柔性防护系统环形拦截网分区等代模型

环形网是被动柔性防护系统中的重要结构单元,其冲击变形具有明显的多柔体非线性动力学特征,其计算模型的构建是柔性防护结构理论研究的难点与关键点. 为了建立环形网的计算模型,首先通过柔性被动网整体结构足尺冲击试验,获取了环形拦截网的区域化变形特征以及网环的典型变形状态;其次通过网环拉伸试验与数值仿真计算的方式得到了各典型变形状态下,网环的荷载位移关系,建立了分区等代计算模型;最后通过与网片顶破试验、动力冲击试验展开对比计算的方式校验了模型的准确性. 研究结果表明:环形拦截网具有明显的分区域变形特征,网环（环形网的基本单元）具有3种典型变形状态,各变形状态的网环均具有两阶段受力特征;据此采用连接于圆心、初始长度为网环半径的“X”形4桁架单元模拟单个网环,将典型变形状态下网环的荷载位移关系等效为桁架单元应力应变关系,连接对应节点形成整片网的单元模型,根据网环所处的变形区域赋予桁架单元相应的应力应变关系,建立了整片环形网的高效率分区域等代模型;通过与静力试验及动力试验的对比,模型计算误差小于10%.      

玄武岩纤维筋拉伸力学性能试验研究

为探讨玄武岩纤维(BFRP)筋的力学性能,分别用引伸计和光纤2种应变测试方法对其基本力学性能进行了研究.由于BFRP筋的抗拉弹性模量低,在BFRP筋中掺入钢丝,研制成了高模量的玄武岩纤维-钢丝复合筋.试验结果表明:BFRP筋的应力-应变曲线为直线;BFRP筋的抗拉弹性模量仅为钢筋的23%,用光纤应变检测的BFRP筋的抗拉弹性模量比用引伸计应变检测的高12.3%;BFRP筋的抗拉弹性模量随直径增大逐渐降低;掺杂钢丝可以显著提高BFRP筋的抗拉弹性模量.     

路基填挖交界处路面裂缝的三维有限元分析

为了合理铺设土工格栅,防止路基填挖交界处路面开裂,分别建立不加格栅和加入不同层数、不同长度格栅的路基有限元计算模型,分析了路面顶面的竖向位移和沿路线纵向水平应力应变以及格栅的应力应变。格栅的布设减小了路面顶面竖向位移,分散了集中在填挖交界处的拉应力和拉应变,各模型中格栅的最大拉应力均小于1 MPa,最大拉应变均小于0.3%,布设一层时的格栅或多层布设时的底层格栅,拉应力和拉应变从路堑一侧到路堤一侧逐渐减小,其余层格栅的拉应力和拉应变,以靠近交界处路堑一侧最大。对计算结果的分析表明,土工格栅消除或延缓了路面横向裂缝的发生,布设一层时的格栅或多层布设时的底层格栅,路堑一侧应长于路堤一侧,其余层宜以交界处为轴对称布设。     

土工格栅加筋土复合体的大三轴试验

采用大型三轴仪,对直径30 cm,高60 cm,放置两层土工格栅的加筋土复合体试件进行三轴试验。试验获得了加筋土复合体的应力-应变及其抗剪强度特性,以及含水量对加筋土复合体力学性能的影响规律。     

FRP加固钢筋混凝土梁非线性有限元分析

在GFRP布加固钢筋混凝土梁受弯试验的基础上,考虑钢筋、混凝土的材料非线性行为,采用有限元法对FRP加固钢筋混凝土梁的受弯力学性能进行了数值模拟和分析,并与试验结果进行了比较.根据计算结果,分析了FRP加固钢筋混凝土梁的极限荷载、剥离荷载、FRP的应变分布、FRP端部区应力分布情况及受力机理.分析结果表明,非线性有限元法可以很好地模拟FRP加固钢筋混凝土梁的受力性能,并能预测FRP加固钢筋混凝土梁发生剥离破坏的荷载.     

砌体剪压复合强度的试验研究

为避免现有砌体结构剪压复合作用下较为繁琐的双向控制强度测试模式，采用一种以单向加载替代传统双向加载的改进试验装置，借助试件角度旋转获取了不同应力比下砌体剪切滑移破坏、受拉破坏、受压破坏3种破坏形态；通过数值分析对试验现象进行对比验证，揭示了不同剪压复合应力状态下砌体抗剪强度的破坏规律；以0.2和0.6为界限采用三段式剪压相关曲线构建出不同应力条件下剪压复合强度破坏准则，以0.2为界限提出了砌体剪压复合受力状态下材料应力应变关系. 结果表明:改进试验方法简捷高效误差小，理论计算与试验结果之比的均值为1.07，变异系数为0.180；试验结果丰富了砌体材料本构关系，可为砌体结构破坏准则的完善与数值分析模型的构建提供理论依据.      

