古建筑七架梁缺陷安全性影响数值模拟研究

目的七架梁作为大型木结构古建筑的主要承重构件，其承载力安全性直接影响古建筑木结构整体的安全性。由于周围环境和使用长久等原因造成木梁出现不同程度的缺陷，会影响木梁弯曲拉应力和剪切应力的分布，进而影响其承载力安全性。因此，研究不同缺陷类型、尺寸、位置对古建筑七架梁承载力安全性的影响很有必要。方法采用Abaqus有限元软件模拟计算梁上存在的裂纹、腐朽和空洞等不同缺陷时的应力分布状态，通过量化缺陷大小和缺陷位置，对不同残损因素进行单参量数值模拟分析，确定带有缺陷木梁的最大工作应力位置，分析木梁破坏的敏感位置，探究木梁承载力安全性的变化规律。结果不同缺陷类型对七架梁安全性的影响不同，外部腐朽对七架梁承载力的影响最大，空洞缺陷次之，裂纹缺陷的影响相对最小；对于弹性阶段的受弯木梁而言，缺陷位于两下金瓜柱之间的受拉区域时，对七架梁承载力安全性的影响程度最大；不同缺陷大小对七架梁承载力的影响不同，随着木梁开裂深度、腐朽区域深度、空洞缺陷大小的增加，木梁安全性逐步降低。结论局部缺陷的存在会降低七架梁安全性。数值模拟结果可以精确算出木梁最大拉应力值，是定量研究缺陷对七架梁安全性影响和确定七架梁安全性监测位置点的良好方法。      

融沉位移作用下X65管道的应变响应

冻胀融沉引起的土壤位移会对埋地管道的结构安全造成重大威胁。基于非线性有限元程序ABAQUS，采用INP编程语言建立融沉位移作用下管道应力应变响应的参数化数值求解模型，并试验验证了模型的准确性。通过影响因素分析，探究了管道的应变分布特性。结果表明：对于穿越多冰冻土区的X65管道，在融沉区宽度较小的情况下，管道内最大轴向应变位于融沉区中心，管道拉应变大于压应变，整体受拉；当融沉宽度大于60 m时，管道随地表一同融沉，管道最大应变体现为弯曲应变，最大应变位于融沉区边缘，融沉区宽度增加不会对管道应变产生明显影响。因此，在冻土融沉区地灾监测中应重点识别融沉区范围，对于小范围融沉，需要对融沉区中心和边缘应变状态加以监控；对于60 m以上融沉区，则需要对融沉区边缘加以监控。（图9，参23）     

玄武岩纤维复合材料对胶合木梁受弯性能的影响

在普通胶合木梁上粘贴玄武岩纤维复合材料,经抗弯试验,检测不同层数玄武岩纤维布和玄武岩纤维板对胶合木梁的增强效果。结果表明:玄武岩纤维复合材料对胶合木梁受弯性能有很好的增强效果;与未增强的胶合木梁相比,受弯极限承载力提高幅度为20.88%~111.25%,抗弯刚度提高幅度为18.7%~27.6%,延性系数提高幅度为23.0%~74.3%。对于玄武岩纤维复合材料配量适中的增强胶合木梁,在受拉区层板破坏的同时,受压区层板出现压屈褶皱,木材抗压强度得到比较充分的发挥,破坏时表现出明显的塑性破坏特征。玄武岩纤维复合材料的存在,能有效降低木材缺陷对胶合木梁受弯性能的不良影响。     

小受压区高度RC梁正截面的破坏状态

采用条带积分法,应用计算机编程,对相对受压区高度为0.15左右的钢筋混凝土梁的弯矩-曲率关系进行全过程分析,得出弯矩-曲率关系曲线,并给出弯矩与混凝土应变、钢筋应变及梁的相对受压区高度的对应关系.结果表明钢筋屈服后,受压和受拉合力大小不变,内力臂略有减小,截面抗弯承载力略有降低.纵向受拉钢筋应变为4 500×10-6时,梁达到正截面承载能力极限状态.     

