考虑接触摩擦的混凝土面板干缩应力研究

【目的】研究垫层与面板之间的接触约束对面板干缩应力的影响。【方法】根据一般外荷载作用下的接触摩擦单元理论,建立了面板堆石坝混凝土面板与垫层之间接触面干缩应力的有限元计算模型。基于该计算模型,结合工程实例,分析计算了施工期混凝土面板的干缩应力。【结果】面板混凝土浇筑结束时及蓄水前,其表面和中心的干缩应力均为拉应力,且表面各节点的干缩应力大于中心各节点的干缩应力;蓄水前面板干缩应力的峰值较浇筑结束时明显增大。【结论】算例计算分析表明,应用所建立的模型可以获得较为准确合理的接触面干缩应力计算结果。     

混凝土面板堆石坝面板接缝的渗流计算模型研究

基于等宽缝隙稳定流的运动规律,建立了面板接缝的渗流计算模型,并以公伯峡水电站大坝为例,对模型进行了验证。结果表明,该计算模型考虑了接缝充填情况,可计算确定各种接缝渗流要素,揭示了在面板接缝止水失效情况下面板堆石坝的渗流变化规律。     

混凝土面板堆石坝面板应力变形仿真计算

【目的】基于混凝土面板与垫层之间接触面的数值计算模型,考虑温度荷载作用,研究面板堆石坝面板的应力变形特性。【方法】以接触摩擦单元理论为基础,采用接触单元模拟混凝土面板与垫层之间的接触面,进行了公伯峡混凝土面板堆石坝面板应力变形仿真计算,并将计算结果与观测数据进行对比分析。【结果】面板挠度呈现出中部大、两端小的分布规律,最大值为0.24 m,位于面板的中心位置,与观测结果基本一致;面板的顺坡向应力分布呈现出中部受压、两端受拉的变化趋势,顺坡向压应力最大值为7.9 MPa,出现在约1/2坝高处,拉应力最大值为1.3 MPa,出现在面板的底部与顶部;面板底面点与表面点的应力分布是一致的,在同一高程处,面板底面点的应力较表面点大;考虑温度荷载作用时,混凝土面板的顺坡向应力分布规律与不考虑温度荷载时基本一致,但拉应力值明显增大,并且与实际观测结果更为接近。【结论】基于接触摩擦计算模型,考虑温度荷载作用,可以获得更为准确的混凝土面板应力变形数值计算结果。     

引气剂对混凝土干缩趋势的影响

通过在一定温湿度条件下研究不同强度等级引气混凝土干缩试验,探究含气量对不同强度等级混凝土干缩试验结果的影响、变化规律及机理,确定合理含气量范围,为有抗(盐)冻耐久性要求的不同强度等级普通混凝土配合比设计提供含气量参考数据。     

混凝土面板堆石坝施工期面板温度应力仿真分析

结合在建的公伯峡水电站混凝土面板堆石坝,考虑影响面板温度场及温度应力的各项因素,实时模拟面板的施工过程,对施工期面板的温度场和温度应力进行了全过程仿真分析。结果表明,在面板混凝土浇筑初期,面板各个层面(表面、中心)的最高温升与面板厚度有关,且面板中心的最高温升大于面板表面的最高温升。此后,面板各个层面的结点温度均迅速下降,表面降温比中心快。最大压应力发生在最高温升时的面板底部中心层面上,最大拉应力发生在最高温升后出现最大温降时的面板中部表面上。     

小湾河水库混凝土面板堆石坝应力应变计算分析

采用有限元分析法,选取秦安小湾河混凝土面板堆石坝坝体典型剖面,利用ANSYS软件建立模型和划分网格,模拟工程实际分期、分级施加荷载,在竣工期和蓄水期2种工况下进行二维有限元应力应变计算,分析了不同工况下坝体最大垂直位移和上下游最大水平位移,坝体最大大、小主应力,面板顺坡向应力及周边缝剪切、拉伸位移的情况.结果表明:垂直位移的变化不如水平位移的变化明显,坝体的应力水平均不高,周边缝的拉伸位移和剪切位移都较小,面板变形协调,坝体位移及应力应变满足安全要求.依据工程实例,此方法计算精度满足要求,方法简便、成果直观.     

