As a new type of inorganic green and high performance fiber material, basalt fiber has broad application prospects in the field of offshore wind power. In order to promote the application of basalt fiber in offshore wind turbine blade, the static tensile test and tensile-tensile fatigue test of basalt fiber reinforced polymer (BFRP) at different stress levels were carried out to obtain the elastic modulus, tensile strength, and S-N curve of BFRP. The equivalent model of basalt fiber bionic plate and the finite element model of wind turbine blade were established by Ansys Workbench software. Based on nCode software, the fatigue performance of the offshore wind turbine blade with basalt fiber bionic plate was analyzed and its fatigue life was predicted. The results show that the elastic modulus of BFRP is more than 2.5 times that of glass fiber reinforced polymer (GFRP), and BFRP has good plastic energy dissipation capacity. The equivalent model based on equivalent plate theory is suitable for static and dynamic analysis of basalt fiber bionic plate. The fatigue damage of the wind turbine blade under low wind speed is mainly concentrated in the edge of the blade root, the area where the skin and the web intersect and near the tip of the blade. Under the high wind speed, the fatigue damage covered the whole skin, only slight damage occurred at the trailing edge of the tip. The dangerous point is mainly located near the tip of 50 m-60 m along the span direction. The traditional Miner theory can accurately predict the fatigue life of wind turbine blade, and the fatigue life of the wind turbine blade with basalt fiber bionic plate is 29 years, while the fatigue life of the glass fiber wind turbine blade at the same scale is less than 1 year.
The grouted connection (GC) of the offshore wind turbine (OWT) jacket foundation mainly bears axial loads, the wind and wave load in the working environment make the structure prone to fatigue problems. The construction environment of the OWT foundation is relatively harsh, so there will be vertical and horizontal errors during the construction process. In this paper, the fatigue test of 9 specimens were designed to analyze the influence of vertical and horizontal errors, water ingression and other factors on the axial fatigue performance of the GC section. The static ultimate bearing capacity test was carried out to determine the load ranges of the fatigue test. Results of fatigue tests indicate that the fatigue performance of the GC considerably degenerates with the load eccentricity, especially at the end sections of the inner and outer tubes. Water ingression has a significant negative influence on the fatigue performance of the GC section. The presence of water contributes to the propagation and development of cracks in the grout layer. Load range, vertical and horizontal errors and grout material have negligible effect on the fatigue performance of the structure.
聚氨酯材料具有轻质价廉、变形能力强等优点,为探究填充聚氨酯材料对薄壁铝合金管轴压性能的影响,完成了15组聚氨酯铝合金复合薄壁管的轴压试验.试验结果表明,此类复合构件在轴向压力的作用下普遍呈现端部局部失稳的破坏模式,填充密度为50 kg/m3、100 kg/m3的聚氨酯没有明显提升铝合金薄壁圆管的承载力和刚度.随后采用数值模型研究了径厚比、长细比等因素对聚氨酯铝合金复合薄壁圆管轴压承载性能的影响规律.最后基于Donnell方程和Ramberg-Osgood模型,拟合得到聚氨酯铝合金复合薄壁圆管承载力计算式,计算式的计算结果和试验及数值计算结果的对比表明,该计算式具有足够的准确性.
介绍了消能减震技术在某既有公共建筑改造设计中的应用.该建筑为建于2011年的多层现浇混凝土框架结构.由于建筑功能改变,抗震设防类别由丙类调整为乙类,相应抗震等级由三级提升为二级,拟采用设置黏滞阻尼器(墙)的消能减震设计.通过基于复模态反应谱法的等效弹性迭代计算和小震弹性时程分析,黏滞阻尼器(墙)工作状态良好,可有效发挥其耗能作用,可为主体结构提供5%左右的附加阻尼比.运用SAUSAGE软件对结构进行多遇、设防、罕遇地震下的时程分析及结构损伤评定,论证了设置消能减震构件的有效性及结构抗震安全性.结构在罕遇地震下的层间位移角为1/122,塑性发展水平较低,结构的抗震等级和抗震构造措施要求可仍按三级设计,综合考虑建筑外立面及室内装修的较少破坏,建筑的总体造价降低.
