花岗岩残积土动态冲击性能的SHPB试验研究

为研究花岗岩残积土的动态冲击性能,开展了高速冲击下的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验,与常规应变率下的试验结果比较,分析了高应变率对花岗岩残积土的应力?应变特性和强度的影响。结果表明：低、高应变率下的花岗岩残积土的?-?a（轴向应力?轴向应变）曲线均呈现出软化型。随着应变率 增加,?-?a曲线向?a增大的方向移动,破坏应变?af增加。但高应变率下?af增加的程度更加明显。花岗岩残积土的峰值强度普遍具有应变率依赖性,二者可用直线关系拟合,但低、高应变率下的拟合关系并不一致。提出了率敏性因子m定量评价依赖性强弱。研究发现,随着应变率的提高,强度的应变率依赖性减弱,低应变率下的m为26.694,而高应变率下仅为0.013。相关试验结果指出,高速冲击荷载对土体总体有害。工程中应该采取合理措施控制冲击荷载的危害。该研究有助于深化花岗岩残积土动态冲击性能的理解,为相关工程的施工与设计提供技术参考。     

基于车桥耦合振动的常用简支空心板梁桥冲击系数分析

通过Universal Mechanism和ANSYS软件相结合建立了车桥耦合振动模型,考虑车型、行车速度、车重和桥梁频率等因素,对工程常用的4种标准跨径装配式混凝土空心板梁桥进行了车桥耦合振动模拟。研究表明:冲击系数随车速增加而上升;随车重增加而增大;随桥梁频率的增加而降低。在多种因素中,车速对冲击系数影响最为明显。     

不同形状振荡浮子入水冲击的实验研究

振荡浮子在波浪能转换装置中应用非常广泛,在其服役期间,由于较小的设计吃水深度或为防避极端海况的需要,它们经常会离开水面;当其再次入水的时候,浮子底部就会受到入水冲击。入水冲击总是伴随着巨大的冲击压强以及冲击载荷,会导致浮子的结构性及疲劳性破坏,从而影响浮子的工作寿命。本文对锥形、半球形和横圆柱形三种形状的浮子入水冲击过程进行了实验研究,分析了浮子表面压强和冲击加速度的变化规律。主要结论如下:(1)在巨大的水阻力作用下,入水瞬间三种浮子表面压强急剧上升,迅速达到最高峰值;之后由于空气垫的作用,压强出现二次峰值现象。(2)在空气垫的作用下,三种浮子的最高压强峰值均未出现在浮子的最低点处,而是出现在外围某处。(3)三种浮子在触水瞬间的加速度均达到hm/s~2的量级,而后急剧下降,并在较短时间内达到一平衡值并沿其小幅震荡。(4)横圆柱形浮子由于其非垂直轴对称性,其表面压强和加速度的震荡更加明显。     

地震岩问题

在过去的82年(1931—2013)中,共出现了39个成因术语。在这39个术语中,只有10个是真正沉积成因的(例如浊积岩),其他29个术语都是比较草率地提出的(just jargons;例如地震岩、海啸岩等)。“地震岩”(seismites)这一成因术语是赛拉赫(Seilacher,1969)提出的,它指沉积记录中的古地震。这是一个误用的(misnomer)术语。赛拉赫仅仅根据美国加利福尼亚州的中新统蒙特雷组(Miocene Montery Formation)10,m厚的露头观察,就匆忙地提出这个术语。他并未对这个露头进行认真的科学研究。最根本的问题是,地震是一个触动因素^①,并不是一个沉积作用。在古代的沉积记录中,鉴别不出各种触动因素(trigger)^②,因为自然界不能保留触动因素曾经存在过的证据。“软沉积物变形构造”(soft-sediment deformation structures,可简称为SSDS),通常被人们用来作为地震岩的鉴别标志,其实它是“液化作用”(liquefacation)的结果。液化作用可以由21种触动因素中的任何一种引起,其中包括地震(earthquake)、陨石冲击(meteorite impact)、海啸(tsunami)、沉积负载(sediment loading)等。在死海盆地中的角砾碎屑,所谓典型的由地震引起的沉积,实际上是常见的同沉积作用的碎屑流的产物,与地震没有关系。其他类型的SSDS,例如 “双向叠层构造”(duplex-like structures)和碎屑注入体(clastic injections),也可以说是同沉积作用的产物,与地震没有关系。世界上广泛分布的砂岩储油层,包括墨西哥湾、北海、挪威海、尼日利亚、赤道几内亚、加逢、孟加拉湾,都表明这些地区的SSDS的第一起因(primary cause)是沉积负载,其证据是可以观察到的和令人信服的。海啸及陨石冲击,都可以形成大量的沉积,例如SSDS的侧向延伸(lateral extent of SSDS),但这些沉积都不能当作地震的鉴别标志。位于印度东部大陆边缘的Krishna-Godavari(KG)盆地中的SSDS,是多种触动因素^①引起的沉积物的失控和液化作用的结果,即多成因的SSDS。由于这些原因,“地震岩”这个成因术语确实没有什么科学价值,应当废弃。     