各向异性铝合金板材本构关系及其有限元模拟

为了减轻自身重量,采用铝合金板材和冲压成形工艺制造高速列车车体已经成为现代化铁路车辆的发展方向.但是,铝合金板材的力学性能是各向异性的,其冲压成形过程复杂,变形规律不易把握.采用Barlat三参数屈服准则获得了各向异性铝合金板材的应力应变关系曲线,并通过有限元模拟和拉伸实验进行了对比验证,结果表明采用Barlat三参数屈服准则获得的各向异性铝合金板材的应力应变关系曲线可应用于各向异性铝合金板材的有限元分析,并初步对各向异性铝合金板材的冲压成形过程进行了非线性接触有限元模拟,获得了比较理想的有限元分析结果,这对改进高速列车车体加工工艺、缩短冲压模具调试周期、降低生产成本具有积极的意义.     

高温作用后混凝土损伤动态本构模型研究

为解决高温对混凝土损伤问题,基于混凝土非线性粘弹性本构模型理论及损伤力学有关理论,建立了包含材料参数、动态模量等9个参数的混凝土损伤型动态本构模型,考虑到高温对混凝土动态力学性能影响显著,将高温损伤内化到对本构模型元件材料参数的影响,并根据实验所得数据,拟合得到模型在各温度下的材料参数值;将模型预测应力-应变曲线与实验所得应力应变曲线比较,结果表明:两者的峰值应力误差在5%以内;峰值应变误差在9%以内;弹性模量误差在7%以内,曲线总体拟合相似度在0.93以上,该模型能较好模拟经受高温作用后的混凝土冲击力学特性.     

不同垫层下管桩复合地基现场对比试验研究

为比较管桩+钢筋混凝土板复合地基、管桩+桩帽+土工格室复合地基、管桩+桩帽+土工格栅复合地基的受力和沉降控制效果,开展了3种复合地基处理深厚软土路基的现场试验,分析研究了不同垫层条件下管桩复合地基受力和变形规律,结果表明:路堤荷载作用下,桩顶和桩间土应力由路基中心向路肩、坡脚处逐渐减少,土工格栅垫层时桩土应力比为2.47~5.42,土工格室垫层加固桩土应力比为2.30~6.25;钢筋混凝土板垫层时桩土应力比为8.05~14.81;随着路基填土荷载的增大,土工格栅、土工格室拉力逐渐增大,路肩位置拉力最大,相同荷载作用下土工格室所受拉力大于土工格栅;3种复合地基加固措施中管桩+钢筋混凝土板对路基沉降的加固效果最好,稳定后地基面沉降分别为土工格栅和土工格室桩网复合地基地基面沉降的68.46%和72.56%.      

地基对加筋土挡墙影响的对比分析

为了分析地基对加筋土挡墙的影响，开展了两组离心模型试验. 首先根据相似理论确定试验相似比尺，其次根据相似比尺选取试验材料并制作模型进而开展砂土与黏土地基工况时的模型试验，最后采集并分析了填筑期与施工期的墙体位移、水平土压力、基底竖向应力与筋材应变. 结果表明:砂土地基时墙体的位移最大值位于结构的上部；黏土地基填筑阶段时墙体的位移约为砂土地基时的3倍并且加载阶段时墙底的位移可达30 cm；水平土压力系数沿着高度方向非线性分布，同时加载期的数值小于填筑期时的值；黏土地基时的墙背水平土压力系数小于砂土地基时的数值；与砂土地基时相比，黏土地基的变形可以减小面板底部竖向应力集中的趋势，使其竖向应力与自重应力比值接近1.0；与砂土地基时筋材拉力相比，由于黏土地基时墙体位移较大，因此此时底部筋材应力可增大3倍，同时筋材应变最大值出现的位置相对更远离墙面.      

基于GFRP-OFBG筋的桥梁缆索索力测量技术研究

基于内嵌光纤Bragg光栅传感器的光纤光栅．玻璃纤维增强塑料复合筋（GFRP—OFBG筋）,研究了GFRP-OFBG筋自身的应变和温度传感特性,研究结果表明,GFRP—OFBG智能筋具有优异的线性传感性能,筋中光栅测量的应变极限达12000με以上,波长变化达14nm;对于用GFRP-OFBG筋替换普通钢绞线的中丝而得到的GFRP-OFBG智能钢绞线,进行了应变传感、温度敏感和钒绞线松弛试验,试验结果表明,GFRP—OFBG智能钢绞线具有优异的线性传感性能和较低的应力松弛率,并可实现钢绞线受载全过程监测,绞线中光栅测量应变极限为11568．2με,光栅波长变化为15．966nm;对直接增加GFRP—OFBG筋制成的光纤光栅平行钢丝智能索和直接增加GFRP-OFBG智能钢绞线得到的光纤光栅平行钢绞线智能索,进行荷载传感试验,试验结果表明,智能索的感知线性度和重复性都比较好,并可监测70％以上公称破断索力。智能索工程应用案例表明,GFRP—OFBG筋智能拉索在实际工程中很容易得到车辆荷载下的响应曲线。     