钢筋增强工程木梁的受弯试验

根据使用材料的特性和试验结果,详细分析了增强木梁的受力机理;分析了各设计参数对试件工作性能的影响．研究结果表明：采用钢筋对受弯木梁进行增强是有效的,增强的效果与受拉区配筋率、木梁的高宽比以及增强方式有关;增强木梁的受弯承载力随受拉区配筋率的增加而增加,在配筋率相同的情况下,木梁截面的高宽比越大效果越好;预应力增强工程木梁比非预应力增强工程木梁对承载力的提高更为有效．     

张弦及加载方式对预应力胶合木梁受弯性能的影响

采用一点张弦一点加载、一点张弦两点加载、两点张弦一点加载、两点张弦两点加载等4种不同的张弦加载方式,对4组12根预应力胶合木梁进行受弯试验,分析4种不同张弦和加载方式对预应力胶合木梁受弯性能的影响。结果表明:在预加力数值一定的前提下,加载点相同时,改变张弦方式对胶合木梁的极限承载力影响不大;张弦点相同时,两点加载比一点加载胶合木梁的极限承载力提高28.8%~38.9%;只有两点张弦两点加载时,梁顶受压区出现褶皱、梁底发生延性受拉破坏,其余破坏形态均为梁底脆性受拉破坏;加载过程中,两点加载较一点加载梁刚度略有提高、可使木材的抗压强度发挥更为充分,提高木材与钢丝的利用率。     

不同断层对埋地管道受力性能的影响

为了研究埋地管道在不同形式断层作用下的受力性能,自制了土箱试验装置,借此装置模拟断层的错动,测量得到埋地管道在断层错动作用下的应变分布和整体变形特点,分析了管道轴向应变和竖向位移随断层错动量变化的特征,探究了断层错动量、管道埋深、管径、断层倾角等参数对埋地管道力学性能的影响规律,采用FEM有限元方法进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比。结果表明:在该试验的参数范围内,随着断层错动量和管道埋深的增加,管道轴向应变增大;管径较大的管道,抵抗变形的能力较强;当断层倾角小于90°时,管道轴向峰值拉应变大于峰值压应变,此时管道以受拉为主;当断层倾角大于90°时,管道轴向峰值拉应变小于峰值压应变,此时管道以受压为主;对于走滑断层,管道轴向应变近似呈中心对称分布,两侧变形趋于一致。逆断层对于管道应变的影响最大,正断层其次,走滑断层对于管道应变的影响最小。(图17,表3,参21)     

钢筋砼构件抗弯计算的设计探讨

我们均知道,钢筋混凝土受弯构件正截面的破坏形态根据其配筋情况可划分为三种:(1)超筋破坏:即当梁配筋过多时,其破坏是由于受压区砼被压碎,而受拉区钢筋应力尚未达到屈服强度而产生的破坏。破坏是突然的,属于脆性破坏;(2)适筋破坏:即当梁配筋适中时,其破坏是由于受拉区钢筋首先屈服,中和轴迅速上移,最后因受压区砼面积减少而导致受压区砼被压碎产生的破坏。     

裸燕麦籽粒压缩力学性能试验及破裂生成规律分析

为降低裸燕麦籽粒在机械收获、播种、干燥、运输及加工等过程中的机械损伤,掌握裸燕麦籽粒压缩力学特性及其破裂生成规律,以白燕2号裸燕麦为研究对象,在CTM2050型微机控制电子万能材料试验机上,对其籽粒进行了压缩力学性能试验,测得6个含水率下的裸燕麦籽粒在X轴、Y轴及Z轴三个方位加载下的屈服载荷,并观察籽粒在受压过程中破裂的生成规律。试验结果表明:沿同一方位压缩时,屈服载荷随含水率的升高而降低,如沿X轴方位对籽粒压缩时,籽粒含水率由11.97%升高至26.97%,而籽粒的屈服载荷则由29.33N降低至18.80N;在同一含水率下,沿X轴方位对籽粒进行压缩时屈服载荷最大,Z轴压缩时次之,Y轴压缩时最小,如籽粒含水率为11.97%,沿X轴方位对籽粒进行压缩时屈服载荷为29.33N,沿Z轴压缩时为28.02N,沿Y轴压缩时为13.72N;压缩方位相同,裸燕麦籽粒受到压缩力作用产生破裂的基本规律大致相同;压缩方位不同,裸燕麦籽粒破裂方向一致,均沿长度(L)方向破裂,但是破裂位置不同。沿X轴方位压缩,破裂位置出现在背面以及腹面边缘处;沿Y轴方位压缩,破裂位置出现在腹沟线处;沿Z轴方位压缩,破裂位置出现在腹沟线及背面边缘处。研究结果为裸燕麦机械化收获、播种及相关加工机械的设计、开发、参数优化提供理论依据。     

新园斜拉桥合理索力的确定

采用基于正装分析的试算法,确定了新园斜拉桥的拉索初始张拉力.分别以结构弯曲应变能最小及弯曲与拉压应变能之和最小为目标函数,对该桥的成桥索力进行优化计算,并与刚性支承连续梁法确定的成桥索力进行了对比分析;然后经过索力局部调整,最终确定了该桥的合理成桥索力,可为斜拉桥合理成桥索力的确定提供了有益的借鉴方法.     