基于对某高校建筑外墙饰面层构造探查以及完损状况检测结果,分析外墙饰面层的损伤率及其典型特征:建筑外墙饰面层出现的损伤大多为粘结性损伤,其中空鼓、脱落现象较多;建筑服役时间越久,其外墙饰面层损伤状况相对越严重;东、南、西朝向的外墙饰面层易受环境影响,损伤率较高;涂料构造饰面层做法损伤较轻.采用数据分析手段开展外墙饰面层损伤特征分析,可为建筑外墙检测与运维提供参考借鉴.
为探究实际工程背景下钢-UHPC组合桥面板早期收缩效应的发展与分布规律,考查组合桥面板中UHPC收缩引起的构件次内力水平,在夏季自然环境常温养护条件下进行了90天钢-UHPC组合桥面板静置收缩监测试验.浇筑完成后对UHPC板、钢筋、钢结构等构件的应变值进行了监测与分析,并且利用有限元软件对试验模型开展了收缩模拟与验证,对构件次内力分布、界面滑移等特征做了进一步的探究.研究结果表明:夏季炎热环境下(温度:17℃～42℃,湿度:50%～90%),组合桥面板UHPC未见明显裂缝;UHPC初凝时间约为15小时,收缩在约40天时基本稳定;在跨中区域UHPC受约束作用最大,对应的UHPC和钢板次内力最大,钢筋由于与UHPC应变的协同性在该处压应力最小.在远离跨中方向上,UHPC与钢结构的结合作用逐渐减弱.
为探讨复杂形状大跨屋盖结构表面的风荷载变化特点,采用同步测压风洞试验方法,对杭州亚运轮滑馆大跨叠合曲面屋盖的表面风压分布特性进行了研究.考察了不同部位平均风压的分布规律,获得了不同区域的分区体型系数,可供屋盖承重结构抗风设计使用;探讨了不利风向角下极值风压的变化特点,得到了全风向角下屋盖极值风压的等值线图,可供围护结构设计使用.结果表明,屋盖平均和极值负风压的不利值主要出现在东北或西南斜风作用下的中部鞍型屋面迎风前缘,以及两侧环绕屋面尾部与另一侧屋面叠合处,其原因与曲面叠合形成局部狭道效应加剧气流分离等因素有关.
涡激振动已经成为威胁桥梁结构安全、行人舒适度和结构耐久性的重要风险因素之一.节段模型风洞试验是检验大跨度桥梁涡振的重要方法,但提取和分析涡振数据一般依赖于经验,缺乏准确高效的手段.针对闭口钢箱梁悬索桥节段模型风洞试验数据,引入了含噪声的基于密度的空间聚类分析方法,在提取位移标准差和单频程度这两个特征值的基础上,将竖弯和扭转涡振工况从三个攻角的全部试验工况中识别出来.通过风速-振幅关系和涡振工况的时程与频谱特征,进一步验证了涡振工况提取和分析的准确性,证实了涡振具有大振幅和强单频的特点.
依托贵州纳雍-郝章某隧道穿越断层破碎带项目,针对隧道斜穿断层破碎带的工程问题,采用了有限元方法建立数值模型,研究分析隧道斜穿断层破碎带不同倾向条件下的围岩变形特性,得出的主要结论为:隧道斜穿断层不同倾向条件时,由于斜穿状态下,隧道由正交条件下破碎带围岩与支护的二维围岩受力变形状态,逐步转变为破碎带围岩、支护与坚固基岩的三维围岩受力变形状态,因而引起隧道穿越断层不同倾向时不同的围岩变形;此外,围岩拱顶沉降峰值与隧道-破碎带接触的拱顶延伸率g呈负相关;围岩拱腰收敛峰值与隧道-破碎带接触的腰顶比k呈负相关;围岩底鼓位移的不均匀变化影响范围与隧道-破碎带接触的腰底比h呈正相关.
