雪荷载作用下几字型钢日光温室极限承载力分析

雪灾是导致日光温室倒塌的主要原因之一。为探明几字型钢日光温室在雪荷载作用下的失稳机理,该研究采用有限单元法,以8 m跨日光温室为研究对象,模拟其在雪荷载（均匀分布雪荷载和非均匀分布雪荷载）作用下的失稳破坏过程,计算其极限承载力,并探究纵向系杆、初始几何缺陷、截面参数对极限承载力的影响。结果表明：对于净截面面积、上翼缘宽度、腹板高度和壁厚均相同的几字型钢和空心矩形钢管,几字型钢日光温室极限承载力稍高于空心矩形钢管日光温室极限承载力;相较于均匀分布雪荷载,日光温室拱架对非均匀分布雪荷载更为敏感,非均匀分布雪荷载作用下的极限承载力约是均匀分布雪荷载作用下的28%,在日光温室结构设计中,应重点考虑非均匀分布雪荷载工况;在非均匀分布雪荷载作用下,屋脊和后屋面支座处为危险截面,最先进入全截面屈服状态;纵向系杆的设置可有效抑制结构平面外变形,进而提高结构极限承载力,有纵向系杆约束条件下的结构极限承载力约是无纵向系杆约束条件下的1.25倍;该日光温室拱架对初始几何缺陷敏感度较低,当最大初始几何缺陷幅值从5 mm增加到20 mm时,极限承载力降低约2%;在几字型钢截面选取时,在满足规范要求宽厚比前提下,建议上翼缘宽度与翻边宽度之比控制在4.17左右,腹板高度与翻边宽度之比不大于9.25,下翼缘宽度与翻边宽度之比不大于1.7,上翼缘宽度与下翼缘宽度之比控制在3.33左右,腹板高度与下翼缘宽度之比控制在4.67左右。该研究结果可为开口冷弯薄壁型钢日光温室拱架抗雪设计提供参考。     

Venlo型温室柱脚螺栓节点力学性能

为研究连栋温室柱脚节点尺寸对节点承载力的影响,依托珠海某Venlo型温室项目,基于《混凝土结构设计规范》《化工设备基础设计规定》以及《混凝土结构构造手册》对中柱基础短柱和边柱柱脚节点的构造进行设计,通过数值模拟和节点试验研究了中柱基础短柱柱脚节点的抗弯性能、边柱柱脚节点的抗剪性能以及破坏机理。结果表明：2种节点的屈服荷载和极限荷载随着节点构造尺寸的减小而降低,其破坏过程可划分为3个阶段：弹性阶段、屈服阶段、极限承载力阶段。中柱基础短柱柱脚节点破坏模式为受拉侧混凝土锥形破坏,边柱柱脚节点的破坏模式为混凝土楔形体破坏,研究结果可为连栋温室柱底地脚螺栓节点设计提供参考。     

水稻钵盘精量播种机充种性能试验

为优化水稻钵盘精量播种机有关参数,以提高其充种性能。利用研制的水稻钵盘精量播种机进行了三因素五水平二次正交旋转组合试验,研究了型孔直径、型孔厚度、种箱速度对充种率、损伤率和空穴率的影响。结果表明影响充种率和空穴率的因素主次顺序为型孔直径、型孔厚度、种箱速度;影响损伤率的因素主次顺序为型孔直径、种箱速度、型孔厚度;确定较优参数组合为型孔直径10 mm、型孔厚度4 mm、种箱速度0.115 m/s;此时充种率94.81%、损伤率0.479%、空穴率0.46%,研究结果为水稻钵盘精量播种机设计与性能改进提供依据。     

薄膜承载力及其对日光温室结构稳定性能的影响

为研究薄膜对日光温室结构抗灾害垮塌性能的影响,采用 ANSYS 有限元分析软件,模拟了单片薄膜受风雪、冰雹荷载作用情景,分析了薄膜厚度、尺寸（长度×宽度）、预张力和外荷载对单膜承载力的影响,建立了日光温室结构单榀拱架、无膜空间整体骨架、覆膜空间整体骨架3种计算模型,得到了风雪灾害下日光温室结构破坏全过程以及覆膜日光温室结构空间系数,探讨了薄膜厚度、弹性模量、预张力等参数改变时,薄膜张拉刚化效应对日光温室结构稳定性能的影响。结果表明：薄膜尺寸（长度×宽度）和厚度是影响其承载性能的主要因素,同时应适当考虑薄膜长宽比影响;0.2 mm厚的薄膜可满足特强冰雹的防灾要求;薄膜张拉刚化效应有助于提高日光温室结构抗风承载力,对抗雪承载力影响不大;各分析参数中,薄膜弹性模量对日光温室结构空间系数的影响不明显。研究结果为覆膜日光温室结构抗风雪、抗冰雹灾害设计提供参考。     

