基于组合权重的模糊物元模型在输水管材选型中的应用

在输调水工程中,管材选型问题具有模糊不相容和多目标性的特点,是工程技术人员面临的技术难题。建立了一种基于变异系数和层次分析法的模糊物元评价方法,分析了影响管材选择的各种指标,构建了管材类型选择的综合评价指标体系;引入了变异系数法修正层次分析法确定指标权重时的主观性,从而确定了评价指标的组合权重,建立了模糊物元评价模型,并利用欧式贴近度结合价值工程原理判断最优管型。在研究过程中,以新疆某引水管线工程的管材选型为例进行评价模型的工程应用,经计算可得最适宜该工程的管材类型为玻璃纤维增强塑料夹砂管(FRPM)。结果表明,利用本模型进行管材选型,可以根据实地工程条件以及管材技术特性,考虑技术、经济、施工、安全等多方面影响因素,选择出适宜本工程条件的最优管型。     

钢套筒混凝土压力管道(SSCP)外载超载试验研究

为了研究钢套筒混凝土压力管道(SSCP)的抗外压承载性能、管道内外层钢筒的变形特点以及管芯混凝土裂缝的开展规律,通过1/10尺寸普通SSCP模型外压破坏试验的方法,分析模型关键部位荷载—应变曲线、管顶荷载—位移曲线、外载管道破坏形式,得到外载试验中SSCP的一般破坏规律,即:初始裂缝分别出现于管顶和管底处;最终裂缝形态为侧向斜裂缝和自内向外的垂直裂缝;内钢筒屈曲破坏形成凹形。然后,基于等效刚度理论提出SSCP管道外压承载性能的弹性阶段承载力计算方法。计算结果表明:管道的弹性极限承载力为1 138 k N/m;管道的比例极限试验值在1 025~1 200 k N/m之间,与理论计算结果吻合较好,二者相对误差小于10%,证明了计算公式的准确性,满足工程需要;管道的塑性极限承载力试验值为2 176 k N/m。     

含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析

为研究空洞缺陷对混凝土楔入劈拉性能的影响,将空洞缺陷等效为相应纵向截面高度的损失量,并推导了含空洞缺陷混凝土楔入劈拉断裂参数的计算式,同时利用改进型测试装置进行了8组共32个试件的楔入劈拉性能试验,分析研究了空洞尺寸及其位置变化对试件楔入劈拉性能的影响规律。结果表明,起裂荷载、失稳荷载、起裂张口位移和失稳张口位移都随着空洞尺寸增大(直径0~120 mm)而降低,降幅分别为43.59%,23.75%,39.85%,54.50%;空洞缺陷对混凝土的起裂韧度影响较小,但却会明显降低混凝土失稳韧度,随着空洞尺寸增大,其降幅达到46.20%;空洞位置对混凝土断裂特性的影响跟裂纹扩展路径相关,当裂纹经过空洞时会降低相关参数,当其远离空洞区域时,则影响较小。     

配筋对混凝土双K断裂参数的影响研究

为了确定在混凝土中配筋对试件断裂参数的影响,采用尺寸为1 000 mm×200 mm×200 mm的3组不同缝高比的钢筋混凝土试件进行试验。通过在初始裂缝两侧粘贴应变片确定了起裂荷载,计算出了钢筋混凝土试件的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度、临界有效裂缝长度,并与相同缝高比的素混凝土试件进行了对比。结果表明,在混凝土中配筋,其起裂断裂韧度与失稳断裂韧度分别可以提高8.6%与15%;缝高比越大,钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度值越小;钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度的比值要比素混凝土试件的小,表明在混凝土试件中加入钢筋后可以提高结构的延性;钢筋混凝土试件的初始缝长与临界有效缝长的比值介于0.65～0.88。     

“预应力组合箱梁结构复合受力基本性能—试验、理论与应用”简介——获2011年度大禹水利科学技术奖一等奖

历时7年,在人事部、教育部留学归国启动项目、江苏省自然科学基金项目、中央级科研院所业务费重大项目与面上项目、江苏省交通设计研究院委托项目等持续资助下,对预应力组合箱梁结构的复合受力基本性能和设计计算方法进行了系统研究,解决了相关水利水电交通工程预应力组合箱梁结构复合受力分析计算     

预应力混凝土组合箱梁扭后抗弯性能分析

为研究预应力混凝土组合箱梁扭后的抗弯性能,进行了5根预应力组合梁的先扭后弯试验.试验在梁跨中对称荷载作用下进行,考虑试验梁受扭矩作用历史,并与完整组合梁的试验进行对比得到扭后预应力组合梁的极限抗弯承载力、跨中弯矩-挠度曲线及钢梁截面应变增长曲线,并提出了预应力组合梁扭后承载力计算公式.试验结果表明:预应力组合梁扭后承弯能力将会降低;受扭历史影响预应力组合梁的抗弯能力;预应力能够提高扭后预应力组合梁的抗弯能力.     

预应力损失对BCCP管道安全性影响研究

钢筋缠绕钢筒混凝土压力管（BCCP）是一种由传统的预应力钢筒混凝土管改进而来的新型复合管材,具有较好的应用前景。为研究预应力损失对此种新型管道安全性的影响,借助有限元软件ABAQUS建立了三维有限元模型,考虑材料非线性,计算了不同预应力损失下BCCP达到3种极限状态对应的内水压极限值。结果表明：工作极限状态和弹性极限状态下的内水压随预应力损失量的增加而降低,而强度极限状态下的内水压随预应力损失量的增加而增加,预应力损失降低了BCCP正常工作的承载性能,但不会影响最终的屈服破坏。研究结果对该管型在工程中的应用具有一定的参考价值。     

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。     

带裂缝混凝土动态轴拉的声发射特性研究

为研究带裂缝混凝土在动态轴向拉伸荷载作用下的声发射信号特性,采用张口位移控制加载的方式,开展了张口位移速率为10~(-5)~10~(-2)/s的混凝土动态轴向拉伸断裂试验,分析了不同加载速率下声发射特征参数振铃计数、状态参数事件计数率和荷载随时间的变化曲线。试验表明:振铃计数包络曲线和荷载曲线具有良好的对应关系,且随着加载速率的提高,声发射活动越集中,试件断裂时间越短,更偏向脆性破坏,声发射能很好地揭示试件动态拉伸的受载情况和破坏状态。基于声发射特征参量的能量分析揭示了混凝土断裂破坏能量释放规律。结果表明:带裂缝混凝土动态轴向拉伸破坏不具有典型的3阶段特征,声发射信号在破坏瞬间突发性增强;随着张口位移速率的提高,混凝土断裂破坏时间缩短,极限强度增加,释放的能量呈指数增长。     

基于水轮机特征频率的组合长柱振动特性研究

为了有效改善当前水电站厂房整体结构的使用性能与抗震性能,以水电站水轮发电机组运行的特征频率为参数指标,分别对矩形截面空心钢管长柱、圆形截面空心钢管长柱、矩形截面钢-混组合长柱、圆形截面钢-混组合长柱4种模型进行模态分析及共振校核。分析表明,圆形截面钢管混凝土组合长柱的自振频率与振源频率错开度大于20%,能够有效避免共振,具有显著的抗震特性。在此基础上,开展室内足尺寸模型振动特性试验,通过位移响应和加速度响应等力学指标进行对比分析。结果表明,在20 Hz的振源频率下,方截面柱的振动响应小于圆截面柱。上述振动特性分析结果可为水电站厂房柱结构的工程设计提供技术支持。