客运专线桥墩-基础滞回特性的模型试验研究

通过桥墩基础与地基模型相互作用的滞回特性试验,获得墩顶力与位移的滞回及骨架曲线.采用静力Pushover法,对模型桥墩进行建模分析.分析中考虑地基土性质的复杂性以及滞回特性分析中要考虑土的加载、卸载以及再加载的本构关系.研究模型桥墩在周期性反复荷载作用下,进入非线性阶段的能量耗散、滞回特性、延性性能、破坏机理和破坏特征.     

钢管混凝土外加强环节点抗震性能有限元分析

钢管混凝土结构节点的抗震性能的研究一直受到人们的重视,低周反复加载试验结果指出,加强环式节点滞回曲线饱满且稳定,但同时也发现,在节点域会出现鼓胀现象.为了解释这一现象,对加强环式节点进行了低周反复加载非线性模拟分析.分析内容包括节点的滞回耗能指标、节点域变形及节点域塑性扩展三部分.研究指出:(1)节点的滞回曲线饱满稳定,耗散系数都在2.0以上,表明节点整体延性很好;(2)腹板焊缝孔开孔过大,节点滞回曲线有不重合现象,可见腹板焊缝孔尺寸需要控制;(3)节点域柱壁有明显的变形,规律与滞回曲线相似,表明节点滞回曲线主要是由柱壁变形而非梁端塑性变形贡献的;(4)在反复荷载作用初期,环板就出现了贯穿的塑性带,而在相隔相当长的荷载循环之后,梁面上才有塑性出现.由于在反复荷载作用下,节点域发生了明显的变形,且在环板上形成贯穿的塑性带.     

聚丙烯纤维增强混凝土梁变形性能的试验研究

为探究PP-ECC梁与RC梁变形发展规律的区别,通过逐级加载和循环加载两种加载制度对4根PP-ECC梁和4根RC梁进行抗弯试验;同时,基于有效惯性矩法推导出适用于短期荷载作用下PP-ECC梁的最大变形计算公式. 研究结果表明:逐级加载下,PP-ECC梁呈现出更为明显的塑性变形阶段,与RC梁相比,PP-ECC梁经过5次循环加载后的循环荷载变形曲线与原曲线拟合度较好;循环加载过程中,PP-ECC梁在基准荷载下的加载变形增长率和卸载变形增长率均小于相同配筋率的RC梁,呈现出更好的抗损伤变形能力和变形恢复能力;基于有效惯性矩法推导出的变形修正模型计算结果与试验结果拟合度较好,可应用于实际工程对PP-ECC梁在短期荷载作用下最大变形的计算.      

Paris公式的修正

研究含裂纹构件在具有不同循环比与不同加载频率的疲劳载荷作用下Paris公式新的表现形式.运用修正的Paris公式,定量地计算出具有不同循环比与不同加载频率的疲劳载荷作用下直线裂纹和弯曲裂纹的扩展速率.综合考虑了疲劳作用应力,裂纹尖端应力强度因子的变化幅值,总结出修正的Paris公式的适用范围,检验了Paris公式的准确性和实用性.     

基于中长期环境温度变形效应的半整体桥台-土相互作用试验

为研究环境温度作用对半整体桥台与台后土之间相互作用机理的影响,以简化半整体桥台-土结构模型为研究对象,进行了基于位移的环境温度作用下半整体桥台-土相互作用拟静力试验。研究结果表明:半整体桥台的滞回曲线随季节性温度变化而变化,季节性升温和降温转化段对桥台-土相互作用的影响非常显著,而持续增加或减小段对其影响较小;一年中的第1个升温段对桥台-土相互作用影响更大,随着几个季度的温度加载,台后土逐渐被压实,土压力变化趋于稳定,增加趋势减缓;不同季节昼夜温度变化对桥台-土相互作用的影响不同,夏季白天升温对桥台-土相互作用的影响小,而夜晚降温的影响大,冬季则反之;随着季节性温度的逐渐升高,桥台-土相互作用滞回曲线由凹形向凸形发展,呈现出更加饱满的梭形;中长期环境温度对台-土相互作用影响较大,经过一整年的温度作用后,台后土压力显著增大,产生棘轮效应;桥台转角与加载位移存在较大相关性,随着循环次序的增加,桥台转角先逐渐增大后趋于稳定;在中长期环境温度作用下,半整体桥台逐渐表现出往台后方向偏转的趋势;昼夜温度变化对桥台转角的影响不可忽视,在相同加载位移下,考虑季节性温度和昼夜温度叠加作用情况的桥台转角试验结果比仅考虑季节性温度作用时增大了94%。      