层布式混杂纤维混凝土的干缩性能

为研究层布式钢纤维与聚丙烯纤维混杂应用对混凝土干缩性能的影响,对普通混凝土、层布式钢纤维混凝土以及层布式混杂纤维混凝土在恒温((20±2)℃)、恒湿(相对湿度(60±5)%)条件下的干缩率和质量损失率进行了对比试验。结果表明:层布式混杂纤维混凝土的干缩率明显小于普通混凝土和层布式钢纤维混凝土,在龄期180 d时,层布式混杂纤维混凝土干缩率降低了26.9%,掺入粉煤灰和磨细矿渣的层布式混杂纤维混凝土降低了40.2%;而层布式混杂纤维混凝土的质量损失率比普通混凝土大,在龄期180 d时,增加了18.3%,掺入粉煤灰和磨细矿渣的层布式混杂纤维混凝土,其质量损失率与普通混凝土基本一致。层布式混杂纤维的掺入,显著改善了混凝土的干缩性能。     

不同倾斜角度对应力木生长应力、木材密度和干缩性质的影响

通过在安徽农业大学人工林场选取3年生马尾松实生苗和1年生杨树扦插苗进行栽培(其中马尾松杨树各60株,每12株为1组,共5组,每组对应1个角度,共5个角度0°、15°、30°、45°和60°),跟踪测定其生长应力指示值(growth stress indicator,简称GSI)、基本密度、干缩性质,并对它们的关系进行研究.结果表明:(1)杨树、马尾松GSI绝对值大小和倾斜角度呈显著正相关关系;(2)杨树、马尾松的基本密度和倾斜角度都呈显著正相关关系;(3)杨树、马尾松径向干缩率和倾斜角度关系不显著,杨树、马尾松轴向干缩和倾斜角度呈正相关关系,杨树弦向干缩和倾斜角度呈正相关关系,马尾松弦向干缩和倾斜角度呈负相关关系;(4)杨树应拉木区的弦向干缩大于对应拉木区,径向干缩变化不大;马尾松应压木区的弦向和径向干缩均小于对应压木区,应力木区的轴向干缩远大于对应力木区.     

气温骤降条件下混凝土面板温度应力及其保护措施研究

结合某在建的混凝土面板堆石坝,针对施工期日温差及发生寒潮等气温骤降情况,进行了气温骤降条件下面板温度场及温度应力的全过程仿真分析。结果表明,在气温骤降条件下,面板表面及中心的温度将随气温骤降的发生而持续降低,其中面板表面温度降幅最大;此时面板表面和中心均出现拉应力,面板表面的最大主应力大于面板中心的最大主应力;面板表面和中心的最大主应力均发生在高程约为坝高一半的位置。采取保护措施,可以明显削减气温骤降所产生的面板降温幅度及最大主应力增幅,保护措施越强其削减效果越明显。     

大体积混凝土温度应力计算中的应力修匀

利用精度较高的高斯积分点的应力值来改进等参元结点应力的性质,采用数学方法计算出了相应的高斯点坐标和形函数值,推导了三维8节点等参元和20节点等参元的应力修匀平滑矩阵,并求出了数值解。     

界面处理对自密实混凝土与老混凝土黏结滑移的影响

【目的】通过新老混凝土的黏结剪切试验,考察不同界面处理方法对新老混凝土黏结滑移的影响。【方法】以自密实混凝土为新混凝土材料,通过自行设计的推出式剪切试验装置,考虑不同粗糙度(自然光滑面、粗糙面Ⅰ和粗糙面Ⅱ,对应粗糙度分别为0,2.0,3.2mm)和不同界面剂处理(不涂界面剂的粗糙面Ⅰ及涂刷界面剂Ⅰ和界面剂Ⅱ)对新老混凝土黏结界面的影响,利用测定的沿受力方向上新老混凝土各点处的应变值,推算黏结面上黏结应力的分布,进而分析不同界面处理下新老混凝土的黏结滑移关系。【结果】新老混凝土界面处黏结应力分布呈三段式曲线发展;自然光滑界面的黏结试件上,黏结应力传递不均匀;涂抹界面剂的试件黏结应力在加载端处增长较快;涂刷界面剂与否对新老混凝土黏结滑移影响不大;通过回归分析得到了黏结滑移的本构关系函数式。【结论】粗糙度处理对新老混凝土黏结滑移影响较大,涂刷界面剂的影响较小,回归得到的黏结滑移本构关系可供实际工程参考。     