钢箍碳纤维布组合节点竹拱结构平面内稳定承载力试验

设计了一种钢箍碳纤维布组合节点,可以适应原竹管材的不规则性并对其进行有效接长,采用特定方法成拱,根据需要形成不同跨度的竹拱。为研究采用此连接节点的竹拱在全跨荷载作用下的平面内稳定承载能力、变形性能以及节点的连接性能,制作了2个10 m跨度的竹拱试件并进行平面内稳定承载力试验。试验结果表明:全跨荷载作用下,有平面外侧向支撑的竹拱试件在产生较大的平面内位移后,发生平面内反对称失稳;采用连接节点的竹拱延性好;节点在受荷全过程的连接性能良好,试件失稳后的破坏区域均处于临近节点的竹管部分。试验结果及有限元分析使进一步详细研究此类节点的受力机理、承载性能具有现实意义,同时推动此类节点竹拱结构的工程应用。     

装配式钢板-混凝土地下粮仓螺栓-焊缝节点受弯承载力分析

装配式钢板-混凝土组合地下粮仓具有节约土地、节能减碳、绿色环保、密闭低温等优点,但是连接节点的结构形式和力学性能仍是制约其发展及推广应用的关键难题之一。为解决节点焊缝过多、施焊难度大等问题,该研究提出一种新型装配式钢板-混凝土组合地下粮仓螺栓-焊缝竖向节点,采用螺栓代替部分焊缝,减少焊缝长度、方便构件施工。依据规范要求及实际工程情况,设计了2种不同螺栓数量（单侧三螺栓连接和单侧五螺栓连接）的螺栓-焊缝竖向节点试件,利用四点弯曲试验与有限元数值分析,研究其破坏形态和受弯承载力性能。结果表明：三螺栓试件与五螺栓试件承载力的试验值分别为1998、2053 kN,两试件承载力基本相同;相较于五螺栓试件,三螺栓试件在破坏后具有更好的延性。在参数取值范围内,混凝土强度、内防水钢板厚度、外防水钢板厚度和内衬钢板厚度对峰值荷载回归得到的标准化系数（Beta）分别为0.993、-0.003、-0.012、0.056,表明增加混凝土强度可有效提高试件承载能力。研究成果可为装配式钢板-混凝土地下粮仓节点的设计提供科学参考和设计依据。     

销栓型竹-混凝土组合结构的力学性能

为了研究销栓型竹-混凝土组合结构的组合效应,进行了竹-混凝土剪力连接件与竹-混凝土组合梁的力学性能试验与理论分析。研究结果表明:销栓型剪力连接件承受荷载时表现出较大的滑移变形能力,属于延性破坏,对于3个具有相同参数的销栓型竹-混凝土剪力连接件,其荷载-滑移曲线变化趋势具有较好的一致性,荷载-滑移曲线表现为弹性、弹塑性、完全塑性3个阶段;竹-混凝土组合梁的破坏模式表现为竹梁底部的竹纤维断裂,在加载后期,截面的界面上、下存在应变差,表现出部分组合界面滑移的特征,组合梁相对于对比竹梁,其极限荷载提高了89%,对应跨中位移为跨度1/250时的荷载提高了274%,归因于竹材和混凝土共同工作形成了组合截面,其承载力和截面刚度大幅度提高。基于试验结果,提出了销栓型剪力连接件荷载-滑移曲线模型,能够描述荷载-滑移曲线3个阶段的明显特征,可用于该类型竹-混凝土组合梁受力全过程的精细化数值分析,考虑剪力连接件的剪切滑移刚度,建议采用等效截面刚度法预测竹-混凝土组合梁的位移。结果表明,将等效截面刚度折减0.8的系数,荷载-位移曲线计算结果与试验结果吻合较好,研究成果为新型竹-混凝土组合结构的设计与应用提供参考。     