红松木材结构缺陷对应力波传播参数的影响

通过应力波测试仪对红松木材试件进行的检测试验,研究了木材轴向孔洞的分布、数量和端部孔洞的分布对应力波传播时间、传播速度的影响,并对孔径大小与应力波传播参数之间关系进行回归分析。试验结果表明,应力波传播时间与孔径大小、数量呈正相关,而应力波传播速度与孔径大小、数量呈负相关。端部孔洞对应力波传播参数没有显著影响。     

应用AE和DIC原位监测含横纹裂纹木构件的裂纹演化规律试验研究

目的含横纹裂纹木构件的缺陷会使其在弯曲载荷下发生横纹断裂,研究含横纹裂纹木构件在载荷作用下微裂纹的萌生和扩展规律,对含横纹裂纹木构件断裂损伤的预判和评估具有重要的意义。方法以杉木为研究对象,基于声发射（AE）技术和数字图像相关法（DIC）对已预制横纹裂纹的木试件三点弯曲损伤过程进行了实时原位监测,采用声发射参数分析法研究了加载过程中微裂纹萌生和失稳扩展的声发射特征,同时结合裂尖区域的应变和位移变化信息分析木试件表面裂纹起裂和扩展的应变特征。结果含预制横纹裂纹木试件的损伤演变过程中的声发射和数字图像测量结果,所反映的微裂纹萌生、扩展规律一致,验证了声发射振铃计数、能量和幅度对裂纹损伤过程的预判。其中声发射振铃计数、能量、幅度可有效预报木试件微裂纹的萌生,木试件表面应变的变化可以有效观测裂纹萌生和扩展区域的演变。结论建立了木材微裂纹萌生、扩展行为与声发射参数和表面应变之间的对应关系,并成功地构建了基于声发射技术和数字图像相关法的原位监测含横纹裂纹木构件裂纹损伤演化的测量和评价体系,试验结果为进一步研究含横纹裂纹木构件裂纹演变行为的损伤机理和原位监测方法提供了参考依据。      

榉木横纹三点弯曲受压声发射损伤模型研究

为探究木材在横纹受压下脆性断裂的损伤演变过程，依据声发射（acoustic emission,AE）事件构建木材损伤变量本构模型。首先，将木材内部等效为若干根互不相关的受压木纤维，每根横纹受压木纤维又可等效为受压微弹簧。然后基于概率思想，在微弹簧的中性层受力分析基础上，假设横纹受压的微弹簧极限应变服从某一分布函数的随机变量，经过分析得到微弹簧的极限应变服从分布函数和木材横纹受压损伤演化方程，以及累计AE振铃计数-应变曲线和损伤变量之间关系。最后，通过榉木(Zelkova schneideriana)试件三点弯曲AE试验得到归一化累计AE振铃计数-应变曲线，再利用Gaussian曲线拟合出所需参数，进而得到微弹簧的极限应变分布规律和损伤演化方程的表达式，建立三点弯曲受压AE损伤模型。结果表明，累计AE计数与榉木横纹受压的微观损伤过程是对应的，并且结合AE试验数据得出的损伤演化数学模型可以很好地反映榉木横纹受压过程中的损伤演化特征。     