农业装备人机操作界面评价计算方法研究

为更加简便地评判农业装备中人机操作界面的设计质量,研究一种农业装备人机操作界面匹配评价计算方法。建立人机操作界面元件位置与操作人体的定量关联模型,并运用牛顿迭代法进行模型求解,形成一种基于操作姿态的人机操作界面评价计算方法。运用该方法对某农业车辆进行计算,结果表明:该方法可以得到与操作者主观评价相吻合的评价结果,从而让设计人员在不建虚拟模型和进行实际操作测试的情况下了解人机界面的匹配情况,减少设计费用、提升装备设计制造质量。     

混凝土非线性本构模型的构建

通过分析各种常用的材料强度破坏准则，建议了一种适合混凝土非线性特性的破坏准则；采用了非线性指标βｔ，βｃ区别对待材料的不同拉、压状态；引用了Ｓａｒｇｉｎ的一维应力应变关系．结合以上３个方面，提出了一个较为合理恰当的混凝土非线性本构模型，便于有限元的实施。     

混凝土应力图形简化对截面抗弯强度的影响

根据混凝土受压应力-应变关系的常用曲线方程，对受弯截面压区混凝土应力进行了矩形应力简化，推导得到了等效矩形应力图形高度及应力强度的一般公式。选取4种应力-应变关系模型，计算得到了矩形应力图形的简化结果．并分析了单筋截面不同模型的相对抗弯强度及其与GB50010-2002《混凝土结构设计规范》(简称《规范》)建议值的相对误差。分析表明，不考虑混凝土受压的软化性能将过高估计截面的承载力，《规范》建议值导致截面抗弯强度计算值提高近5％，且在截面高配筋率下更为显著。     

氧化镁微膨胀混凝土对温度应力的补偿效应

【目的】研究氧化镁微膨胀混凝土对温度应力的补偿特性,为简化大体积混凝土温控防裂措施提供理论依据。【方法】在充分分析和研究温度应力补偿计算方法和氧化镁微膨胀混凝土自生体积变形特性的基础上,针对某碾压混凝土重力坝,考虑混凝土热、力学参数随龄期变化及混凝土实际浇筑过程对温度应力的影响,利用大型商业有限元计算软件ANSYS平台开发出的温度场与温度应力场仿真计算程序,对掺与不掺氧化镁2个对比方案的大坝碾压混凝土温度应力进行计算分析。【结果】掺氧化镁方案中施工期末整个坝体碾压混凝土出现体积膨胀,最大膨胀变形量超过70.0×10-6;氧化镁微膨胀混凝土对坝体基础约束区中心部位应力状态有明显的改善效果,最大拉应力减小约1.0MPa;但对脱离约束区的坝体混凝土应力的改善效果非常有限。【结论】在坝体约束区采用氧化镁微膨胀混凝土,可以达到简化温控防裂措施、降低建设成本、加快施工速度的目的。     

木材干缩力平衡测试系统的研制

为了同步测试木材在干燥过程中的干缩力、质量变化和干缩量,研制了木材干缩力测试系统。系统利用了木材干燥过程中水分散失导致外部干缩力变化的关系,设计了基于温湿度试验箱的一体化控温控湿力学测试系统,更好地研究和探索了木材在干燥过程中的干缩力、质量变化和干缩量之间的关系。测试结果表明:用此设备可实时检测干缩力、质量变化和干缩量的平衡情况,初步调控了木材干缩不均导致干燥过程中的开裂、翘曲变形等缺陷。     

混凝土面板开裂情况下堆石坝应力场与渗流场的耦合分析

【目的】研究混凝土面板开裂情况下堆石坝在应力场与渗流场耦合作用下的工作性态,为混凝土面板堆石坝的设计与施工提供参考。【方法】以多孔岩土介质渗透系数与体积应变之间的数学表达式为基础,研究建立了混凝土面板堆石坝应力场与渗流场耦合分析的数学模型,并基于等宽缝隙稳定流的运动规律,推导建立了混凝土面板裂缝的等效渗透系数计算模型。【结果】当混凝土面板发生开裂时,对于堆石体而言,应力场与渗流场的耦合效应是客观存在的。与不考虑耦合效应相比,考虑耦合效应时坝体的垂直位移最大值出现的位置相对偏向坝体下部,且数值增大了5.5%;坝体的水平位移最大值增大了8.9%,其分布规律也发生了较明显的变化;坝体内渗流自由面明显上升,渗流水头有所增大,同时坝体的单宽渗透流量增加了15.1%。【结论】在混凝土面板开裂情况下,堆石体内应力场与渗流场的耦合效应是客观存在的,因此,考虑耦合效应的计算结果更为合理、可靠。