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柱形装药空中爆炸冲击波荷载研究

爆炸与冲击 2024年第4期44卷 60-80页

作者：王明涛程月华吴昊同济大学土木工程学院上海200092

受比例距离、装药长径比、起爆方式、方位角、冲击波入射角以及反射面相对位置等多种因素的影响,球形装药空中爆炸冲击波荷载的计算方法不适用于柱形装药。为探究柱形装药空中自由场爆炸冲击波入射和反射荷载,首先,开展柱形TNT装药单端... 详细信息

受比例距离、装药长径比、起爆方式、方位角、冲击波入射角以及反射面相对位置等多种因素的影响,球形装药空中爆炸冲击波荷载的计算方法不适用于柱形装药。为探究柱形装药空中自由场爆炸冲击波入射和反射荷载,首先,开展柱形TNT装药单端起爆的空中爆炸试验,并基于显式动力学分析软件AUTODYN进行数值模拟,通过与试验和规范进行对比,验证了采用的有限元分析方法的适用性。进一步开展考虑比例距离、长径比、起爆方式、方位角和刚性反射等因素的1000余组柱形装药空中爆炸工况的数值模拟。基于模拟结果,揭示了柱形装药空中爆炸入射冲击波峰值超压和最大冲量及其形状因子的分布特征,提出峰值超压和最大冲量临界比例距离的判定准则和确定方法,阐明了刚性反射冲击波峰值超压和反射系数的变化规律。最后,提出柱形装药空中爆炸入射和反射冲击波荷载的计算方法,并得到360余组试验数据的验证。该方法可快速计算作用于建筑结构上的爆炸荷载,并为弹药毁伤效能评估、结构动态响应和破坏分析及其抗爆设计提供参考。

关键词：柱形装药空中爆炸峰值超压最大冲量临界比例距离

增效转动摩擦阻尼器的工作机理及力学性能分析

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工程力学 2024年第S1期41卷 171-178页

作者：林子健张超于天昊刘婧宜巫卓楷广州大学土木工程学院广州510006

该文提出了一种新型增效转动摩擦阻尼器(ERFD),由杠杆原理放大其转动角度,进而提高其耗能能力,适用于梁柱节点。为验证ERFD工作机理的可行性,采用ABAQUS软件建立其有限元数值模型,以相同摩擦工况的扇形摩擦阻尼器(SFD)和未放大的转动摩... 详细信息

该文提出了一种新型增效转动摩擦阻尼器(ERFD),由杠杆原理放大其转动角度,进而提高其耗能能力,适用于梁柱节点。为验证ERFD工作机理的可行性,采用ABAQUS软件建立其有限元数值模型,以相同摩擦工况的扇形摩擦阻尼器(SFD)和未放大的转动摩擦阻尼器(RFD)作为对照模型进行力学性能分析,进而探究ERFD耗能增效机制。研究结果表明:ERFD的承载力、刚度和耗能均得到明显提高,较于SFD分别增大了17.63%、12.54%、14.53%;其他三个改变摩擦片布置方式的试件的刚度和耗能比ERFD分别减少29.38%、58.67%、70.76%和29.55%、58.96%、70.58%;ERFD的承载能力和耗能能力相较于RFD放大了92.38%、85.49%。这说明ERFD耗能能力良好,且三个点均布置摩擦面的整体力学性能较好,且增效效果显著。

关键词：增效机制转动摩擦阻尼器梁柱节点力学性能工作机理

岩石爆破基础理论研究进展与展望Ⅰ—本构关系

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工程科学学报 2024年第11期46卷 1931-1947页

作者：杨阳杨仁树陈骏方士正李炜煜范子儀张祥朱锐张渊通杨欢王雁冰北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

岩石爆破技术在国民经济建设中发挥着重要作用,尤其在资源开采、基础设施建设等领域.本文对岩石爆破本构关系进行了深入研究和探讨,在传统本构关系研究的基础上,提出了本构关系1.0、2.0和3.0的演化阶段,分别探讨了矛盾关系、能量平衡以... 详细信息

