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模拟海水-海砂混凝土环境下连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料杆层间剪切性能的演化

复合材料学报 2024年第1期41卷 323-332页

作者：周平白艳博李承高董少策咸贵军哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

连续玻璃纤维增强聚丙烯(GFRPP)复合材料杆集成了热塑性树脂可多次成型、环境友好、可回收利用和玻璃纤维高应变、低成本等优点,在混凝土结构领域,GFRPP复合材料有望替代钢筋和热固性纤维增强聚合物(FRP)筋成为新型热塑性复合材料。本... 详细信息

连续玻璃纤维增强聚丙烯(GFRPP)复合材料杆集成了热塑性树脂可多次成型、环境友好、可回收利用和玻璃纤维高应变、低成本等优点,在混凝土结构领域,GFRPP复合材料有望替代钢筋和热固性纤维增强聚合物(FRP)筋成为新型热塑性复合材料。本文采用加速实验研究了模拟海水-海砂混凝土环境下GFRPP杆的水吸收及层间剪切性能长期演化规律与退化机制。研究结果表明:GFRPP杆吸水行为符合Fick定律,21℃、40℃和60℃浸泡温度下GFRPP杆的饱和吸水率分别为0.63%、0.78%和0.81%;经120天21℃、40℃和60℃模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡后,GFRPP杆层间剪切强度保留率分别为80.5%、72.8%和66.5%。最后,结合SEM和FTIR表征技术,揭示模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡下GFRPP杆性能退化机制。

关键词： GFRPP杆层间剪切强度海水-海砂混凝土湿热老化机制吸水率

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预应力索网抑制屈曲钢板剪力墙力学性能分析

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哈尔滨工业大学学报 2018年第6期50卷 184-191页

作者：曹正罡吴鹏程杜鹏结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

为解决薄钢板剪力墙受力上的缺陷,提出一种预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙(CN-SPSW),它的工作原理为在钢板两侧交错布置预应力拉索,由拉索内预应力产生的回复力约束钢板面外变形.利用ABAQUS对单层单跨预应力索网抑制屈曲钢板剪力墙的... 详细信息

为解决薄钢板剪力墙受力上的缺陷,提出一种预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙(CN-SPSW),它的工作原理为在钢板两侧交错布置预应力拉索,由拉索内预应力产生的回复力约束钢板面外变形.利用ABAQUS对单层单跨预应力索网抑制屈曲钢板剪力墙的抗剪性能进行数值模拟,分析在水平方向低周往复加载作用下,构件的抗剪性能及耗能能力.研究表明:索网为柔性约束,抑制较厚钢板的面外变形效果较弱,但对于大宽厚比的钢板剪力墙,预应力索网抑制构件的存在仍可显著减少钢板面外变形.针对宽厚比λ=1 000的CN-SPSW,相较于同尺寸的钢板剪力墙,其峰值承载力提高18%,耗能能力提高47%.参数分析表明索网抑制构件宜用于宽厚比λ大于600的钢板剪力墙中.

关键词：预应力索网抑制屈曲钢板剪力墙滞回性能耗能能力

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铝合金毂式节点轴向拉压受力性能有限元分析

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哈尔滨工业大学学报 2020年第8期52卷 184-191页

作者：曹正罡李亮汪天旸王志成结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

为探究空间结构体系中铝合金毂式节点受力性能,采用非线性有限元软件ABAQUS建立了25个不同尺寸的铝合金毂式节点精细化数值模型研究其受拉和受压性能,并分析了毂体槽间距、齿间距、齿宽度、齿深度等因素对节点受力性能的影响.分析结果表... 详细信息

为探究空间结构体系中铝合金毂式节点受力性能,采用非线性有限元软件ABAQUS建立了25个不同尺寸的铝合金毂式节点精细化数值模型研究其受拉和受压性能,并分析了毂体槽间距、齿间距、齿宽度、齿深度等因素对节点受力性能的影响.分析结果表明:节点受拉承载力主要由毂体与杆件嵌入部分之间凹凸齿槽承担;改变主要参数,节点受拉极限状态共出现毂体凸齿弯剪破坏、毂体最内侧槽部弯剪破坏、毂体最外侧槽部弯剪破坏和毂体凸齿剪切破坏4种破坏模式;在研究范围内增大毂体槽间距和齿宽度,节点抗拉极限承载力增加71.3%和112.9%;节点受压极限状态主要为失稳破坏,主要参数的改变对其承压性能影响较小.最终给出研究范围内节点抗拉极限承载力公式和设计建议.

