足尺的案例
復雜受力大直徑焊接空心球節點的有限元分析與足尺試驗研究
復雜受力大直徑焊接空心球節點的
有限元分析與足尺試驗研究
*熊世樹，紀 晗，鄧 娟，潘琴存
(華中科技大學土木工程與力學學院，湖北武漢 430074)
摘 要：針對某體育館拱形屋蓋的超大直徑焊接空心球節點設計的需要，對該球節點進行了有限元非線性分析和
足尺模型試驗研究。首先采用ANSYS 軟件的shell143 彈塑性殼單元，同時考慮幾何和材料雙重非線性，通過有
限元分析得到了該節點的應力分布規律，且在1.5 倍設計荷載作用下，四號錐管根部首先屈服。然后，對該節點
進行了足尺模型試驗，試驗結果表明：在1.4 倍設計荷載作用下，四號錐管根部首先進入屈服，試驗結果和有限
元結果基本一致。基于研究結果，為工程節點設計提供了重要建議。
關鍵詞：鋼結構；焊接空心球節點；足尺試驗；有限元分析；承載力
復雜受力大直徑焊接空心球節點的有限元分析與足尺試驗研究.pdf
展開 一種多功能往復加載小試驗臺 | 批量小實驗的生產機器
相比足尺試驗復雜的安裝流程，小試驗臺試件安裝方便，一個人就可以搞定。
綜上，小試驗臺是做理論驗證試驗和足尺試驗可行性驗證的好幫手。
5. 合作企業推廣
本次小試驗臺的定制合作企業是“樸魯液壓”技術有限公司，非常感謝在整個設計和制作的過程中該公司的工程師給予我們的技術支持。
兩項材料類成果入選中科院2018年年度科技創新亮點成果、科技成果轉移轉化亮點工作
金屬所李京研究團隊先后完成了港珠澳大橋基礎結構用鋼樁防護涂層、陰極保護、原位腐蝕監測及高性能涂層鋼筋等專項課題研究，并在橋址現場進行了足尺模型驗證，為大橋提供了系統的腐蝕防護設計并參與工程實施，滿足了港珠澳大橋120年耐久性設計要求。該成果有力推動了我國海洋工程結構材料防護水平的發展，已在我國渤海、黃海、東海、南海全海域多項國家重大工程中成功應用。
港珠澳大橋主體橋梁俯瞰圖
港珠澳大橋足尺模型試驗驗證
港珠澳大橋鋼樁內涂裝防護
港珠澳大橋鋼樁外涂裝防護
揭秘世界建筑奇跡背后的混凝土黑科技！
中建八局對大體積混凝土施工方案制定的工作流程為：首先對材料進行溫升實驗，對參數進行擬合，然后應用 COMSOL 軟件進行仿真，根據仿真結果采用足尺實驗修正模型，最后進行施工方案設計。
王進博士根據足尺實驗創建了一個等尺寸模型，應用 COMSOL 軟件進行建模分析，希望能夠通過仿真結果來指導施工方案，更加科學地控制混凝土質量。王進博士總結道：“通過對不同混凝土水化熱模型和大體積混凝土早期溫度變化的仿真，能夠給大體積混凝土相關的投標、設計和施工方案優化提供依據。”王進博士通過建立水化熱模型，模擬實際的散熱條件，優化配合比，得到不同的水化熱模型下水化度參數和溫度隨時間的演化過程。他表示，下一步計劃是通過更多的實驗數據可以來驗證和修正模型，并依據仿真結果優化施工過程，尤其是養護過程；通過和濕度場、應變場的耦合，可以建立起可靠的混凝土早期變形預測模型。
建筑工程中由于涉及到的尺寸較大，現場工況復雜，通過實驗來進行優化設計的成本很高，實現難度也很大。中建八局通過仿真模擬降低了前期設計優化的成本，提高了施工的安全可靠性。
對于現場工程師，有時對參數進行微小的修改就能大大提高生產效率。王進博士計劃在前期的仿真模型基礎上，根據現場需求，利用 COMSOL 軟件快速開發定制不同的仿真 APP，提供給現場工程師使用。比如溜管優化 APP，現場工程師即使沒有流體相關的仿真經驗，也只需要在仿真 APP 界面上根據現場情況修改不同的夾角參數，點擊計算按鈕即可得到對應的流動仿真結果，從而確認現場控制參數是否符合施工要求，快速獲得最優的施工方案。
COMSOL 軟件在溜管法澆筑混凝土施工方案優化過程中發揮了重要的作用，為中建八局對大體積混凝土施工方案的設計優化做出了重要貢獻。
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錯縫隧道數值模擬想法
今天要講的第一篇論文是某濟老師寫的，看了整片文章感覺某濟真的是有錢，做實驗都是做足尺的。文章題目如下：
Investigation of the structural effect induced by stagger joints in segmental tunnel linings: First results from full-scale ring tests本文的標題可以翻譯為，基于錯縫效應的隧道管片受力分析。