超高层建筑巨型柱框架结构体系是一种高性能的抗震结构体系.以某超高层型钢混凝土巨型柱结构为工程依托,进行了2个五边形截面型钢高强混凝土巨型柱模型试件重复加载下轴压受力性能试验,2个试件差异为混凝土强度.试验表明:不同强度混凝土试件损伤发展过程相似,斜边和最短边损伤更早且相对严重;试件均表现出稳定的加载、卸载、再加载刚度,承载能力具有相对稳定的退化过程;较高混凝土强度试件承载力和耗能能力较大,但延性有所降低.分析了箍筋以及型钢对混凝土的约束机制,建立了考虑不同区域约束效应差异以及箍筋和型钢约束效应相互耦合的分区域约束混凝土抗压强度计算方法,提出了承载力计算公式,计算结果与试验符合较好.用ABAQUS软件建立了有限元数值计算模型,对混凝土强度、型钢强度、纵筋配筋率以及配箍率进行了参数分析.计算表明:提高混凝土强度能够有效提高试件的承载力,但峰值后变形能力有所下降;提高型钢强度能够有效提高试件承载力;增大纵筋配筋率能够提高试件的承载力和刚度;提高体积配箍率可以有效提高试件的承载力和延性.
合理选择地震动记录是影响结构增量动力分析和易损性分析结果可靠度的重要因素之一.首先选择15条地震动记录分别运用谱匹配方法进行不同周期范围的调整,然后输入谱匹配前后6组地震动记录,对一个5层和11层钢筋混凝土(RC)框架结构进行增量动力分析,并利用增量动力分析结果,得到基于最大层间位移角的不同损伤状态结构地震易损性曲线,以及不同损伤状态50%超越概率对应的最大残余层间位移角统计值.分析结果表明,运用谱匹配方法,结构地震易损性离散性明显减小;随着结构退化程度的增大,与结构基本周期对应的反应谱值相比,等效周期对应的反应谱值对结构非线性地震响应结果的影响更加显著.
为研究底层钢管混凝土柱柱底区段受基础强约束的影响,进行了4个方钢管高强普通混凝土和4个方钢管高强再生混凝土墩状试件的轴压试验.钢管腔体构造分为空腔体、内置钢筋笼和栓钉、内置竖向肋板、内置分腔钢板;混凝土分为C60普通混凝土、RC60再生粗骨料混凝土.研究了各试件的破坏过程、荷载-位移曲线、承载力、延性、耗能能力和应变.试验表明:腔体内置钢筋笼、焊接栓钉、内置竖向肋板、内置分腔钢板对提高试件承载力和延性均有显著作用;相同腔体构造的方钢管高强普通混凝土试件和方钢管高强再生混凝土试件轴压性能接近.考虑基础对钢管混凝土柱柱底区段强约束的钢管混凝土墩状试件受压承载力大于相同构造的钢管混凝土柱受压承载力,提出了承载力影响系数,墩状试件承载力为柱状试件承载力乘以承载力影响系数.对试件轴压性能进行了有限元模拟,有限元模拟结果与试验符合较好.
某大型纯地下商业项目位于成都,共五层,地下一、二层楼板大量开洞,东西向长约620 m.本文对温度荷载的取值进行了细致分析,并对结构进行了升温、降温工况下的楼板应力分析,对于应力稍大区域可用钢筋加强,对于连桥等应力较大区域可用增加型钢抵抗温度应力.采用单压弹簧模拟侧向水土压力,进行了水土压力下的楼板应力分析,发现水土压力的影响范围为5～6跨.论证了地下超长结构在楼板大量开洞情况下减少断缝的可行性、安全性及用单压弹簧模拟侧向水土压力的必要性.
大跨径钢-混凝土组合结构桥梁中,由于两种材料热学性质和构件日照情况不同,会产生明显的非线性温度分布与复杂的结构响应.采用基于环境实测气象参数的构件温度场精细化模拟方法,分析一座钢箱组合梁拱桥的温度场及响应情况.结果表明:大跨径组合结构桥梁具有显著的温度异步性,真实温度场与规范的规定有所不同,朝向与材料不同的各个构件之间温度荷载及响应差异较大,其中,西侧钢梁的温度应力超过了32 MPa,对组合截面中桥面板的影响尤为值得关注.