关键词：空间结构体系铝合金毂式节点破坏模式受力性能有限元分析

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基于应变能密度的单层球面网壳结构失效判定准则

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土木工程学报 2014年第4期47卷 56-63页

作者：张明张瑀周广春支旭东哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150090

进行基于应变能密度的单层球面网壳地震作用下工作行为分析,意在给出一个合理且较为精确的判断结构动力失效准则。首先,对理想单层球面网壳结构的对数应变能密度(LSED)、以及有初始缺陷的单层球面网壳结构的指数应变能密度(ESED)与加速... 详细信息

进行基于应变能密度的单层球面网壳地震作用下工作行为分析,意在给出一个合理且较为精确的判断结构动力失效准则。首先,对理想单层球面网壳结构的对数应变能密度(LSED)、以及有初始缺陷的单层球面网壳结构的指数应变能密度(ESED)与加速度幅值(A)关系进行理论推导,给出单层球面网壳应变能密度的表达式,奠定判定其失效的理论基础。然后,应用通用有限元程序对典型单层球面网壳在地震荷载作用下的动力反应进行全过程响应分析,并时时提取出各级动荷载幅值下的所有单元的应变能密度。进而,进行结构应变能密度走向特征分析,揭示单层网壳结构的整体塑性应变能密度积累到一定程度时,结构应变能密度-地震加速度幅值曲线产生转折点。最后,据此特征提出基于结构能量密度的失效荷载判定准则,并与现有判定准则进行比较。

关键词：单层球面网壳地震荷载应变能密度有限元分析失效荷载判定准则

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外伸悬挑组合式锅炉大板梁的静力试验及有限元模拟分析

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工程力学 2016年第6期33卷 163-170页

作者：张文元赵琳哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

为揭示外伸悬挑组合式锅炉大板梁的受力机理和破坏模式,并验证某工程大板梁的设计可靠性,通过对外伸悬挑组合式大板梁缩尺模型的静力试验和考虑各种非线性的ABAQUS有限元数值模拟分析,研究了大板梁简支段和悬挑段在各加载阶段的承载力... 详细信息

为揭示外伸悬挑组合式锅炉大板梁的受力机理和破坏模式,并验证某工程大板梁的设计可靠性,通过对外伸悬挑组合式大板梁缩尺模型的静力试验和考虑各种非线性的ABAQUS有限元数值模拟分析,研究了大板梁简支段和悬挑段在各加载阶段的承载力、局部应力、整体变形和局部屈曲等关键响应,对试验中的破坏现象给出了合理解释,并重点研究了悬挑段与简支段拼接端板与拼接螺栓的受力和变形特点。试验与模拟结果均表明大板梁在设计荷载作用下处于线弹性阶段,并具有足够的安全储备;支座附近腹板局部屈曲和悬挑段端板拼接螺栓断裂是大板梁的主要破坏模式,决定了梁的整体承载力;按拼接螺栓群的受力模式,悬挑梁端的弯矩和剪力分别由翼缘附近螺栓的抗拉连接和腹板附近螺栓的摩擦连接来承担。各阶段试验现象和数值模拟结果吻合较好,也验证了数值模拟方法的可靠性。

关键词：锅炉钢结构组合式大板梁悬挑梁螺栓拼接静力试验数值模拟

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80m球径螺栓球节点单层球面网壳稳定性能分析

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哈尔滨工业大学学报 2015年第6期47卷 1-8页

作者：曹正罡陈哲明万宗帅马会环武岳结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

螺栓球节点是一类半刚性节点,能否应用到单层网壳中一直是该领域急需解决的关键问题之一,本文首先通过螺栓球节点域的有限元分析,利用已有试验研究结果,获得螺栓球系列节点的弯矩-转角关系,再通过数值方法将其引入到整体网壳的节点刚度... 详细信息