Abstract里面沒有什么干貨，一般都是介紹本文的意義與作者在本實驗中具體做了哪些內容。This study designed and performed full-scale experiments relating to the structural bearing capacity of stagger joint assembled shield tunnels based on an unloading situation。隧道管片承載力，卸荷效應，承載力通過什么表現出來呢，作者又用了下面這句The most important results include the evolution of deformations, structural internal force, and behavior of both the longitudinal and circumferential joints.管片的變形、內應力、縱向接頭與環向接頭。下面大段大段的都是廢話，俗稱補字數段。
Introduction 第一部分介紹前人的研究成果，并提出研究切入點，撰寫本文的目的，為什么要進行本次試驗。與摘要基本一致。
第二段是試驗材料準備階段，分為準備的材料、如何錯縫，環向與縱向的卯榫接頭的設計圖：
材料準備完以后要干嘛呢？
展開 【JY】《公路橋梁抗震性能評價細則》宣貫PPT
4.筆者在總結汶川地震等橋梁震害、這些1:1的“足尺試驗”的基礎上，將橋梁抗震基本理念總結為：“因地制宜選擇橋型”、“多道設防、分級耗能”、“一可三易（即：損傷部位及損傷程度可控、損傷部位或構件易檢、損傷部位或構件易修、損壞部位或構件易換，‘可控’是目標、‘易檢、易修、易換’是實現‘可控’的手段）”。對墩頂采用蓋梁的中小跨徑梁橋而言，在破壞性地震作用下，板式橡膠支座作為“保險絲式單元”優先損傷，因為它的損傷保護了橋墩和樁基，即：犧牲局部保護整體。這一理念已在《橋梁抗震研究（第二版）》（中國鐵道出版社，2014年第二版第一次印刷、2015年第二版第二次印刷）的相關章節展開了論述（有興趣的讀者可以參閱此書，同時可以查閱我們抗震學科組近年來發表的40余篇相關文章）。
筆者認為：“多道設防、分級耗能”、“一可三易”，這12個字可以作為橋梁抗震的基本理念。
展開 汽車與高速公路護欄碰撞數值模擬
4.汽車與護欄碰撞仿真流程
由于護欄的防護應考慮高速公路上大部分行駛車輛的安全，根據標準 F83 的規定，在對護欄進行實車足尺碰撞試驗時，需要采用小型車輛進行試驗。小型車輛主要考察車內乘員的安全性以及車輛的運行軌跡等。為此本文的有限元仿真也采用該車型來綜合考慮護欄的防撞性能，車型的選擇是根據標準 F83 來確定的，小型車輛的質量為 1.5t。因此本文選擇該車輛來代表高速公路行駛的大部分車輛。本文汽車與護欄碰撞仿真系統選取的護欄是高速公路常用的多級緩沖公路護欄，汽車模型建模工作是在前述有限元平臺HyperWorks 的 HyperMesh 模塊中完成的，然后利用 LS-DYNA 作為求解器，最后利用 Ls-prepost 進行后處理來完成整個建模仿真過程的，具體的建模仿真流程如下圖所示：
圖 4.1 建模仿真流程
5.有限元模型
1）汽車有限元模型
汽車是一個十分復雜的機器,由成百上千個零部件組裝而成。因此,要建立一個比較完的汽車模型,工作量非常大,所耗時間也較長,目前公認的建立一個整車模型的工作量是個人用一年時間。在汽車與護欄碰撞過程中,汽車前端和碰撞側即右側部分與護欄有接觸碰撞,產生的變形會比較大,對碰撞結果影響也會比較明顯。因此,在進行碰撞計算之前,在此汽車模型原有基礎上,對其前端和右側結構進行了單元網格質量和穿透等的調整,以提高計算精度。經過調整后,汽車整車有限元模型共有10547509個單元,927471個節點,總質1.627t。模型的其它技術參數如表所示,整車有限元模型如圖所示。
展開 作為土木工程師：有必要了解失穩破壞是如何讓房子倒塌的。
從結構工程師的角度看，在大老K平均值接近2、失效概率1/1000的情況下，一個真實的結構居然倒了，足尺結構試驗也做不到啊。所以，本文的目的不在于得出樓倒塌的真正原因，因為資料有限，涉及的一些問題要后續由有關部門綜合確定。但這并不妨礙出于結構工程師的本能對該事件進行分析研究。與對事件分析的準確性相比，本文側重點在于分析結構受力過程的邏輯性及解釋的合理性，正所謂只有知道“房子是怎樣倒下的”，才能知道“房子如何站起來”。
鋼結構的破壞一般源于結構失穩。失穩的意思是材料沒有達到屈服強度而破壞，彈性失穩和彈塑性失穩都叫失穩。