目前,国内外学者基于主流BIM平台,发挥BIM软件的参数化设计优势,开展了大量的管片三维空间排布技术研究,但已有研究成果普遍存在自动化程度不足且不适用于局部块体预埋槽道的问题.为了解决上述缺陷,介绍一种基于Dassault/CAA架构开发的盾构隧道BIM设计程序,用于批量创建考虑局部块体预埋槽道的管片环定位骨架模型.将该程序与Dassault软件的Assembly Pattern模块、复杂几何造型和参数化设计功能融合,可以实现盾构隧道的快速、批量BIM设计.将盾构隧道相邻连续各管片环的旋转状态以树形结构表达,开发用于对该树形结构进行生成、获取等操作的基础函数,在CAA程序调用上述函数,实现管片环最优化位姿筛选.分别从算法研究、程序开发、工程应用的角度,详细介绍该程序,为基于Dassault/CAA架构的其他BIM技术研究提供了思路和方法.
安全壳结构是核反应堆的最后一道屏障,具有重要作用.为进一步深入研究安全壳的包容能力,以某一新型压力水堆核反应堆安全壳为研究对象,采用ABAQUS有限元软件,并结合Rhino、Grasshopper等第三方软件进行数值仿真分析,以研究其在严重事故(高温高压双重作用)条件下安全壳各组分的力学变化全过程.结果表明:高温高压荷载作用下混凝土开裂更易发生;安全壳结构首先发生混凝土层开裂,最终由于钢衬里大面积屈服、撕裂而导致其失去包容能力,从而功能性失效.
为了比较中支点梁体顶升/回落法与张拉预应力法对改善大跨度组合梁负弯矩区受力的效果,以一主跨70 m的连续组合箱梁桥为例,采用板壳-实体有限元模型,计算分析了不同施工措施下的组合梁受力情况.计算结果表明:不同施工方法下组合梁受力在负弯矩区差别较大,使得混凝土桥面板上表面产生1 MPa的压应力储备,顶升/回落中支点梁体需要的位移量为8 cm,采用传统的先结合预应力方法需在单位宽度布置1.65束直径15.24 mm的钢绞线,而后结合预应力方法则需在单位宽度布置1.24束.对跨度60 m以下的组合梁采用中支点梁体顶升/回落法预应力施加效率高,70 m以上的组合梁桥直接采用后结合预应力法会具有更好的性价比.
为研究钢顶板厚度对于正交异性组合桥面板U肋与顶板构造疲劳性能的影响,通过建立板壳-实体有限元模型,计算分析不同顶板厚度下正交异性钢桥面板中关键部位的受力情况.计算结果表明,有无刚性铺装对车轮荷载作用下的桥面板受力状态以及U肋与钢桥面板焊缝焊趾处应力大小有显著的不同,采用刚性铺装的正交异性组合桥面板U肋与钢桥面板焊缝焊趾处应力幅值只有不采用刚性铺装桥面板的8%;改变钢顶板的厚度对正交异性组合桥面板U肋与钢桥面板焊缝焊趾处的疲劳强度影响甚微,采用12 mm的钢顶板也能满足U肋与钢桥面板焊缝焊趾处的疲劳强度要求.
以上海体育馆为例,开展了大型体育场馆钢结构网架拆除过程的有限元模拟分析.采用商业有限元软件ABAQUS建立精细化有限元分析模型,通过生死单元法模拟杆件的拆除过程,根据计算结果揭示网架结构中各杆件应力和竖向挠度的变化规律.开展了网架中部支座类型和支座间距的参数分析,并根据方差分析结果确定拆除过程中网架最大挠度的关键影响因素.有限元分析结果表明,拆除前靠近支撑处的竖向腹杆应力较大,超过了上下弦杆;随着拆除的不断进行,靠近拆除部位的腹杆应力有所增加,且靠近拆除部位的杆件竖向挠度有所增加;支座间距增大后,拆除后期腹杆的应力显著增加,该种工况下极容易出现危险点.方差分析结果表明,支座间距对拆除过程中网架结构最大挠度的影响最大,而支座类型的影响相对较小.在实际拆除过程中,应重点检查支座的数量和有效性,以确保消除潜在的危险点.
如何充分挖掘并利用静载试验数据,对于确定桩基承载力具有重要的意义.选取深圳某场地36根管桩静载数据,对比分析了只利用加载数据及加、卸载曲线同时考虑这两种情况,得出最后一级加载数据和第一级卸载数据占有最大权重的结论,和规范桩基承载力的确定方法一致,也反映了桩基压缩性能.上述结论为进一步利用加卸载曲线分析桩身性状、单桩沉降及承载力计算提供了数据支撑和科学依据.