育肥猪舍用混凝土微缝地板的截面优化

为解决现有混凝土微缝地板因截面设计不尽合理产生的承载力富余过大,导致实际生产中板体自重大、生产和运输成本高等问题。该文通过计算假定、截面和荷载转化的方法,对混凝土微缝地板的结构进行了理论剖析,对其制造材料、板体尺寸、配筋等进行了优化和力学性能计算。在截面面积减少3600mm2、纵向钢筋面积减少213mm2、混凝土的标号由C30调至C25的情况下,单块地板的正截面抗弯值为3.14kN.m,斜截面抗剪值为3.56kN,裂缝宽度值为0.167mm,跨中截面挠度值为3.70mm,均可满足育肥猪安全使用要求。优化后,单块地板混凝土使用量可节省0.01m3,每平米地面铺设成本降低18%。     

杂交稻气力滚筒集排式排种器楔形搅种装置设计与试验

为提高杂交稻气力滚筒集排式精量排种器的排种精度,该文设计了一种楔形搅种装置,以解决滚筒型排种器由于充种时间短和吸种区稻种架空造成吸种精度低的问题。以厚度1、2和1～2mm(带有坡度,其最薄处厚度为1 mm、最大厚度处为2 mm)3种楔形搅种装置为研究对象,简化排种器模型,进行了搅种过程离散元仿真模拟,以吸孔附近稻种层的平均法向接触力和平均三轴合速度为评价指标,分析了不同搅种装置对种群内摩擦力变化的影响,得出1～2 mm带有坡度的搅种装置对稻种种群的搅动效果较好;以杂交稻种晶两优1212为研究对象,采用三因素五水平二次回归正交旋转组合试验,研究在1～2 mm带有坡度的楔形搅种装置下吸种负压、滚筒转速、清种距离(清种指到吸孔边缘距离)对滚筒型排种器排种性能的影响。结果表明:以漏吸率(X_1)、合格率(X_2)、重吸率(X_3)为评价指标,预测最优组合为吸种负压为1.60 kPa、滚筒转速为10 r/min、清种距离为1.94 mm,其合格率为84.67%,重吸率为7.92%,漏吸率为7.41%,试验验证上述最优组合:合格率为86.00%,重吸率为8.47%,漏吸率为5.53%。该研究结果表明,安装1～2 mm带有坡度楔形搅种装置对稻种的分离、搅动和助吸有明显作用,可提高排种器吸种性能,为进一步优化杂交稻气力滚筒集排式精量直播机排种性能提供依据。     

基于振动台试验的Venlo型温室抗震性能分析

《农业温室结构设计标准》（GB/T 51 424-2022）规定“抗震设防烈度为8度（0.30 g）及以上地区的农业生产用玻璃温室结构设计应计算地震作用”,为探究Venlo型温室的抗震性能及地震响应,对一形状规则的Venlo型温室其中1跨2开间制作缩尺模型进行振动台试验,研究模型结构的动力特性,以及在7度多遇地震（加速度时程最大值为0.035 g）、7度设防烈度地震（加速度时程最大值为0.10 g）、7度罕遇地震（加速度时程最大值为0.22 g）、8度罕遇地震（加速度时程最大值为0.40 g）及8度半罕遇地震（加速度时程最大值为0.51 g）作用下结构的加速度响应。结合ANSYS进行数值模拟分析,试验和有限元对照结果证明了采用有限元软件进行动力时程分析的可靠性。在此基础上,参考某Venlo温室工程结构设计,建立数值模型,按照规范对永久荷载、雪荷载和作物荷载进行组合,采用时程分析法,通过对温室结构单向输入AKT波、NGA波和人工波共3组地震波,分析其在8度半罕遇地震作用下的振型及有无地震作用下结构的内力、位移。结果表明,地震作用下Venlo温室结构的应力最大值为无地震作用下的1.24～2...     

