钢-混凝土组合桁梁节点静载力学性能试验研究

钢-混凝土组合桁梁桥节点的力学性能研究和优化设计是组合桁梁桥设计的关键,以某高速铁路桥下承式组合桁梁上节点为原型,设计制作了1∶2节点缩尺模型,对节点进行静力特性试验和有限元分析,研究钢-混凝土组合桁梁桥节点的静力力学性能.对组合节点的荷载-位移曲线、应变发展规律、极限承载力以及节点的破坏模式进行研究.研究表明:该类型组合节点具有刚度大、承载力高以及传力明确等特点,组合节点满足设计要求;节点薄弱区位于弦杆与拉压腹杆相交焊缝区域;节点破坏模式为杆件相交处开裂破坏及拉压腹杆屈曲.     

高压输电塔主材的角钢并联加固轴压承载力

提高输电杆塔主材局部稳定性的承载力，可有效地避免输电塔倒塌事故的发生. 为此，通过6个轴心受压角钢并联加固试验、1个单角钢轴心受压试验和分析13个有限元模型，得到了试件的荷载-位移曲线和荷载-应变曲线以及构件的Mises应力云图，确定了试件的受力规律和应变规律以及设计参数对构件承载力的影响规律. 分析表明:试件原角钢的局部屈曲失稳为试件主要破坏形式；加固角钢的单元最大强度达到223.1 MPa；填板夹具的单元最大强度达到83.7 MPa；试件整体应变以竖向应变为主，填板夹具以剪切应变为主；均匀受压板理论的屈曲公式可以较好地计算出该加固试件的极限承载力；角钢并联加固法可以提高单角钢40%承载能力.      

钢框架梁柱端板连接腹板开孔型节点的受力特性

对梁柱端板连接标准型和腹板开孔型节点进行了非线性有限元分析,研究了腹板开孔参数对节点区应力分布、屈服时应力应变发展变化及节点的弹性极限承载力的影响,对不同开孔尺寸节点的力学性能进行了分析比较,探讨了端板厚度、螺栓、开孔参数对端板上应力分布的影响．结果表明,梁柱端板连接腹板开孔型节点的细部构造对其受力影响较大,采用合理的细部构造形式有利于降低应力集中．改善节点的应力分布,使之受力均匀合理．     

杆件安装应力对网架结构的性能影响

通过对网架试验模型进行安装应力测量,发现少数杆件安装应力较大,甚至接近杆件稳定应力.通过承载力试验,发现安装应力使压杆提前屈曲失稳,降低网架结构极限承载力,危害整体结构安全.考虑不同的结构初始缺陷引入方式,采用随机有限元方法对网架工程算例进行极限承载力分析,对比分析发现网架结构对杆件安装应力较敏感,对节点坐标偏差缺陷不敏感.网架结构受力全过程分析时,应当考虑安装应力的不利影响.     

钢框架梁柱端板连接有限元分析

针对不同细部参数的梁柱端板连接节点进行非线性有限元分析,研究端板厚度、螺栓直径、螺栓排距和梁截面高度等因素对节点受力性能的影响.结果表明：增大端板厚度、螺栓直径、梁截面高度,减小螺栓排距,则节点的初始连接刚度和极限弯矩承载力均有显著提高,但转动能力降低.文中还运用正交试验设计的方法,分析各因素在不同水平组合下对节点初始转动刚度和极限弯矩承载力的影响程度,得出各因素的最优水平组合,针对正交试验的各因素进行回归分析,得出初始转动刚度和极限弯矩承载力与影响因素相关关系的近似经验公式.     

