迎风区和侧风区位移迅速增加,迎风区和侧风区内力也表现出明显的重分布特征,最后因混凝土持续开裂和喉部区域双向钢筋屈服而破坏,极限风荷载系数为λ=2.007;对于工况Ⅱ,温度效应的计入使λ=1.0时即在侧风区上部首先出现子午向裂缝,子午向裂缝开展也较工况Ⅰ略严重,但因温度的弯矩效应有限,其荷载位移曲线和工况Ⅰ基本一致,且仍以迎风区环向开裂最为显著,结构破坏依然由风荷载控制,最终的极限荷载荷载系数为λ=1.842。     

基于动态黏结滑移性能的钢筋混凝土分离式模型研究

基于钢筋混凝土黏结滑移机理,搭建能够描述循环荷载作用下钢筋混凝土之间黏结性能变化过程的动态黏结-滑移本构关系,并结合单弹簧联结单元法建立钢筋混凝土分离式模型.模型避免了人为选择法向刚度困难的问题,并通过局部坐标系求解钢筋单元解决工程配筋布置问题,保证了复杂受力条件下的计算精度与计算效率.结合混凝土损伤模型进行经典算例分...     

扁拱的面内非线性稳定与突变分析

通过位移、应变能突变分析扁拱结构受简谐荷载作用特性。采用谐波平衡法由扁拱非线性振动方程获得位移、频率关系尖点突变模型,据位移突变判别式分析扁拱非线性响应;用系统能量原理及有限元软件,借助突变理论导出结构失稳的应变能突变准则,并比较位移与应变能突变判别方式差异。结果表明,扁拱受简谐荷载作用的位移或应变能会发生突变,跨度、矢高及荷载对突变均有影响;用位移、应变能突变判别式计算结果基本一致,且各有优势及不足。       

基于块体砌筑技术的大岗山高拱坝地质力学模型试验研究

地质力学模型试验因能真实地模拟复杂地质构造,直观地反映破坏过程而成为研究地基及其上部结构稳定性和安全性的重要方法,广泛应用于高拱坝整体稳定和加固分析。采用块体砌筑技术不仅可以模拟裂隙岩体的变形和强度,而且能模拟坝基不连续结构面、坝体构造以及加固措施。将块体砌筑技术应用于基础处理的大岗山拱坝地质力学模型试验,结合加载和测量监测设备,得到拱坝坝体位移和应力的分布规律、坝体和坝基岩体的破坏机理及破坏过程。采用3个特征超载安全系数K₁ (起裂安全系数),K₂ (非线性变形安全系数)和K₃ (破坏安全系数)对大岗山拱坝整体稳定性进行了评价。通过与国内主要高拱坝模型试验的稳定性结果对比分析,说明大岗山拱坝整体稳定性和安全性均较高。通过与基础未处理的大岗山拱坝模型试验结果对比分析,说明基础处理措施具有明显的加固效果。     

A mesh-free approach for fracture modelling of gravity dams under earthquake

Fracture is a major cause of failure for concrete gravity dams. This can result in the large-scale loss of human lives and enormous economic consequences. Numerical modelling can play a crucial role in understanding and predicting complex fracture processes, providing useful input to fracture-resistant designs. In this paper, the use of a mesh-free particle method called smoothed particle hydrodynamics (SPH) for modelling of gravity dam failure subject to fluctuating dynamic earthquake loads is explored. The structural response of the Koyna dam is analysed with the base of the dam being subjected to high-intensity periodic ground excitations. The SPH prediction of the crack initiation location and propagation pattern is found to be consistent with existing FEM predictions and experimental results from physical models. The transient stress field and the resulting damage evolution in the dam structure were monitored. The amplitude and frequency of the ground excitation is shown to have considerable influence on the fracture pattern and the associated energy dissipation. The fluctuations in the kinetic energy of the dam wall and its fragments are found to vary with different frequencies and amplitudes as the structure undergoes progressive fracture. The dynamic responses and the fracture patterns predicted establish the strong potential of SPH for fracture modelling of dams and similar large structures.     