花岗岩残积土冲击损伤与损伤演化特性试验研究

选取东南沿海某建筑工程地基浅层残积土为试样,运用超声波岩土损伤检测技术,测试计算在不同冲击荷载作用下试样纵波波速。选用纵波波速为损伤变量进行损伤度计算,分析了冲击荷载冲击频率、冲量等参数对试样损伤度的影响关系。同时结合试样试验破坏实际情况,分析了冲击荷载作用下试样损伤演化破坏特性。结果表明,随着冲击频率和冲量的增大,残积土试样损伤度都有增大上升趋势;随着损伤度的增加,残积土冲击损伤演化过程可分为小变形、端部出现裂纹、前端1/3处鼓胀或出现裂纹、前端裂纹扩展与表面剥落等几个不同破坏阶段。研究结论为揭示动荷载作用下残积土动力损伤演化规律提供科学依据和量化参数。     

混杂纤维高强高性能混凝土抗冲击性能数值仿真

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA分析平台,对钢纤维、聚丙烯纤维等混杂纤维混凝土(HFRHSC)试件在强动载作用下力学相响应进行了仿真分析,主要针对混杂纤维混凝土的霍普金森压杆冲击试验过程进行数值仿真。采用了HJC(Holmquist-Johnson-Cook)破坏模型,针对混凝土材料冲击损伤破坏的本构模型来计算动态冲击作用下混凝土材料的变形问题。表明了试件内部应力趋于均匀前,经历初始状态的应力震荡;相同的冲击速度下,HFRHSC试件各个时刻的破坏程度轻于没有参加任何纤维的的基本混凝土试件,基本验证了混杂纤维对混凝土力学性能的改良效用。     

输电线断线对高压输电塔-线体系的冲击作用分析

研究了输电线断线对高压输电塔-线体系的冲击作用。给出了断线前后的结构动力平衡方程。分别采用梁单元、杆单元和悬链线单元对输电塔、绝缘子和输电线进行了模拟。根据实际工程,考虑输电线的几何非线性建立了高压输电塔-线体系的三维有限元模型,并计算了输电塔的动力特性。根据分析方法及分析工况,分别研究了不同工况下断线对高压输电塔-线体系的冲击作用及安全度评定。研究结果表明,地线的断线冲击较小,应该考虑不同的导线断线组合情况;断两根导线的冲击值,接近于设计所取的安全系数;输电线断线对高压输电塔的冲击作用不可忽视。     

冲击荷载作用下RC框架梁剪切破坏试验研究

通过对2个钢筋混凝土框架梁节点试件进行冲击荷载试验,研究了钢筋混凝土框架柱下支撑移去后框架梁的剪切破坏机理。试验中在两端固定的钢筋混凝土梁的1/4跨、1/2跨、3/4跨位置,通过施加荷载的方式来模拟次梁和现浇板传来的荷载,梁跨中通过自制的自动脱钩器移去等效柱来模拟结构在失去边跨中柱,框架梁跨度成倍增长时力学性能的变化。研究结果表明:当梁发生剪切破坏时,拱效应不能充分发挥,使得梁的极限承载力降低,所以在建筑结构抗倒塌设计时必须按照"强剪弱弯"的原则进行抗剪设计。     

高能量冲击作用下淤泥孔压特征规律试验研究

以往动力排水固结室内试验,通常冲击能量不够,很难激发软土某些工程响应,对应加固机制难以发现。通过可提供高冲击能的多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统,针对淤泥类超软土进行静动力排水固结模型试验,获得了淤泥孔压等响应特征：夯击瞬间（6 ms）上部孔压增长及下降时间非常短,且其重复性好;初始两遍夯击结束后中部孔压变化呈双峰型,其时间间隔随着夯击遍数增加而逐渐变大,最后不复存在;每遍夯击瞬时中部土压均出现急剧增长与快速减小,增长幅度随夯击遍数增加呈减小趋势,但每遍夯完后数天内土压值均大于夯前值;每遍夯击孔压消散后最终值都小于初始孔压,说明在一定的排水条件下,淤泥这类超软土地基确实可夯击;夯击后残余应力作用机制存在,且其对沉降起主要作用,而一定静力荷载的这种机制不明显;排水板插设扰动效应不可忽视,但该扰动效应随软土埋深增大而减少。     

泥石流巨石冲击下的钢构格栅坝动力响应分析

泥石流中的巨石冲击是造成拦挡结构破坏的最直接因素,因此设置钢构格栅坝拦截大石块,对减小泥石流冲击破坏有十分重要的作用。本文就钢构格栅坝结构模型,利用国际通用计算动力荷载的非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA进行数值模拟。用钢球模拟巨石,分别在格栅坝中间榀顶层梁柱节点和中间榀顶层柱中部施加冲击荷载,分析在冲击荷载作用下结构的动力响应。结果表明：作用在结构上的冲击力大小与被冲击构件刚度大小密切相关,被冲击构件刚度越大,结构受到的冲击力越大,反之,冲击力越小;钢构格栅坝在冲击作用下,冲击作用部位、结构支座部位及梁柱节点部位响应较大,设计时应予以加强;且钢构格栅坝不同位置遭受冲击作用时结构响应完全不同,与冲击力作用在梁柱节点时相比较,冲击力作用在构件中部时结构整体响应明显较小。该结果为泥石流拦挡工程中钢构格栅坝的设计提供了参考。