双幅桁架组合梁空间受力研究

双幅桁架组合梁是通过横向联结系将A,B两个单幅桁架组合梁连接到一起组成新结构,为了了解该组合梁的受力性能、变形能力、破坏机理以及各个杆件的内力分布规律等,设计并制作试件,通过对试验梁A幅静力加载试验,分析其位移、沿截面高度纵向应变、混凝土板顶纵向应变、斜腹杆轴向应变以及横向联结系轴向应变随荷载的发展变化。通过ABAQUS有限元分析软件建立相同试件模型并且后处理,比较试验研究成果,验证模型的合理性。研究表明,施加单幅对称荷载时该组合梁具有良好的承载能力和变形能力;破坏形态为A幅弯曲破坏的同时伴随着受拉腹杆节点的冲剪破坏,B幅仅斜腹杆受轴力且影响较小;剪力滞系数在梁肋处达到峰值,说明梁肋处应力分布最不均匀,系数纵向影响范围只位于加载点附近,变形集中于中间区域;下弦杆除了承受轴向力,弯曲效应对杆件的受力影响较大,不容忽视。     

大跨独塔斜拉桥纵隔板的极限承载力

为保证主跨383m 的广州珠江黄埔大桥北汊桥主梁吊装施工期间钢箱梁桁架式纵隔板的稳定性,对集 中荷载作用下纵隔板的极限承载力进行了非线性有限元数值模拟和模型试验.采用通用有限元软件ANSYS建 立梁段的空间数值模型,得到了设计荷载作用下纵隔板的应力分布及施工阶段结构的弹性屈曲系数;考虑材料 及几何非线性和初始缺陷,得到了该纵隔板的极限承载力.采用1:2.5缩尺模型对纵隔板进行了静载试验,得到 了设计荷载作用下纵隔板的应力和变形;通过极限承载力试验,得到了设计荷载作用下纵隔板的非线性屈曲系 数.研究结果表明:该斜拉桥钢箱梁纵隔板设计合理,其稳定性满足设计要求;考虑初始缺陷的非线性有限元分 析可用于研究钢箱梁纵隔板的局部稳定性.      

格构式钢管混凝土风电塔架双拼节点性能研究

为了掌握钢管混凝土双肢拼接节点的破坏机理和力学性能,进行了6个钢管混凝土双肢拼接节点缩尺模型的静力试验研究,并在此基础上采用ABAQUS进行了有限元的非线性分析.通过塔柱径厚比、节点板厚度和有无加劲板3个参数的变化,对节点的破坏模式、节点板的等效应力等性能指标进行了分析.研究结果表明:无加劲板节点的破坏区在节点板上,加劲板节点的破坏是由于压杆失稳而引起;加劲板节点的承载力大于无加劲板节点,但对节点板的厚度、初始偏心和塔柱径厚比等因素的敏感度降低,无加劲板节点的节点板高应力区集中在节点板中段下部区域和拉腹杆下方的区域;加劲板节点的节点板高应力区集中在节点板中段下部区域;如果腹杆不发生屈曲破坏,当塔柱径厚比27.4时,节点板厚度相同,塔柱径厚比增大,节点承载力下降,当27.4时,节点板厚度增加,节点承载力下降幅度减小;当节点板与塔柱壁厚比2时,节点承载力随着的增大而增加,当2时,塔柱壁厚增加,承载力增加幅度减小.      

预应力混凝土梁超载能力分析

为了验证利用有限元法分析预应力混凝土梁极限承载能力的准确性,对T形预应力混凝土模型梁进行了极限承载力加载破坏试验,采用ANSYS有限元程序,建立了T梁的分离式有限元模型,分析了模型梁从加载到破坏全过程的受力和变形。发现利用实验与有限元法得到T梁的荷载-挠度曲线与荷载-应变曲线的变化趋势一致,并呈现良好的非线性,但是通过荷载试验得到T梁的超载能力为9.07 kN.m,按照有限元分析得到的超载能力为12.48 kN.m,偏差较大,原因是分析模型偏于理想化。分析结果表明:利用有限元法在总体上能够有效地模拟钢筋混凝土梁受力全过程中各个量的非线性变化,对超载能力的求解是可行的。     

钢管混凝土风电塔架球式节点的力学性能分析

为寻找更适合钢管混凝土格构式风电塔架的节点形式，开展了2个法兰盘球型分支节点和2个法兰盘螺栓球节点模型的静力试验，并对其进行有限元分析，以球台高度和厚度为变化参数，分别对比了2种节点的破坏模式、法兰盘等效应力分布、腹杆轴力-变形曲线等.研究结果表明：法兰盘球型分支节点的破坏模式为高强螺栓剪切破坏，法兰盘螺栓球节点的破坏模式为球台焊缝撕裂破坏和屈曲-撕裂破坏；与法兰盘球型分支节点相比，法兰盘螺栓球节点的法兰盘和球台的等效应力分布均匀，材料利用率较高，其最大应力绝对值分别提高了19%、52%，承载能力较强；腹杆轴力-变形曲线的塑性阶段长，延性较好；对球台高度或厚度的变化反映在节点极限承载力上更敏感，有更高的极限承载力；法兰盘螺栓球节点有进一步推广应用的价值.     