岩石爆破技术在国民经济建设中发挥着重要作用,尤其在资源开采、基础设施建设等领域.本文对岩石爆破本构关系进行了深入研究和探讨,在传统本构关系研究的基础上,提出了本构关系1.0、2.0和3.0的演化阶段,分别探讨了矛盾关系、能量平衡以及最小作用量理论.本构关系1.0从岩石与爆炸、冲击荷载的相互作用出发,强调了矛与盾的关系,重点分析了岩石材料的动态力学响应;本构关系2.0以能量为切入点,将含有节理裂隙、层理和腔体等缺陷以及显著各向异性的岩石视为复杂结构材料,研究荷载输入能量与材料破坏所需能量之间的动态平衡关系,解析结构强度与输入能、耗散能及可释放应变能之间的关联;本构关系3.0关注爆炸荷载下应力波的传播规律及其与介质破坏效应的关系,特别是通过最小作用量理论来优化能量的传播路径,提高炸药能量的利用效率.这些理论不仅揭示了岩石在不同荷载条件下的力学行为,还为优化爆破设计和改善爆破效果提供了理论依据.同时,本文结合人工智能和大数据技术,提出了岩石材料工程基因的概念,通过建立岩石基因库,系统化管理岩石的物理力学参数,构建性能预测模型,提升了对岩石特性的理解和工程应用的精确度.未来,岩石材料基因库有望在矿产资源开发、地质灾害防治和基础设施建设等领域发挥更大的作用,推动工程技术的发展和应用.

关键词：岩石爆破本构关系矛盾关系能量平衡最小作用量

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盾构隧道联络通道涌水涌砂诱发结构倒塌试验

中国公路学报 2024年第9期37卷 119-132页

作者：柳献孙齐昊范森同济大学土木工程学院上海200092

国内外盾构隧道建设施工过程中发生过多起由于局部涌水涌砂进而诱发结构倒塌的事故,造成巨大的经济损失。由于隧道倒塌事故具有突发性与隐蔽性的特点,针对盾构隧道结构倒塌的发展过程与力学机理的研究尚处于起步阶段,难以针对性提出有... 详细信息

国内外盾构隧道建设施工过程中发生过多起由于局部涌水涌砂进而诱发结构倒塌的事故,造成巨大的经济损失。由于隧道倒塌事故具有突发性与隐蔽性的特点,针对盾构隧道结构倒塌的发展过程与力学机理的研究尚处于起步阶段,难以针对性提出有效的防控措施。为了探明盾构隧道联络通道涌水涌砂进而诱发结构倒塌的机理,为后续防控措施提供理论基础,以上海地铁4号线事故案例为研究背景,设计并开展了盾构隧道联络通道涌水涌砂诱发结构倒塌的模型试验,重现了盾构隧道倒塌的发展过程,对倒塌过程中的地层响应与隧道响应进行了讨论,进而提出隧道渗漏诱发结构倒塌的发展过程与原因。结果表明:①隧道渗漏后渗流侵蚀作用在外部地层产生土洞,土洞在形成→失稳→再现的过程中向地表发展;②地层土拱效应造成隧道外荷载重分布,进而引发隧道结构大变形;③土洞达到临界高度时地表土体失稳坠落,冲击荷载造成隧道结构倒塌,试验中最大冲击荷载达到正常水土荷载的13倍;④初步提出用于计算隧道受冲击荷载的理论计算公式。

关键词：隧道工程结构倒塌模型试验冲击作用土拱效应渗流侵蚀

基于能量转化原理的地铁板式轨道自密实混凝土本构行为

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振动与冲击 2024年第4期43卷 190-198,214页