温室用轻型方钢管柱脚底板压力及其简化计算模型

为研究半刚性柱脚底板压力分布,以轻型方钢管柱脚底板为研究对象,首先利用数值模拟方法,考虑柱脚与混凝土基础间非线性静力接触效应,针对4种加劲肋布置方式、6种偏心矩,分别计算24个轻型方钢管柱脚模型的底板受力情况,得到了底板压力分布规律,在此基础上提出了三折线底板压力分布模型,给出了轻型方钢管柱脚底板压力简化计算模型,并确定了相应关键参数。将简化计算模型结果与数值模拟、基于Winkler弹性地基梁模型的解析解和三角形压力分布的底板压力计算结果相对比。结果表明:三角形压力分布计算得到的底板最大压力值位于底板端部,而数值模拟、解析解及该文简化计算模型得到的最大压力值均位于柱截面翼缘处,且三角形压力分布的底板压力最大值明显大于该文简化计算模型结果,简化计算模型计算的底板压力最大值与数值模拟结果较为接近,且二者与解析解底板压力分布曲线亦吻合良好(误差大约为10%)。研究成果为轻型方钢管柱脚设计提供了更为精确适用的计算方法。     

地下粮仓钢-混组合仓壁竖向节点受弯性能分析

装配式钢-混组合地下粮仓具有节能、低损、保障粮食品质的优点,但钢-混组合仓壁竖向节点的结构形式和力学性能仍是制约其广泛推广应用的关键难题。为此,该研究提出一种适用于装配式钢-混组合仓壁的新型节点,利用两点对称加载受弯试验研究其在弹塑性阶段的受弯性能,并与无节点钢-混组合仓壁试件进行对比,分析了各试件在荷载作用下的破坏形态、内力和变形规律。结果表明：各试件的位移与应变均随着弯矩的增加而增加,整体呈现上部受压,下部受拉的受力形态;相较于无节点试件和无梯形传力钢板试件,新型节点试件刚度显著增加,抗弯承载力分别提高了15%和17%;相较于无梯形传力钢板试件,新型节点试件屈服荷载提高了29%;传力钢板和内防水钢板拉应变均随跨中弯矩增大而线性增大,在新型组合节点中两者可共同发挥抗拉作用。研究结果可为装配式地下粮仓和类似地下结构受弯性能分析提供参考。     

梯形渠道衬砌冻胀破坏弹性地基板模型

为探讨开放系统中梯形混凝土衬砌渠道的冻胀问题,根据衬砌板与冻土地基的相互关系,采用 Winkler弹性地基板理论建立了考虑冻胀力和冻结力作用的衬砌板冻胀破坏力学模型,使用解析法得到了衬砌板变形和内力解,对不同地下水埋深、衬砌板几何参数的影响规律进行了分析。通过与已有现场观测值和计算值进行对比,验证了弹性地基板理论计算结果的正确性。研究结果表明：坡板在非均匀分布的冻胀力作用下,挠度、弯矩和剪力也表现为非均匀分布,挠度最大值在坡顶距坡脚2/3处,弯矩最大值靠近底板位置,拉应力分布与内力分布规律一致,与已有研究结果吻合。与梁理论相比,板理论计算结果表明衬砌板的挠度和内力沿板宽方向为非均匀分布,挠度和弯矩在自由边界（纵向伸缩缝）处增大,扭矩主要分布在衬砌板的拐角处。切向冻结力对渠道冻胀影响较小,在原渠道工况下,不考虑切向冻结力与考虑最大切向冻结力之间,最大挠度相差0.7 mm。针对不同地下水位的渠道,给出了衬砌板的安全厚度,可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。     

基于双参数弹性地基梁理论的梯形渠道冻胀力学模型

为克服已有梯形渠道弹性地基梁模型未考虑土体连续性及需要预先假定切向冻结力分布的不足，该研究在Winkler模型的基础上，用土弹簧的伸缩来描述法向冻胀力与法向冻结力，引入剪切层和接触界面层构建了梯形渠道双参数冻土地基梁模型。通过引入剪切层考虑土弹簧间的相互作用，引入接触界面层把切向冻结力计算纳入模型中一体化求解。以甘肃省靖会总干渠梯形渠道为例，计算了衬砌板法向冻胀位移，并将计算值与Winkler模型、有限元法计算结果及试验值进行对比分析，最后对衬砌板各点切向位移及切向冻结力分布进行计算。结果表明：本文模型计算值与Winkler模型、有限元法计算结果的总体变化趋势一致，且关键点上与试验值更加符合，当剪切系数g=0时双参数模型则退化为Winkler模型，验证了模型合理性；衬砌板各点切向位移及切向冻结力呈非线性分布，且随切向刚度增大，各点切向位移总体呈减小趋势，与实际相符。本研究可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。     