氮合金化HRB500E钢的静态再结晶行为试验研究

为了对相关热轧工艺制度的确定提供必要的理论依据,采用应力松弛法研究了氮合金化HRB500E钢的静态再结晶行为,运用Gleeble-1500D热模拟试验机分析了不同的应变量、应变温度、应变速率对试验钢静态再结晶的影响,并与普通的钒微合金化HRB500E钢进行了对比. 依据试验结果,以Avrami 方程为基础,建立了两种试验钢的静态再结晶动力学模型,并进行了静态再结晶分数曲线与模型预测值的对比检验. 研究结果表明,控制两种试验钢的应变量在0.4～1.0区间递增,应变温度在950～1 100 ℃范围内递增,应变速率在0.1～1.0 s?1范围内递增时,其t_0.5值（再结晶完成50%所需要的时间）均分别随之减少,再结晶速度加快;其中,应变量及应变温度对试验钢静态再结晶的影响较为显著,应变速率次之. 在应变条件相同的情况下,氮合金化HRB500E钢静态再结晶进程滞后于钒微合金化HRB500E钢. 检验结果表明,两种试验钢静态再结晶动力学模型预测结果与试验结果较吻合.      

国际集装箱内陆段铁路运输链碳排放量估算

忽略装卸作业、集卡短驳、空箱调运和能源生命周期排放会显著低估铁路运输链的CO₂排放量.本文聚焦国际集装箱内陆段运输,基于运输链视角和能源生命周期理念,研究铁路运输链(自空箱装车至港口重箱卸车)的CO₂排放.根据 ASIF(活动-结构-能耗强度-排放因子)方程,建立国际集装箱内陆段铁路运输链的CO₂排放估算模型,并以义乌经宁波港域出口集装箱铁路运输为例,估算不同情景下铁路运输链的CO₂排放量.结果表明,义乌-宁波铁路运输链的CO₂排放量最多被低估99.215%,新建铁路最多可减少CO₂排放量22.821%.研究成果可为评估多式联运的CO₂减排效果提供技术支撑.     

悬架馈能作动器力学特性测试及非线性主动控制器设计

为提高车辆的乘坐舒适性并兼具回收振动能量的功能，对试制PMSM-滚珠丝杠式馈能作动器进行了力学特性测试，对库仑阻尼和作动器等效惯性质量进行识别，根据识别结果设计了馈能型主动悬架非线性控制器；结合电磁动力学建模、电气参数校核，采用分级变压充电试验方法对作动器样机进行三角波及正弦波位移输入下的力学特性测试，利用参数拟合使建模仿真力学特性曲线逼近实测曲线，完成库仑阻尼识别和等效惯性质量验证；对含有库仑阻尼及作动器等效惯性质量的主动悬架力学模型中的非线性项进行前馈反馈线性化处理，并对簧载质量/非簧载质量加速度项正则化处理，在此基础上根据作动器最大输出力设计了双约束H₂/H_∞控制器；利用数值仿真对被动悬架、理想主动悬架、常规H₂/H_∞控制主动悬架和双约束H₂/H_∞控制主动悬架进行悬架综合性能对比验证及馈能性能分析。分析结果表明:双约束H₂/H_∞控制主动悬架的簧载质量加速度均方根和综合性能指标较被动悬架分别降低47.05%和51.67%，仅比理想主动悬架分别差1.86%和1.34%，且比常规H₂/H_∞控制主动悬架分别优19.28%和11.21%；库仑阻尼和电机定子电阻分别消耗掉了作动器总吸收功率的18.99%和20.19%，相比之下，流向蓄电池的回收平均功率高达60.82%。      