作者：陈俊豪曾晓辉谢友均龙广成唐卓中南大学土木工程学院长沙410075

为了掌握地铁板式轨道充填层自密实混凝土(self-compacting concrete,SCC)在车辆荷载作用下的本构行为,通过对SCC进行单轴抗压试验,研究了不同应变率、橡胶掺量和尺寸对力学性能和能量演化规律的影响,建立了SCC的本构模型。结果表明:峰... 详细信息

为了掌握地铁板式轨道充填层自密实混凝土(self-compacting concrete,SCC)在车辆荷载作用下的本构行为,通过对SCC进行单轴抗压试验,研究了不同应变率、橡胶掺量和尺寸对力学性能和能量演化规律的影响,建立了SCC的本构模型。结果表明:峰值应力的应变率敏感系数绝对值最大,弹性模量次之,峰值应变最小;橡胶延缓了能量的早期增长,而在峰值应力之后,橡胶则阻碍了弹性应变能的耗散,延长了总应变能和耗散能的快速增长;应变率越大,总应变能和耗散能增长越快,弹性应变能在峰值应力前的积累速率越快,峰值应力后的释放速率越快;建立的本构模型可以用于描述SCC在不同应变率条件下的应力-应变关系。

关键词：板式轨道自密实混凝土(SCC) 应变率力学性能能量演化本构模型

曲线盾构隧道施工期地表位移计算方法及影响因素分析

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吉林大学学报（工学版） 2024年第7期54卷 1997-2008页

作者：杨果林杨一凡徐浩栋罗桂军肖洪波中南大学土木工程学院长沙410075 中建五局土木工程有限公司长沙410041

为了分析曲线盾构隧道施工期地表位移变化规律及影响因素,建立了考虑盾构主动铰接机构的曲线隧道开挖力学模型,分别提出了盾构施工附加应力和地层损失所引起的地表位移计算方法。基于实际工程,开展了相应监测试验和数值模拟,研究了影响... 详细信息

为了分析曲线盾构隧道施工期地表位移变化规律及影响因素,建立了考虑盾构主动铰接机构的曲线隧道开挖力学模型,分别提出了盾构施工附加应力和地层损失所引起的地表位移计算方法。基于实际工程,开展了相应监测试验和数值模拟,研究了影响地表位移偏移的敏感度指标。结果表明:曲线段地表位移沿隧道开挖方向向隧道内侧偏移,计算方法所得曲线段地表最大位移值和偏移值与实测值基本一致;敏感度分析发现,不平衡系数的敏感度最高,而在曲线超挖间隙因素中转弯半径和开挖半径敏感较高。建议曲线段施工应合理控制内外侧油缸推力差和超挖范围。

关键词：盾构隧道地表位移计算方法曲线超挖间隙敏感度

CFRP板纵向加固RC柱在水平低周循环荷载下的力学性能研究与应用

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第7期51卷 148-163页

作者：强旭红陈岩松姜旭谭成同济大学土木工程学院上海200092

开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向... 详细信息

开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向粘贴CFRP板对RC柱的抗弯性能影响,设计并开展了5根足尺矩形RC柱的水平低周循环加载试验.研究结果表明:粘贴CFRP板加固能有效延缓柱的开裂;柱的破坏模式得到明显改善;相较于未加固柱子,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的RC柱极限承载力分别提高了15.1%和17.4%;加固后柱的抗弯承载力和刚度得到提高,但增加CFRP板的层数对极限强度和刚度没有显著影响,反而会降低柱的延性,相较于仅采用增大柱底截面的方式加固的对照柱,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的试验柱的延性系数分别降低16.2%和35.1%;试验过程中,由于柱与基础节点承载力的限制,CFRP的最大应变仅达到极限应变的24%,抗拉强度未得到充分发挥.该加固方法已在某医院加固工程中得到应用,跟踪研究表明,加固后柱子的抗弯承载力有明显提升,加固方法得到工程业界的认可.