HSRC框架柱的恢复力特性

为了对在地震作用下的构件受力性能全过程进行动力分析,通过对19根参数不同的剪跨比λ≥3型钢高强混凝土框架柱的低周反复加载拟静力试验结果进行分析,运用试验拟合法,模拟了型钢高强混凝土框架柱的无量纲骨架曲线和无量纲标准滞回环,得出了型钢高强混凝土框架柱的刚度退化规律,建立了型钢高强混凝土框架柱的恢复力模型.实验结果表明:无量纲骨架曲线可以用4折线表示;无量纲标准滞回环可以用3折线表示,每循环一周,刚度退化就更严重一些,循环一周后不指向原来卸载点,产生超前指向;从屈服点到极限点之间的刚度退化随着水平位移绝对值的增加而加大.     

原子尺度的纳米压痕模拟技术

通过纳米压痕的分子动力学模拟研究并解决了模拟中的诸多问题．一是加载方法及对系统中压头载荷的定义，定义了刚性的压头，并以与压头相接触的截断半径以内的原子所受的力为压头的载荷，结果表明，文中所定义的方法及所得出的载荷一位移曲线较好地反映了材料的特性，为分析和比较材料的特性及在加(卸)载过程中位错的产生和运动提供了依据．二是在原子尺度材料表现出一定程度的滞弹性，会影响到对材料硬度和弹性模量的测定，解决的方法是在卸载前让系统充分地松弛．由于滞弹性的影响，模拟结果是与加载速度相关的．     

实体有限元模拟预制节段桥墩循环荷载分析

采用实体有限单元法模拟无粘结预应力、普通箍筋约束预制拼装桥墩在循环荷载下的力学反应,得到其荷栽位移滞回曲线。为了提高预制拼装桥墩的滞回性能,改进模型,使用贯穿节段接触面的普通纵向钢筋作为能量耗散装置增强耗能能力。改进后的模型残余变形小,滞回性能高。     

基于损伤和能量耗散的钢筋混凝土柱抗震性能研究

从PEER数据库中选取7根钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的试验数据,在分析了不同轴压比和配箍率下各试件的滞回特性、延性指标和割线刚度退化等的基础上,基于钢筋混凝土构件的Park-Ang双参数破坏准则,研究了构件损伤与耗能的关系、轴压比和配箍率对滞回耗能和损伤演化的影响。结果表明,轴压比较小和配箍率较高的试件,滞回曲线较为饱满,具有较好的延性性能;在一定范围内,增大轴压比或配箍率可以提高试件的屈服位移、屈服荷载和峰值荷载;加载前期,试件的损伤主要由位移首次超越引起,累积耗能对试件损伤影响相对较小,随着位移幅值的增大,累积耗能对试件损伤的贡献逐渐加大;配箍率相同的情况下,减小箍筋的间距对改善钢筋混凝土抗震性能有显著作用。     

支撑刚度对载流摩擦磨损特性的影响

在CETR UMT-2摩擦磨损试验机上,用自行设计的夹具,研究了支撑刚度对钢铝复合轨与受电靴摩擦副之间的载流摩擦磨损特性的影响,测量了法向力随时间的变化曲线与受电靴的磨损质量和弹簧在加、卸载过程中的变形能,分析了变形能与载流摩擦磨损特性之间的关系。分析结果表明:随着载荷的降低,载荷振幅均增大;弹性支撑时的载荷振幅和磨损质量总体上较刚性支撑的小;弹簧的摩擦耗能与变形能的比值越大,吸振能力越强,载荷振幅越小,载流磨损质量越低。可见,弹性支撑能降低载荷的振幅,保证良好的受流,选择合适的加载范围和一定刚度的弹簧支撑能有效地降低电弧烧蚀带来的材料损失,延长摩擦副的使用寿命。     