埋入式H型钢桩-桥台节点受弯性能与承载力

为研究整体式桥台无缝桥中埋入式H型钢桩-桥台节点的受弯性能，通过建立节点的有限元模型，分析了桥台厚度、混凝土强度、钢桩朝向、埋深比、钢材强度和轴压比6个参数对节点受弯承载力和破坏模式的影响，并在此基础上，针对不同的破坏模式提出了节点受弯模型与承载力计算公式。研究结果表明:绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比小于2.0时发生桥台混凝土承压破坏，增大钢桩埋深比和混凝土强度等级可有效提高节点受弯承载力；绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比大于2.0时，或绕钢桩弱轴弯曲的节点在埋深比大于1.0时，发生钢桩屈服破坏，提高钢桩的钢材强度等级可提高节点受弯承载力；随着轴压比的增大，发生绕钢桩强轴屈服破坏的节点的受弯承载力明显降低，但轴压比对发生桥台混凝土承压破坏或冲切破坏的节点的受弯承载力的影响可以忽略；提出的节点受弯承载力计算方法能较为准确地预测不同破坏模式的埋入式H型钢桩-混凝土桥台节点的受弯承载力，计算值与有限元结果比值的均值和计算值与试验结果比值的均值为分别为0.981和0.941，因此，可用于该类型节点的受弯承载力计算和破坏模式分析；建议钢桩埋深不少于2.0倍桩宽与混凝土桥台厚度大于2.4倍桩宽，这样可有效避免桥台混凝土的承压破坏和桥台边缘混凝土的冲切破坏。      

Experimental study on mechanical behavior of box-brace to box-column foot joints

This paper presents results of three tests carried out to study the mechanical behavior of foot joints used in the tower boiler steel frame. Each foot joint consists of a box column and a box brace. These three specimens have different connection types or different details of stiffeners. The tests are carried out by using the large multi-function structural experiment system WAW-1000J. The load-displacement curves and the strain distribution are measured during the tests. The mechanical behavior of foot joints under adverse load cases is analyzed. The safety of these three specimens under design load is assessed. The strength and deformation of different joints are compared. The results indicate that connection types or details of inner stiffeners have effects on strength and failure mode and that the specimen with end-plate connection can optimize the strain distribution along the height of brace web and can change the force transfer mechanism between column and brace. In addition, a finite element model of the specimen is conducted and numerical results generally agree well with the test results. The work in this paper provides a base for further analysis on the performance of joint used in the tower boiler steel frames.     

矩形钢管高强混凝土框架抗震性能分析

为研究地震作用下矩形钢管高强混凝土框架的破坏机理和抗震性能,进行了单跨两层矩形钢管高强混凝土框架低周反复荷载试验和有限元分析. 考察结构试件在试验过程中塑性铰出现的位置、顺序及塑性发展程度,研究其破坏机制和破坏模式. 研究结构滞回曲线与骨架曲线,分析其承载能力、变形能力、耗能能力以及强度和刚度退化情况. 在此基础上,采用有限元软件Perform-3D对矩形钢管高强混凝土框架试件进行参数分析,研究了轴压比、钢材屈服强度及静力弹塑性分析水平侧向力加载模式等对结构抗震性能影响. 结果表明:矩形钢管高强混凝土框架试件呈梁铰破坏形态,并具有承载能力高、变形能力和耗能能力强的特点. 试件平均峰值荷载较屈服荷载提高了1.68倍;顶层和底层最大层间位移角分别为1/30和1/27,分别超过了规范规定限值的66.7%和85.2%. 延性系数分别超出了规定限值的58.5%和60.0%;轴压比对结构抗震性能影响显著. 当轴压比大于0.6时,结构承载能力与变形能力明显降低;水平侧向力加载模式对结构承载能力影响大. 均匀加载模式下结构承载能力最大,顶点加载模式下最小,倒三角形加载模式居于二者之间. 研究成果可为矩形钢管高强混凝土框架结构抗震设计提供参考.      