关键词：钢筋混凝土柱抗弯加固水平低周循环加载碳纤维增强复合材料板纵向粘贴

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高密度聚乙烯基水凝胶复合涂层制备及其摩擦学性能

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复合材料学报 2024年

作者：刘春荣刘思思邓宇星王思贤段尚豪贾海涛湘潭大学机械工程与力学学院泰州麦迪医疗科技有限公司

受天然关节结构启发，在高密度聚乙烯(HDPE)表面构建水凝胶涂层，从而提升材料润湿性能及承载性能。然而水凝胶与HDPE基体结合性能差易脱落，因此采用紫外诱导多巴胺(DA)聚合形成聚多巴胺(PDA)接枝在HDPE上，得到高密度聚乙烯-多巴胺(HD... 详细信息

受天然关节结构启发，在高密度聚乙烯(HDPE)表面构建水凝胶涂层，从而提升材料润湿性能及承载性能。然而水凝胶与HDPE基体结合性能差易脱落，因此采用紫外诱导多巴胺(DA)聚合形成聚多巴胺(PDA)接枝在HDPE上，得到高密度聚乙烯-多巴胺(HDPE-PDA)样品，随后在HDPE-PDA表面构建纳米羟基磷灰石-聚乙烯醇(HA-PVA)水凝胶涂层，得到高密度聚乙烯基-聚多巴胺-纳米羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶复合涂层(HDPE-PDA-HA-PVA)样品。研究了样品的润湿性能、生物相容性、界面结合性能及摩擦学特性等。将HDPE-PDA-HA-PVA置于分别加入Na+、Ca2+、Al3+的小牛血清稀释润滑(BSA)溶液中，探究了金属离子对摩擦副的影响规律。综上发现：HDPE-PDA的静态水接触角由未接枝前的94.57°降低至26.87°，抗菌性能提升98%，与水凝胶的结合力提升了84%。在摩擦学性能研究中发现，HDPE-PDA-HA-PVA在2 N载荷水润滑条件下的摩擦系数低至0.012，仅存在微量磨损。当载荷增大至5 N时，与HDPE相比平均摩擦系数和磨损量分别降低了73%和46%。在探究含金属离子的润滑溶液对摩擦学性能的影响中发现，在3 N载荷下，含Ca2+的润滑溶液表现出较好的润滑性能，这是由于Ca2+能增强材料对润滑蛋白的吸附，易形成润滑层，表现出比其他含金属离子的润滑溶液更好的润滑特性。

关键词：高密度聚乙烯聚多巴胺水凝胶润滑剂摩擦学性能

接缝处纵筋连续预制节段梁弯剪受力机理试验研究

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第11期52卷 1670-1680,1698页

作者：邹宇俞承序徐栋端木祥永王田虎何家学同济大学土木工程学院上海200092

基于网格抗剪配筋原理,提出了接缝处纵筋连续预制节段梁概念。设计3根试验梁,将接缝类型作为试验参数,以试件裂缝发展、钢筋应变、破坏模式、刚度、承载力为研究对象,开展弯剪试验。结果表明,接缝处纵筋连续预制节段梁中腹板水平纵筋有... 详细信息

基于网格抗剪配筋原理,提出了接缝处纵筋连续预制节段梁概念。设计3根试验梁,将接缝类型作为试验参数,以试件裂缝发展、钢筋应变、破坏模式、刚度、承载力为研究对象,开展弯剪试验。结果表明,接缝处纵筋连续预制节段梁中腹板水平纵筋有效承担了由剪力作用引起的截面上轴向拉力,与箍筋同样起到抗剪作用;腹板水平纵筋在接缝位置处的连续可以更好地抑制斜裂缝的发展,限制主裂缝的宽度,从而有效提高预制节段梁结构的刚度;从试件腹板开裂至试件破坏的整个加载过程中,纵筋连续预制节段梁接缝附近节段受力基本满足平截面假定,各项力学行为与整体梁相似。试验结果充分验证了接缝处纵筋连续是预制节段梁从受力性能上消除“接缝”的必要手段。

关键词：预制节段桥梁接缝腹板水平纵筋弯剪试验