螺栓球节点是一类半刚性节点,能否应用到单层网壳中一直是该领域急需解决的关键问题之一,本文首先通过螺栓球节点域的有限元分析,利用已有试验研究结果,获得螺栓球系列节点的弯矩-转角关系,再通过数值方法将其引入到整体网壳的节点刚度模拟中,建立了半刚性节点网壳分析方法.在此基础上,针对沈北新区市民健身中心80 m直径单层球面网壳,采用螺栓球节点连接设计,并进一步对结构施工成形过程中的多个状态进行非线性稳定性分析,也对覆盖饰面材料后网壳的稳定性能进行了探讨.分析结果表明:在施工阶段,网壳局部杆件以受弯为主,导致水平荷载作用下1/2球的极限承载力最低,而竖向荷载作用下的3/4球则因为其上部变形较大导致其极限承载力下降较多;在网壳合拢后,受弯构件转化为以受轴向力为主,其竖向、水平极限承载力分别到达设计荷载的4.7倍和9.2倍,因此只要通过合理措施,避免施工各阶段可能出现的失稳破坏,螺栓球节点完全可以应用到单层网壳结构中.

关键词：单层网壳螺栓球节点半刚性节点稳定性非线性全过程分析

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钢筋混凝土墙板内置无粘结钢支撑抗冲切研究

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哈尔滨工业大学学报 2014年第8期46卷 1-9页

作者：丁玉坤哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

为了改善钢筋混凝土墙板内置单斜形无粘结钢板支撑中墙板的抗冲切性能,用开孔槽钢来抗冲切,并将钢板支撑端部的加劲肋立放设置.采用拟静力试验研究了构造对试件滞回性能的影响,基于试验结果探讨了墙板的抗冲切设计方法.试验表明:与支撑... 详细信息

为了改善钢筋混凝土墙板内置单斜形无粘结钢板支撑中墙板的抗冲切性能,用开孔槽钢来抗冲切,并将钢板支撑端部的加劲肋立放设置.采用拟静力试验研究了构造对试件滞回性能的影响,基于试验结果探讨了墙板的抗冲切设计方法.试验表明:与支撑周围采用加密拉结筋的抗冲切构造相比,采用开孔槽钢可避免墙板局部冲切破坏,墙板局部冲切开裂程度大幅降低;与支撑端部加劲肋平放设置相比,加劲肋立放时可减小加劲肋端墙板与支撑间空隙的宽度,从而减小端部钢板支撑对墙板的冲切作用力;试件最终发生了墙板局部冲切破坏或支撑受拉断裂,破坏前试件滞回曲线饱满稳定;依据墙板可能的冲切破坏模式,给出了抗冲切验算方法.

关键词：防屈曲支撑钢筋混凝土墙板内置无粘结钢板支撑滞回性能冲切破坏受拉断裂腹板开孔槽钢

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高速冲击荷载作用后泡沫铝夹层板表观变形立体视觉测量

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振动与冲击 2015年第16期34卷 122-127页

作者：单宝华张博一严雨哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

针对高速冲击荷载作用后泡沫铝夹层板表观变形测量需要,研究基于立体视觉的表观变形三维测量方法。选择去均值归一化灰度互相关系数(NCCC)进行区域匹配,通过调整视差范围消除虚假误差,以实现最大最小视差约束;并综合使用5种约束优化视... 详细信息

针对高速冲击荷载作用后泡沫铝夹层板表观变形测量需要,研究基于立体视觉的表观变形三维测量方法。选择去均值归一化灰度互相关系数(NCCC)进行区域匹配,通过调整视差范围消除虚假误差,以实现最大最小视差约束;并综合使用5种约束优化视差图。据平行双目立体视觉模型计算三维点云坐标,用Delaunay三角剖分获得表观变形曲面。基于MATLAB平台集成表观变形立体视觉三维测量系统,进行距离测量精度及比较试验证明该方法的有效性及可靠性。用集成系统完成高速冲击荷载作用后泡沫铝夹层板表观变形的三维测量试验。结果表明,重建的三维曲面能准确再现高速冲击荷载作用后泡沫铝夹层板的表观变形,为高速冲击荷载作用后靶标表观变形提供全新的测量方法。