圖1
這個樓的倒塌也是源于失穩。有一個視頻，記錄了樓的倒塌過程——樓是瞬間自前向后往“一側”倒掉的，典型的結構失穩，圖1為樓倒塌后的狀態。為什么是穩定破壞而不是強度破壞呢？關鍵是這個“瞬間”。古人云：失穩如失戀，發生在瞬間。那強度破壞是什么呢？強度破壞如戀愛，時間有長有短，但需要火候。看，古人就是智慧！
那房子為什么會失穩呢？這就要匯集一下目前的背景材料，雖然不完全準確。該建筑原為四層鋼結構，雙向鋼框架。
展開 《基于 ＡＢＡＱＵＳ 的單向循環荷載簡支梁損傷分析》
學者們針對該問題開展了大量的室內試驗， 通 過試驗能夠獲得較為真實、 可行的相關參數及可靠 的評價， 但由于各類試驗（例如原位試驗、 足尺試 驗及室內試驗）對結構進行在內部力學行為分析及 損傷描述方面存在諸多困難， 故借助數值分析手段 對結構受力全過程進行觀察記錄、 克服試驗研究的 弊端［８?１１］ ， 是目前較為高效和經濟的研究手段。ＡＢＡＱＵＳ 基于有限元計算原理， 以其較強的非線性 分析能力被廣泛應用于鋼 － 混凝土材料研究［１２?１５］ ， 該軟件內置的 ＣＤＰ（Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｄａｍａｇｅ Ｐｌａｓｔｉｃ）模型是 分析在循環加載和動態加載條件下混凝土結構的力 學響應提供普適的材料模型。由于它描述材料拉壓 性能的同時能展現損傷引起的不可逆的材料退 化［１６］ ， 尤其在材料宏觀屬性的拉壓屈服強度不同、 拉伸屈服后材料表現為軟化及壓縮屈服后材料先硬 化后軟化、 拉伸和壓縮采用不同的損傷和剛度折減因子、 在循環載荷下剛度可以部分的恢復等方面具 有科學的理論推導， 因此本文采用該模型揭示鋼 － 混凝土組合結構受力特性和損傷演化規律。
綜上所述， 本文采用有限元軟件 ＡＢＡＱＵＳ， 基 于 ＣＤＰ 損傷材料模型， 建立鋼筋混凝土簡支梁三 維數值分析模型， 分析受力傳遞規律和損傷規律， 為鋼筋混凝土組合梁的力學性能分析提供參考。
展開 2018-08-13云南玉溪5.0級地震破壞力分析
圖8 單層三開間農村住宅磚木結構振動臺試驗
模型2：五層簡易砌體結構
選取圖9所示朱伯龍等開展的五層簡易砌體結構足尺試驗模型，輸入53TGD臺站記錄，分析結果表明該結構將處于輕微破壞狀態。（朱伯龍等，上海五層砌塊試驗樓抗震能力分析，同濟大學學報，1981,4,7-14.）
(a) 平面圖
(b) 剖面圖
圖9 五層簡易砌體結構布置
模型3：四層設防砌體結構
選取圖10 (a)所示許滸等提出的四層設防砌體模型，輸入53TGD臺站記錄，得到其門洞墻和窗洞墻層間位移角包絡如圖10 (b)所示。
【JY】結構概念設計之（隔震概念設計）
在1999~2000年，周福霖院士團隊對大直徑橡膠支座的力學性能進行了足尺試驗，也對橡膠支座的耐久和耐火性能進行了試驗研究。直至現在他們的成果也影響這后輩對減隔震技術的發展與探究。
全國第一棟隔震建筑（汕頭凌海居民樓）
“世界建筑隔震技術發展的第三個里程碑”
三、《隔震標準》與《抗規》做法差異和提升
1、基本設計目標的不同
《隔標》明確了隔震建筑的基本設防目標，可以概括為：“
中震不壞、大震可修、巨震不倒
”，而《抗規》的基本設計目標為：“小震不壞，中震可修，大震不倒”。因此在設防目標提高了一個等級。從而也決定了按照新隔標進行隔震結構設計不再是小震設計，而是中震設計。
2、設計方法的不同
在《抗規》中對于隔震結構設計方法采用的是
水平減震系數法
，即分步設計法，將隔震層上下結構進行分開設計，采用該方法進行隔震結構設計時，需要根據設置隔震層以后的隔震模型人為生成一個假定的非隔震模型，并以該非隔震模型為基礎進行設計。
但隔震結構分步設計法中，按照降度的思想將隔震結構轉換為傳統抗震結構進行受力分析，其與隔震結構實際受力結果有較大的差別
，這種差別導致隔震結構的破壞模式與設計者預期的破壞模式不一致，進而導致結構存在安全隱患，而且也不利于結構設計經濟性原則。
《隔標》不再采用分步設計法，而是將上部結構與隔震層作為一個整體進行中震設計，更能體現隔震結構真實的地震響應和受力狀態。因此對于《隔標》，不再通過隔震層上部按照小震，控制結構小震下層間位移角，而是
對上部結構直接按照中震設計，控制結構中震下的層間位移角。
3、分析方法差異
《隔標》中隔震結構分析方法在原來的基礎上，增加了復振型分解反應譜方法。
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