铰链组局部损伤的非充气弹性车轮负荷接地及固有特性

为研究重要承载部件损伤对非充气弹性车轮性能的影响,对单组铰链组断裂前后的车轮进行了性能对比试验.采用拆除单组铰链组的方法模拟断裂损伤失效,基于台架试验对损伤前后车轮的负荷特性、接地压力分布特性及模态试验等进行了对比.结果表明:铰链组断裂损伤对车轮负荷特性的影响表现为径向刚度的下降,且与损伤所在车轮的位置有关.当损伤分别位于水平和竖直位置时,铰链组断裂损伤车轮的平均径向刚度较无损伤车轮的数值分别下降25%和35%;在相同垂向载荷作用下,铰链组断裂损伤对车轮接地压力分布的影响表现为接地印迹长度和接地面积的增大,垂向载荷为7262 N时,损伤车轮的接地印迹长度较无损伤车轮的数值增大15%,接地印迹宽度没有变化,接地面积增大;整体上无损伤车轮的固有频率大于铰链组断裂损伤车轮对应的固有频率,大多数阻尼系数小于含有铰链组断裂损伤车轮对应的阻尼系数,节点的振型幅值大于相应的损伤车轮节点的振型幅值.该研究可为提高非充气弹性车轮的可靠性设计提供参考.     

手动喷雾器组合充电式静电喷雾装置的雾化效果试验

在常用手动喷雾器基础上,采用组合充电式静电喷雾装置,并对其工作原理和关键结构进行了理论探讨,进行了常规喷雾与静电喷雾的雾化质量对比试验,结果表明,所设计装置能够达到静电喷雾的效果,静电喷雾的雾滴谱较窄,雾滴粒径细小,均匀度较高,组合充电方式和液力式雾化原理的结合较好地实现了静电喷雾。     

装配式地下粮仓钢板-混凝土组合仓壁轴压受力性能分析

为了研究装配式地下粮仓钢板-混凝土组合仓壁的轴压力学性能,该研究在仓壁试件轴压试验的基础上,对仓壁试件进行非线性有限元分析,模拟试件加载的全过程,进一步分析试件及其组件在加载过程中的受力性能及工作机理,并对钢板强度、混凝土强度、距厚比等不同的参数影响规律进行了分析。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合较好,在最大试验载荷5 000 kN时模拟轴向压缩总变形与试验平均轴向压缩总变形相对差值为4.2%,建立的有限元模型适用;在弹性阶段仓壁预制块部位混凝土和接头部位止水钢板分别承担了79.7%和50.9%的荷载,峰值荷载主要由混凝土和传力钢板决定,达到峰值荷载后接头部位止水钢板承担更大的荷载,增强止水钢板可以改善试件的延性;相较钢板强度、距厚比和止水钢板厚度,混凝土强度对仓壁试件的初始刚度和峰值荷载影响最大,混凝土强度、钢板强度、距厚比和止水钢板厚度对峰值荷载回归得到的回归系数值分别为0.910、0.154、-0.005和0.301;止水钢板的强度和厚度较小时,试件易发生脆性破坏;结合设计参数分析中得到的荷载-变形曲线,提出2种荷载-变形模型曲线,进一步提出装配式钢板-混凝土组合仓壁轴压峰值荷载简化计算式,得到的计算峰值荷载与有限元峰值荷载相对差值均不超过9%,计算结果具有较高的精度。研究结果可为装配式地下粮仓仓壁的工程设计提供指导和参考。     

蒜种盒机械投放过程运动学分析与参数优化试验

针对种盒式大蒜播种方案,为检验倾斜输送带式蒜种盒投放方式的可行性,设计了预植蒜种的可降解蒜种盒和输送带式种盒投放试验台。对蒜种盒投放过程进行了运动学分析,建立了蒜种盒运动速度、输送带倾角与投放后相邻蒜种盒间隙等相关参数间的数学模型,明确了蒜种盒投放间隙的影响因素及变化规律。通过蒜种盒投放过程的受力分析,确定了蒜种盒触地后不与地面产生滑动的条件和方法。为了验证理论分析结果和大蒜播种方案的可行性,进行了输送带倾角、行驶速度等单因素试验和正交试验,结果显示,输送带倾角为30°、试验台运动速度为0.75 km/h,投放效果较好。输送带倾角对前后蒜种盒投放后的间隙影响显著,通过优化蒜种盒长度两端尺寸,可有效消除投放后蒜种盒衔接间隙,保持播种株距稳定。