高拱坝坝肩接触爆炸毁伤安全评价方法

坝肩稳定是高拱坝结构整体安全运行的基础,尽管高拱坝由于拱形受力特性具有较高的承载能力,但坝肩在遭受爆炸荷载作用后极易发生局部毁伤破坏,从而影响高拱坝结构的整体稳定性。着重对高拱坝遭遇水下接触爆炸毁伤后整体的安全稳定评价方法开展了研究,以刚体极限平衡法为基础,针对坝肩的毁伤破坏特征及毁伤面积,提出了拱圈沿右拱端面抗滑安全系数的评价准则,探讨了拱端面的损伤破坏对高拱坝沿拱端面抗滑稳定的影响。结果表明:坝肩接触爆炸主要引起接触部位坝体的压缩破坏和邻近拱端面的剪切损伤,而拱端面的毁伤将直接降低拱圈沿拱端面的抗滑稳定性,并最终导致高拱坝整体沿拱端面滑动失稳。     

Interval risk analysis for gravity dam instability

Fuzziness and randomness are two inseparable uncertainty attributes of most factors influencing stability of gravity dam. Moreover, there is a fuzzy transition from stability status into failure status. Risk analysis and fuzzy mathematics are conducted to evaluate the stability problems of gravity dams, where the process of stability failure is studied as a fuzzy event. Membership functions are used to describe the extent of stability failure risk for gravity dams. The fuzziness of both the design parameters and failure criterion are accordingly eliminated through a transformation by use of the concept of the Level Set. Corresponding analysis procedures are then provided to calculate the fuzzy risk and its probability of the stability failure for gravity dams. Based on a real dam section, a detailed example is further provided to illustrate the proposed risk analysis approach. The results show that it is feasible to apply the present method to analyze the fuzzy risk of stability failure for gravity dams. The modeling approach is sound and the findings do improve the current understanding of this important problem. The conventional risk is a determinate value but the proposed fuzzy risk is an interval value. The obtained conclusions can reflect more reasonably the actual dam engineering.     

基于突变理论的滑坡时间预测模型

考虑滑而介质的流变特性结合滑坡监测资料,运用尖点突变模型中状态变量的突变来反映滑体的突滑,建它了一个滑坡时间预测模型.基于突变理论,分析了单滑面滑坡的失稳机制,分析结果表明:滑体突滑失稳的必要条件仅取决于滑动面剪切段介质和蠕滑段介质的刚度比.根据尖点突变理论的分叉集方程,得到了滑坡突变时间的计算公式,为滑坡预报提供了初...     

改进的突变理论在弹药包装性能评估中的应用

为了更好地对弹药包装性能进行综合评估,建立了一种基于改进的突变理论的评估方法。介绍了突变理论的基本原理,并通过分析突变理论评估法存在的缺陷,对其进行了改进,最后结合实例进行了应用。该方法计算简单、可靠性高,为评估弹药包装性能提供了一种新的思路。     

Testing and modeling of a traditional timber mortise and tenon joint

The structural safety and behaviour of traditional timber structures depends significantly on the performance of their connections. The behaviour of a traditional mortise and tenon timber joint is addressed using physical testing of full-scale specimens. New chestnut wood and old chestnut wood obtained from structural elements belonging to ancient buildings is used. In addition, the performance of different semi and non-destructive techniques for assessing global strength is also evaluated. For this purpose, ultrasonic testing, micro-drilling and surface penetration are considered, and the possibility of their application is discussed based on the application of simple linear regression models. Finally, nonlinear finite element analysis is used to better understand the behaviour observed in the full-scale experiments, in terms of failure mode and ultimate load. The results show that the ultrasonic pulse velocity through the joint provides a reasonable estimate for the effectiveness of the assembly between the rafter and brace and novel linear regressions are proposed. The failure mechanism and load–displacement diagrams observed in the experiments are well captured by the proposed non-linear finite element analysis, and the parameters that affect mostly the ultimate load of the timber joint are the compressive strength of wood perpendicular to the grain and the normal stiffness of the interface elements representing the contact between rafter and brace.