人湿尺骨干在冲击压缩实验下的力学性能及规律

目的探讨人湿尺骨密质骨在高应变率下的力学性能及其分布规律。方法用分离式Hopkinson压杆(SHPB)技术对人湿尺骨密质骨进行了应变率在.ε=1.2×103/s条件下的冲击压缩试验。结果尺骨密质骨在高应变率下的力学性能随其纵向位置变化而呈现出中间强两端弱的分布,最强的位置约在距近端1/3处,且近端强于远端。与静态结果的比较表明,尺骨密质骨对应变率有较大的依赖性。结论在冲击压缩力作用下,尺骨的两端,尤其是远端容易骨折。     

纵向初应力作用下圆钢管混凝土轴压短柱受力机理

应用连续介质力学,确立钢管在纵向初应力作用下的圆钢管混凝土同心圆柱体钢管和混凝土受压时的计算模型,推导了初应力作用下的钢管混凝土组合弹性模量计算公式和组合应力-应变关系全曲线的表达式,分析了不同初应力系数下钢管混凝土加载过程中的钢管轴向应力-应变关系、环向应力-应变关系以及核心混凝土的轴向应力-应变关系、径向应力-应变关系的变化情况,探讨了初应力系数对钢管混凝土力学性能的影响。分析结果表明:随着钢管纵向初应力的增大,核心混凝土的纵向刚度、径向压应力、纵向强度与钢管环向拉应力也有所降低,而相应的钢管纵向压应力有所增加,套箍约束作用和极限承载力也有所降低,但对组合弹性模量影响不大。     

成层结构性软土一维非线性固结半解析分析

为了研究变荷载作用下土体结构性对成层软土固结性状的影响,基于结构性软土压缩性和渗透性的非线性变化规律,以及结构屈服应力随土体深度变化等特征,对结构性软土非线性固结问题进行了分析. 首先采用三折线压缩模型、e-lg k_v渗透模型,详细分析了结构性软土在不同排水工况下的固结过程;其次,利用半解析法,建立一维固结方程,并编制程序进行求解,与目前已有的非线性固结结果进行了对比分析,验证了本文计算方法的可靠性;最后以某四层软土地基为工程背景,研究了变荷载、结构性等因素对固结性状的影响. 研究结果表明:成层结构性软土一维非线性固结过程中,当最终荷载相同,加荷速率不同时,固结前期,按应力定义的固结度大于按沉降定义的固结度,固结后期则相反;当加荷速率相同,最终荷载不同时,按应力定义和按沉降定义的固结度在固结前期均随着最终荷载的增大而减小,而在固结后期,随着最终荷载的增大而增大;考虑结构性时,按应力定义的固结度明显大于不考虑结构性的计算值,固结前期相差较大,随着固结的进行,差值逐渐减小.      

有初应力的钢管混凝土偏压构件极限承载力计算

应用有限元方法对有初应力的钢管混凝土偏压试件进行了非线性分析,算例计算结果与试验结果吻合良好．应用该方法,以长细比、偏心率和初应力度为主要参数对有初应力的钢管混凝土偏压构件进行了受力性能分析．分析结果表明,初应力度对于偏压短柱受力的影响与初应力对轴压柱的影响基本相同;对于偏压长柱,稳定极限承载力随着初应力增大呈非线性下降趋势,最大下降幅度可达20％,同时稳定极限荷载所对应的挠度也相应增大．增加钢号等参数,对大量进行了有限元计算,给出了极限承载力的初应力度影响系数（有初应力构件的极限承载力与无初应力构件的极限承载力之比）的简化计算公式．最后,以表格的形式给出仅含两个主要参数（长细比和初应力度）的初应力度影响系数,以供工程中更加简便、偏安全的应用．     

CFRP布加固钢筋混凝土T梁效果分析

碳纤维复合材料具有轻质、高强以及耐腐蚀等优点,在旧桥加固工程中得到广泛应用,但由于其力学性能和破坏模式比普通钢筋混凝土梁复杂,在理论和数值分析方面的研究相对滞后。依托某T型钢筋混凝土桥梁加固实例,运用ANSYS有限元软件建立模型进行分析,解决了CFRP布加固构件非线性数值求解难以收敛的问题。加固后T型梁的跨中挠度和最大应力相比于加固前分别下降了10．4％和17．1％了,然而极限承载力提升了52％,这表明CFRP布加固可以很好地改善钢筋混凝土梁的受力性能。     