三向应力下典型岩石破坏预警及峰后特性

为探讨岩石在三向应力下的变形、破坏规律及其峰后本构模型,对不同围压下石灰岩和砂岩进行了三 轴压缩全过程试验,分析了2种典型岩石的变形、破坏规律和峰前、峰后承载能力与变形之间的关系,在此基础 上建立了岩石的本构模型.研究结果表明:石灰岩在低围压下易于发生失稳破坏,在高围压下较难发生失稳破 坏,围压的增大对岩爆有一定抑制作用;同种岩石峰值应力时对应的环向应变不随围压的改变而改变,近似为一 定值,可以将其作为岩石破坏的一个预警指标;石灰岩的剪胀效应发生在破坏后,而砂岩在轴向应力达到其峰值 的70%左右时就开始出现剪胀;岩石峰后应力与其承载能力相等,由侧向变形控制,随侧向变形增大逐渐衰减 至残余强度;基于本构模型的计算结果与三轴压缩试验结果吻合较好.      

非饱和混合土动剪切模量与阻尼比试验研究

川西山区广泛分布着崩坡积混合土,且在自然条件下常处于非饱和状态。动剪切模量和阻尼比是进行场地地震反应分析时必不可少的动力特性参量。为研究该地区上述两个参数的影响因素,运用动三轴仪,获取了小应变范围内循环荷载作用下混合土动应力应变骨干曲线、滞回曲线,拟合得到动剪切模量/最大动剪切模量-剪应变幅值和阻尼比-剪应变幅值曲线,系统研究了两个曲线函数随含水量和细颗粒含量的变化规律。研究结果表明:饱和程度和细颗粒含量对动剪切模量和阻尼比有显著影响,其影响程度还与矿物成分有关;在对比分析基础上,提出适用于崩坡积混合土在饱和、非饱和状态下的动剪切模量比和阻尼比推荐值,为川西山区地震安全评估提供参数取值依据。      

63Sn-37Pb钎料室温单轴循环时的变形行为

在室温下通过实验研究了63Sn-37Pb钎料合金在具有不同保持时间、应变率、应变幅值、应变-时间、加载波形及加载历史下的循环变形行为.研究表明:该钎料具有明显的应变率敏感性;其单轴循环变形的瞬态行为受到保持时间、加载波形以及应变幅值的影响;该钎料合金循环变形行为的加载历史依赖性不明显.     

RC矩形空心墩的新型滞回模型及参数识别方法

为了准确模拟RC （reinforced concrete）矩形空心桥墩的刚度退化特性，为桥梁震后可恢复性能研究提供理论基础，进行了不同设计参数的14个RC矩形空心墩模型拟静力试验. 通过引入峰值位移影响系数体现刚度退化与峰值位移的关联，建立修正的Bouc-Wen-Baber-Noori （BWBN）滞回模型；基于粒子群-引力搜索混合智能优化算法（combination of particle swarm optimization and gravitational search algorithm，PSOGSA）识别实测滞回曲线对应的滞回参数，并建立桥墩设计参数与滞回参数间的对应关系，进而总结滞回参数的经验预测方法. 研究结果表明:修正的BWBN滞回模型曲线与实测滞回曲线吻合程度高，相关性系数在0.98以上，且新型滞回模型能准确地反映出桥墩侧向刚度随墩顶位移退化的特性；PSOGSA算法能精确地识别实测滞回曲线的模型参数；采用经验预测方法得到的模型曲线与实测滞回曲线的相关性系数为0.83，该方法适用于缺乏实测滞回曲线的桥墩.      

室温下不锈钢的多轴时相关循环变形行为

对1Cr18Ni9不锈钢在室温下的非比例多轴时相关循环应变特征和棘轮行为进行了试验研究，以考察应变率、应力率和加载路径对其循环变形行为的影响．结果表明，1Cr18Ni9不锈钢的循环应变行为和棘轮行为对应变率、应力率很敏感，具有时相关特点：在多轴应变循环下，其最大等效应力随应变率增大而增大；在棘轮试验中，其轴向棘轮应变则随着应力率减小而增大．此外，加载路径对1Cr18Ni9不锈钢的循环粘塑性变形行为也有较大影响：多轴应变循环下，在所采用的直线、菱形和圆形3种加载路径中，圆形路径引起的非比例附加硬化程度最高，其次是菱形路径．然而，试验发现，在多轴棘轮试验中，圆形路径产生的棘轮应变高于菱形路径.     