装配式圆钢管约束混凝土柱的轴压性能

为了研究钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能，基于试验研究结果，对钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能进行了有限元分析. 首先通过有限元建立了现浇式和装配式圆钢管约束混凝土柱模型；然后从承载力-平均纵向应变关系曲线、钢管应力、钢筋应力和混凝土应力方面对比了现浇式与装配式柱的轴压性能；其次分析了装配式柱变形形态及受力机理；最后提出了装配式柱轴压承载力计算方法. 研究结果表明:与现浇式柱相比，装配式柱也具有良好的轴压性能和延性性能，钢管及钢套管对核心混凝土的约束作用更强，轴压承载力提高幅度为1.94%～6.17%；增加钢管厚度对提高装配式圆钢管约束混凝土柱轴压承载力最有效，提高幅度达59.15%，增加箍筋间距对其轴压承载力影响较小，减小幅度为2.91%；钢管纵向应力在靠近钢套管与钢管连接处较大，钢管环向应力在钢管通缝上、下附近区域较大，在钢套管装配处也较大；所提装配式柱轴压承载力公式计算值（N_uc）与有限元值（N_uf）、试验值（N_ut）的比值均值分别为0.964、1.014，方差分别为0.003 5、0.002 9.      

翔安海底隧道运营环境及污染物分布规律

为了明确城市海底公路隧道内环境参数和污染物的分布规律，针对厦门翔安海底隧道运营通风效果进行了现场测试，获取了交通高峰期和非高峰期两个时段隧道内气压、温湿度、风速、CO、NO₂和PM浓度的分布规律，结合一维扩散理论和Fluent组分输运模型研究了海底公路隧道内环境参数和污染物随交通流的分布规律. 研究结果表明:（1） 交通高峰期时段，温度沿车流方向逐渐升高，出口处达到最高温度36 ℃；湿度沿车流方向逐渐降低，入口处最大湿度为94%；CO、NO₂和PM浓度随车流方向逐渐升高，在出口处达到最大，最大浓度分别为21.00 ppm、3.73 ppm和1.76 mg/m3，V型坡坡底处PM浓度也较高（2.03 mg/m3）；根据烟尘质量浓度与消光系数的转换公式得到出口处和V型坡坡底处的消光系数分别为0.008 3 m?1和0.009 5 m?1，NO₂和PM浓度超过了规范值.（2） 非交通高峰期NO₂最大浓度为1.68 ppm，出口处和V型坡坡底处的消光系数分别为0.006 9 m?1和0.007 7 m?1，出口处NO₂浓度和坡底处消光系数超过了规范值.      

基于二系垂向作动器与压电作动器的动车组车体振动控制

为了减小高速动车组车体刚性与弹性振动, 提出了一种基于二系垂向作动器与车体压电作动器的高速动车组车体振动主动控制方法; 基于某型高速动车组, 设计了一种在车辆二系安装垂向作动器, 在车体底架布置压电作动器, 运用H_∞鲁棒最优控制器进行车辆协调控制的主动减振方法; 建立了基于车辆动力学参数的刚柔耦合减振力学模型, 采用H₂及H_∞准则优化压电作动器与压电传感器布置位置, 运用鲁棒最优控制方法设计了H_∞反馈控制器; 利用MATLAB仿真了减振装置与主动控制方法对车辆动力学性能的影响, 比较了被动悬挂车辆、仅安装二系垂向作动器车辆与采用主动控制车辆的动力学性能差异。研究结果表明: 压电作动器与压电传感器布置在距车体左端距离为7.15、12.25、17.35m处车体一阶及二阶弹性模态归一化H₂及H_∞范数最大, 可以作为压电作动器与传感器的布置位置; 基于二系垂向作动器与车体压电作动器的鲁棒最优控制方法能够有效地抑制车体的振动, 一阶垂弯振动频率处车体中部和转向架上方的加速度功率谱分别减小为被动悬挂车辆的5%、10%;速度越大, 振动加速度抑制效果越明显, 当车辆的运行速度为200km·h-1时, 车体振动加速度均方根减小10%, 当车辆的运行速度为350km·h-1时, 车体振动加速度均方根减小18%;相对于被动悬挂, 二系垂向作动器输出力功率谱在车体浮沉与点头振动频率处的量级为106 N2·Hz-1, 对车体刚性振动有较大抑制作用, 压电作动器电压功率谱在车体一阶垂弯振动频率处达到峰值4 000V2·Hz-1, 对车体弹性振动有较大抑制作用。