一年龄期内超高泵送SCC力学性能时变研究

为揭示施工龄期内超高层建筑泵送自密实混凝土（SCC）轴心抗压强度、弹性模量以及劈裂抗拉强度等力学性能的时变规律，提供超高层建筑施工阶段力学性能分析的基础依据，依托某一超400 m高层建筑泵送SCC制作了120个试件，包括96个圆柱体件和24个立方体试件，并对其进行了不同时间龄期的力学性能测试，获取了超高层建筑泵送SCC的应力-应变曲线，提出了各力学性能指标时变及关系计算公式. 研究结果表明:超高层建筑泵送SCC在免振条件下具有良好的密实性；随着龄期的增长，超高层建筑泵送SCC的峰值应力增大，且其峰值应变显著大于普通混凝土的；早期14 d内为各项性能增长的关键阶段，弹性模量在90 d后趋于稳定，而轴心抗压强度和劈裂抗拉强度在28 d后仍有大幅增长；龄期T ≤ 60 d时，超高层建筑泵送SCC的轴压刚度随龄期增长呈增大趋势，而相对韧性则呈减小趋势，龄期T > 60 d时，二者均变化较小趋于稳定；超高层建筑泵送SCC强度的提高能增快早期性能的发展，且能增大轴压刚度和相对韧性；提出的各力学性能指标时变计算公式能为超高层建筑泵送SCC的力学性能预测与评估提供可靠依据.      

预应力高强混凝土T梁非线性结构行为研究

结合高强混凝土的特点，考虑材料非线性影响，计算了预应力高强混凝土T梁的极限承载力。在非线性有限元分析中，提出了合适的预应力钢筋建模方法。选择了适合于预应力高强混凝土梁非线性分析的一些基本理论，主要包括混凝土和钢筋的应力应变关系、整体式有限元模型、混凝土的破坏准则。计算结果表明：这些方法对预应力高强混凝土梁的非线性分析具有良好的适应性。基于上述理论，对影响预应力高强混凝土承载力的主要参数进行了对比分析，其结果可供工程设计参考使用。     

圆管翼缘钢-混凝土新型组合梁极限抗弯承载力与延性

为研究圆管翼缘组合梁的抗弯性能, 进行了3根圆管翼缘组合梁静力加载抗弯破坏性试验, 分析了试验梁的抗弯破坏过程与破坏特征; 考虑混凝土损伤塑性本构及栓钉滑移与断裂, 建立了圆管翼缘组合梁非线性数值模型, 基于试验结果分析了数值模型的适用性; 以钢梁下翼缘宽度、混凝土翼板厚度与圆管管径为主要结构参数, 计算了48根正交设计的圆管翼缘数值模型组合梁的力学性能; 依据试验梁与数值模型梁的抗弯受力性能, 提出了基于简化塑性理论的圆管翼缘组合梁极限抗弯承载力计算公式; 应用数值模型梁位移延性系数计算结果, 回归得到了圆管翼缘组合梁位移延性系数计算公式。计算结果表明: 数值模型组合梁与试验梁承载力比值为0.99~1.03, 挠度比值为0.87~1.09, 因此, 弯矩-挠度计算曲线与试验曲线吻合良好, 可采用数值模型组合梁准确模拟圆管翼缘组合梁的抗弯全过程受力行为; 圆管翼缘组合梁极限抗弯承载力随钢梁下翼缘宽度、混凝土翼板厚度的增大而增大, 随圆管管径的改变变化较小, 位移延性系数随混凝土翼板厚度与圆管管径平方的增大呈线性增大, 随钢梁下翼缘宽度的增大呈线性减小; 不同塑性发展程度的各类模型梁位移延性系数为3.16~7.19, 体现了较好的延性; 采用极限抗弯承载力简化计算公式与圆管翼缘数值模型组合梁计算的极限抗弯承载力比值为0.91~1.09, 平均比值为0.98, 因此, 公式计算结果准确; 为使圆管翼缘组合梁具有一定延性, 建议位移延性系数大于3.5。      

初应力对钢管混凝土哑铃形长柱受力性能的影响

进行了初应力对钢管混凝土哑铃形轴压长柱试件的试验研究．在试验研究的基础上,进行了以长细比、偏心率和初应力度为参数的有限元分析,探讨了初应力对其力学性能的影响及其极限承载力的计算方法．分析结果表明,有初应力的钢管混凝土哑铃形柱的受力性能与有初应力的单圆管的相似．初应力使构件弹塑性阶段提前、弹性极限荷载及切线刚度降低．初应力对极限承载力影响不大,但随着长细比的增大而增加,长细比较小时对其可忽略不计．最后,给出了考虑初应力影响的钢管混凝土哑铃形构件极限承载力的实用计算方法．