统一强度理论在土木水利工程中的应用

2022-10-27

前言:

关于强度理论的研究, 一直都是土木工程项目中各种材料结构分析的重点和难点, 选择不同的强度理论会造成不同的工程项目问题, 而统一强度理论的提出, 将过去许多强度理论融合在了一起, 进而形成一种更为深刻、研究范围更为广泛, 效用更加强大的强度理论体系, 用更清晰的线性数学表达方式, 展现出了结构材料的特点。

一、统一强度理论的概念

1991年, 我国西安交通大学土木工程系著名教授俞茂宏同志创造性地提出统一强度理论公式, 并且将它称为广义的双剪强度理论, 这种双剪强度理论能够重新服从Tresca屈服准则, 在统一强度理论当中, 他发现了外凸理论中的外边界上限, 同时和Mohr Coulomb强度理论一起划定了外凸理论中的内边界也就是下限, 而且从理论上来讲, 不会有任何外凸极限面能够小于一般的单剪极限面, 同理可知, 所有的统一强度理论中的极限面也是外凸极限运行轨迹的上限, 不会有外凸极限面可以超过双剪极限面的边界。

二、统一强度理论的力学模型和极限面

从俞茂宏老师所设计的双剪单元体模型当中可以得知, 所谓的双剪单元体应该是一个非常完美的正交八面体, 在八面体的八个面上都分别作用着相同的两组主剪应力以及相同的正应力, 同时和双剪力学模型相配套的是两个数学方程式组织下的数学建模模型。统一强度理论是一种新创立的理论, 它的数学公式是最新的, 在具体的力学模型建构上和传统的强度理论并不相同, 统一强度理论把复杂的作用应力中的常变量转化成为了主剪应力, 在三个主剪应力当中有两个独立量, 其中最大的主剪应力是另外两个主剪应力相加所得到的, 应用这种双剪模型的思考方式, 可以建构出相同的单元体模型, 也就是双剪理论力学模型。而关于极限面的分析, 主要会在具体的主应力空间、π平面空间以及平面应力状态下进行思考, 从线性理论基础推导到非线性统一强度理论, 在b值不同的状态下, 可以得到不同的极限面, 极限面在和不同的π平面相交的边界叫作极限线。

三、统一强度理论在土木水利工程中的具体应用

(一) 材料结构解析

在具体的土木水利工程当中, 统一强度理论被应用在了土木材料结构的解析当中, 自从俞茂宏老师的统一强度理论提出以后, 关于岩石结构强度的解析开始采用了双剪强度理论以及统一强度理论针对岩石材料的抗拉抗压强度进行结构分析, 探讨不同性质材料的土木结构极限, 从而推算出一系列材料结构像是地基、山体斜波、矩形板还有菱形板等材料的极限负荷, 得出它们的解析解, 并且针对同一强度理论在这些材料结构的解析解以及结构数值进行了总结, 提高了我国材料结构解析水平, 更好地探索出了土木结构材料的强度性质, 降低了结构压力。

(二) 结构数值分析

统一强度理论在分析土木水利工程中结构材料间的应力和应变关系时, 已经被广泛地应用在了相应的计算机程序当中, 双剪强度理论自身具有奇异性, 在对双剪统一理论进行应用的过程中, 需要设计一些专业的有限元程序, 进而将双剪屈服准则以及统一强度理论设计规划到结构数值分析的程序当中, 用来解决土木水利工程当中塑性力学以及工程项目问题, 它是一组有序性变化着的线性方程, 能够适应很多种结构材料, 因而可以进一步对混凝土板进行分析, 超越了其他类型的破坏准则。

(三) 混凝土结构

应用双剪统一强度理论对土木水利工程中的混凝土结构进行化学爆破时, 可以对混凝土结构当中的钢筋板节点采取冲切破坏的实验方式, 来探究混凝土的冲切强度, 运用统一强度理论对混凝土板以及混凝土的扁壳采用塑性绞线理论的分析以及极限分析, 在计算出混凝土结构冲切强度的基础上, 再进一步探索混凝土结构中连接面的结构应力。

(四) 水利水电项目

在很多具体的水利水电工程项目当中, 统一强度理论被设计成为非线性化的有限元程序, 利用计算机电脑操作程序来对水利水电工程进行项目分析, 像是对水电拱坝强度裂缝的研究, 探索拱坝非线性开裂的过程, 拱坝的作用应力曲线, 拱坝开裂时的轨迹等, 将双剪统一强度理论使用在我国黄河中上游地区的大型水利水电工程项目中生产厂房的岩石洞群分析中, 研究黄河水电站周围岩石材料结构的稳定性强度, 能够大大提高黄河水利水电工程的生产效益。而在其他的海洋面结果, 临岸结构的强度探索中可以发现, 统一强度理论还可以被应用在锥面型的冰面荷载研究当中, 拓宽了双剪统一强度理论的适用范围, 在对长江三峡高边坡工程项目分析中也取得了不错的研究进展。

(五) 土木力学工程

俞茂宏教授在1997年又进一步对土木工程项目中的统一强度理论进行了改进, 加强了对土木力学材料的应变软化研究以及弹塑性模型下的柱状孔问题计算研究, 在土木力学工程项目中, 他新提出了统一滑移线场的理论分析, 这种理论能够被应用在很多材料的极限负荷研究当中, 在b≠0的情况下, 不同结构材料的极限荷载值并不相同, 运用双剪统一强度理论可以了解条形地基工程下的极限荷载值, 进而推导出结构材料之间的中间作用应力。

(六) 地下与矿山工程项目

在对一些比较复杂类型的地下土木工程以及矿山土木工程项目进行分析时, 关于柱形孔扩张的问题是需要进一步研究和分析的, 在弹性孔扩张时, 它所受到的压力会根据空间内轴对称的方式, 沿着统一特征曲线中的结构材料强度变化而变化, 剪胀性和软化程度固定的情况下, 土木结构材料间的作用强度b增大, 那么塑性扩孔的压力也会随之增大, 由统一强度理论可知, 在煤层隧道的底板强度分析时, 和真实的情况是非常符合的, 柱形孔扩张所形成的压力会造成一系列结果, 进而影响到土木矿山工程项目的经济效益。

结论:

综上所述, 关于统一强度理论的应用研究具有重要的现实意义和研究价值, 在很多土木水利工程项目的实践分析中, 为了更好地保证材料结构间的强度安全, 让土木结构材料能够发挥出更好的强度潜力, 提高土木水利工程项目的质量, 运用统一强度理论的美学元素来创造出更多符合现代人们需求的工程项目, 进而促进我国各个地区各类型土木水利工程项目的快速发展, 为社会创造出更多的生产价值。

摘要：随着市场经济的发展和现代化智能手段的不断进步, 关于土木水利工程项目中的统一强度理论的研究也越来越深入, 本文将结合统一强度理论的概念以及力学模型展开分析, 进而探索统一强度理论在各种土木水利工程项目当中的具体应用, 希望可以进一步了解我国统一强度理论的发展现状, 并且采用理论联系实践的方式, 加深对统一强度理论的应用理解。

关键词：统一强度理论,土木水利工程,应用