关键词：立体视觉泡沫铝夹层板表观变形三维测量

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尼龙6填料对碳纤维-环氧树脂复合材料力学与摩擦磨损性能的提升机制

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复合材料学报 2023年第9期40卷 5011-5025页

作者：田经纬白艳博李承高咸贵军哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

碳纤维-环氧树脂复合材料具有高强高模、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,作为结构材料被广泛用于土木工程中。尼龙6具有良好的断裂韧性、自润滑性、减摩耐磨性等优点,将其作为填料加入至短切碳纤维-环氧树脂复合材料中有望大幅提升材料的力... 详细信息

碳纤维-环氧树脂复合材料具有高强高模、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,作为结构材料被广泛用于土木工程中。尼龙6具有良好的断裂韧性、自润滑性、减摩耐磨性等优点,将其作为填料加入至短切碳纤维-环氧树脂复合材料中有望大幅提升材料的力学和摩擦磨损性能。本文采用尼龙6改性短切碳纤维-环氧树脂复合材料,基于树脂基体优选方法制备了一种力学性能优异、耐高温且具有低摩擦系数和低磨损速率的高性能复合材料。试验研究了添加尼龙6对复合材料的热、力学及摩擦磨损性能的影响,结合微观形貌与结构分析,揭示了尼龙6对复合材料性能提升机制。研究发现,添加7.5wt%尼龙6后,复合材料的拉伸断裂韧性提升了199%,断裂破坏模式由脆性断裂转变为韧性断裂,拉伸断口形貌由“平原状”转变为“沟壑状”,玻璃化转变温度提升了15.2℃。添加10wt%尼龙6可以显著降低复合材料的摩擦系数(~80%)、磨损速率(~53%)、划痕宽度(~22%)、线粗糙度(~15%),耐磨损性能提升机制归因于尼龙6可在摩擦表面协助形成一层均匀致密的润滑隔离膜,使磨损类型由严重的疲劳磨损变为轻微的粘着磨损或磨粒磨损。

关键词：复合材料环氧树脂碳纤维尼龙6 力学性能摩擦磨损性能磨损机制

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FRP-钢夹层复合管混凝土桥墩轴压承载力试验

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哈尔滨工业大学学报 2018年第12期50卷 31-37页

作者：刘昌永孙士鹏胡清王玉银哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090

为改善现有钢管混凝土不耐腐蚀以及FRP约束钢管混凝土施工复杂的缺点,提出一种新型组合构件:FRP-钢夹层复合管混凝土.为探究其受力性能,进行了FRP-钢夹层复合管混凝土柱式桥墩轴压试验研究,并与FRP约束钢管混凝土以及钢管混凝土进行对比... 详细信息

为改善现有钢管混凝土不耐腐蚀以及FRP约束钢管混凝土施工复杂的缺点,提出一种新型组合构件:FRP-钢夹层复合管混凝土.为探究其受力性能,进行了FRP-钢夹层复合管混凝土柱式桥墩轴压试验研究,并与FRP约束钢管混凝土以及钢管混凝土进行对比,分析3种结构形式的受力性能和破坏模式.试验结果表明:钢管混凝土短柱因含钢率较低而发生剪切破坏,而FRP-钢夹层复合管混凝土短柱与FRP约束钢管混凝土短柱由于外部FRP的附加约束作用均产生腰鼓型破坏; FRP约束钢管混凝土短柱树脂基体被挤压破碎,而FRP-钢夹层复合管混凝土短柱由于夹层的存在未发生树脂基体的挤压破碎;与FRP约束钢管混凝土短柱相比,由于夹层灌浆料的作用,FRP-钢夹层复合管混凝土短柱承载力提高35.3%,极限变形提高22.5%.此外,在现有钢管混凝土和FRP约束混凝土承载力计算公式基础上得到了FRP-钢夹层复合管混凝土短柱的承载力计算公式,计算结果与试验值吻合良好.

关键词： FRP-钢夹层复合管约束混凝土柱式桥墩轴压性能玻璃纤维灌浆料

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