不同粗糙度岩体节理面的应力松弛特性及机理

应力松弛是岩体节理面时效特性的重要组成部分，也是影响岩体工程长期稳定性的重要因素. 为研究不同粗糙度岩体节理面的应力松弛特性，并进一步探索节理面的应力松弛机理，选取Barton标准剖面为人工模拟节理面的表面形态，并用水泥砂浆浇筑成型；然后，对其进行了分级加载剪切应力松弛试验，研究了不同粗糙度节理面在不同初始应力水平下的应力松弛曲线及应力松弛速率曲线特征，给出了松弛应力与初始应力之间的关系，并结合试验现象分析了应力松弛的发生机理. 研究成果表明:随着初始松弛应力的升高，松弛应力先减小后增大，即岩体节理面应力松弛能力先减弱后增大，该现象与剪切过程中节理面的变形和裂隙发展有关，应力松弛是试验机为保持变形不变而不断调整，同时内部裂隙发育导致其内部抗力减小，进而引起应力下降的过程，并且粗糙度（JRC）越大，应力松弛能力越强.      

整体桥H型钢-RC阶梯桩与土相互作用拟静力试验

以H型钢-RC阶梯桩模型试验为背景,进行了2根H型钢-RC阶梯桩(HS-RC-0.25、HS-RC-0.50)及1根H型钢桩(HS)的低周往复荷载拟静力试验;在桩顶施加水平位移荷载,埋设应变片与土压力计,采用特殊设计的桩身水平变位测试方法,得到了H型钢-RC阶梯桩桩身破坏特点、沿桩深方向的桩身水平位移与应变、骨架曲线和滞回性能曲线;利用OpenSEES对比分析了桩顶自由与固定条件下阶梯桩桩顶水平变位能力,得到了阶梯桩水平承载力折减系数与转化系数,对比了利用折减系数得到的模型桩水平承载力计算值与试验值。试验结果表明:H型钢桩的桩顶弹性变形为2~25 mm,其水平变形能力强,承载能力好,加载全过程滞回环饱满,耗能效果好;刚度比对阶梯桩的破坏模式无显著影响,阶梯桩的上段钢桩均无明显的屈曲破坏,变截面处混凝土严重剥落且破坏位置相同;随刚度比增大,阶梯桩-土体系屈服位移及屈服荷载均提高,HS-RC-0.25较HS-RC-0.50桩顶屈服位移减小了29.15%,桩身应变突变减小;阶梯桩的滞回环在加载初期因为滑移表现为捏拢状,而在加载后期过渡为饱满的梭形,耗能效果良好,HS-RC-0.50加载全过程的耗能比HS-RC-0.25多25.4%,具有较好的水平变形能力;对比试验值,HS-RC-0.25的计算误差为-9.68%,HS-RC-0.50的计算误差为-2.47%。可见,HS-RC阶梯桩能满足整体桥桩基的水平变形需求,利用折减系数能较好地计算阶梯桩的水平承载力特征值。      

循环荷载下岩石应变率双因素模型实验研究

在单轴压缩、恒幅和变幅下,分别对花岗岩、白砂岩和大理岩进行循环荷载疲劳试验,建立了一种测定岩石疲劳应变率双因素实验模型.实验结果表明,变幅应力是影响岩石疲劳变形特性的主要因素;变幅与恒幅应力相比,变幅应力的基础疲劳寿命和临界强度分别降低了15.8%~18.0%和21.6%~25.8%,临界应变率增加了17.3%~21.3%.尽管岩石的试验数据离散性很大,但该模型对于测定岩石的疲劳应变率和疲劳寿命具有良好的适应性;与传统方法相比,它更准确、更符合实际;该模型对岩石疲劳变形规律的研究和岩石基础工程长期稳定性监测具有实用价值.     

柔性基层永久变形试验研究

控制永久变形是柔性基层应用的关键。本文应用MTS试验机,对改良的级配碎石材料试件进行重复加载永久变形试验,通过对不同级配的试件在各应力水平下采集的永久变形量进行综合分析,得到级配碎石材料的永久变形规律。研究表明,级配碎石材料的永久变形随加载次数的增加而增加,主要永久变形在1000次重复加载后完成,级配是永久变形量的重要影响因素。