人工林刺槐木材物理力学性质研究

目的刺槐作为我国重要的速生用材树种,被广泛应用于北方人工林种植,深入研究刺槐木材的物理力学性质,为刺槐人工林建设经营以及木材的高效精细化利用提供科学依据。方法本文对采自于山东省东营市刺槐林场的4株不同树龄人工林刺槐沿树干等分成0.65 m长若干小段并顺序编号,测定和分析每段木材的物理性质(气干密度、全干密度、基本密度)、力学性质(顺纹抗压强度、横纹径向全部抗压强度、横纹弦向全部抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量)以及化学组分(纤维素、半纤维素、木质素)含量,并通过SEM电镜扫描图对各段木材的微观构造进行对比分析。结果刺槐木材的气干密度、全干密度、基本密度、顺纹抗压强度、横纹全部抗压强度(径向、弦向)、抗弯强度、抗弯弹性模量均随树龄的增大而增加,随树干位置增高呈现先增大后减小的规律。将木材气干密度与顺纹抗压强度、横纹(径向、弦向)全部抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量分别进行线性和幂函数拟合,两种模型均能很好地拟合试验结果,拟合度R2值为0.865~0.895。各段木材化学组分中纤维素含量随树龄及树干高度位置的变化规律与木材各项力学性质的变化规律相似。木材的微观构造中导管占比率随树龄增大而减少,随树干高度位置增加呈现出先减后增的变化规律。结论10年生、15年生、20年生、25年生刺槐木材的气干密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量均为中级以上,是良好的家具和建筑用材。在利用时应充分考虑不同树龄木材和树干不同位置的差别。密度作为影响木材力学性质的直接要素,可根据相关方程通过刺槐木材的密度值估算部分力学性质的数值。刺槐木材纤维素含量与木材各项宏观力学性质相关度很高,而木材导管占比率的差异则从微观构造上揭示了木材密度变化的内在机理。      

云南杉木物理力学性质的研究

根据实验结果,杉木的木材密度、顺纹抗压强度以滇东南产的较低,滇中产的次之,滇西南产的较高。木材的抗弯强度以滇中产的较低,滇东南产的次之,滇西南产的较高。木材的抗弯弹性摸量以滇中产的较低,滇东南、滇西南产的相同。木材的冲击韧性以滇中产的较低,滇西南产的次之,滇东南产的较高。但三个栽培区的杉木主要物理力学指标的差异不大。同一栽培区阳坡生长的杉木密度和强度比阴坡生长的大,而不同坡向的杉木主要物理力学指标的差异比相同坡向的不同栽培区的杉木主要物理力学指标的差异大。实生的杉木密度和强度比插条者大。     

地带和地形对湿地松人工林材性的影响

比较分析了湿地松人工林材性在不同地带和地形中的表现差异.结果表明:相同地形条件下生长在南亚热带的湿地松人工林木材密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、硝酸—乙醇纤维素含量、戊聚糖含量和苯醇抽出物含量大于生长在中亚热带的,而木材尺寸稳定性和Klason木素含量小于生长在中亚热带的.相同地带内山谷中的湿地松人工林木材尺寸稳定性和戊聚糖含量大于山脊上的,木材密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、硝酸—乙醇纤维素含量、Klason木素含量和苯醇抽出物含量均小于山脊上的.差异显著性t检验表明:地带和地形对湿地松人工林木材密度、顺纹抗压强度和抗弯强度影响极显著或显著;地形对湿地松人工林木材差异干缩和抗弯弹性模量影响极显著,地带对湿地松人工林木材差异干缩和抗弯弹性模量影响不显著.研究结果为湿地松人工林培育和木材合理利用提供科学依据.     

表面强化刨切薄板拉伸、弯曲性能

以黑龙江产大青杨刨切薄板为研究对象,用常温水浸泡至饱水状态,不经热软化预处理即进行横纹压缩强化,通过160、180℃高温定型处理1～24 h,分析横纹压缩强化前、后木材的拉伸、弯曲性能的变化,探讨此方法强化木材薄板的可行性和有待改进、完善之处。结果表明:与未压缩强化素材相比,木材的拉伸强度和拉伸弹性模量均有较大幅度提高;弯曲弹性模量随着热处理时间的增加而下降;弯曲强度和断裂应力有所降低;最大应力时应变平均值、断裂应力时应变平均值都随着热处理时间的增加而下降。     

云南松人工林正常木与应压木物理力学性质比较

对云南松人工林正常木和应压木的物理力学性质及其差异进行了分析。结果表明:云南松应压木基本密度、气干密度和全干密度分别比正常木大0.060 6 g·cm^-3、0.046 0 g·cm^-3和0.050 4 g·cm^-3,呈极显著差异; 云南松应压木全干和气干顺纹干缩值分别比正常木干缩值大5.65和3.92倍,较易发生干燥缺陷。另外,除气干径向干缩率差异显著(p<0.05)外,应压木与正常木的其他各干缩率差异均显著(p<0.05),较正常木更容易发生翘曲变形和开裂; 应压木和正常木的气干差异干缩差异显著(p<0.05),全干差异干缩差异不显著; 正常木主要力学性质与密度均呈正相关关系,应压木的抗弯强度和抗弯弹性模量与气干密度紧密正相关,顺纹抗压强度和气干密度间无显著相关关系。