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关于黄河青铜峡水电站河西灌溉底孔光弹试验工作的回忆

已有 856 次阅读 2021-6-22 17:38 |系统分类:科研笔记

大约是1965年(当时我在水电部西北勘测设计院科研所工作),由西北院设计的黄河青铜峡水电工程驻工地的设计代表组,要求科研所做一关于该工程河西灌溉底孔的平面光弹试验,以验证设计计算,科研所将此任务交给了我。该灌溉底孔设计断面,由下图中的一条圆的实线及一条矩形实线组成。当时西北院青铜峡工程设代组组长夏工给我介绍情况时说:因为圆环在均匀内压作用下的应力分布情况,在弹性力学教材中有理论解答,所以设计是按下图中,由虚线1所示圆及实线圆、虚线2所示圆及实线圆组成的两个圆环,按弹性力学中的现有公式进行理论计算,并认为由矩形实线及实线圆组成的实际断面的最大应力,应小于上述小圆环的应力而大于大圆环的应力。但按实际断面所做光弹试验的结果表明:在下图区域3处有很大的拉应力,其数值远大于小圆环理论解的应力。结果出来之后,夏工觉得很难理解,他认为:我对小圆环加强了两大块砼之后,怎么应力情况反而恶化了呢?我说:从试验结果的等色线条纹看,小圆环加强了两大块砼之后,下图中3所示区域的应力分布,与承受弯矩的梁相似而非小圆环的一部分了。夏工看了模型的等色线后,接受了我的解释并据此修改了设计。但是对为什么会产生这种"费力不讨好"的结果,当时我也说不清,直到多年后我在研究最小耗能原理的过程中,才把这个问题想明白:即根据最小耗能原理,凡是承受荷载的结构,其破坏都将以其最容易破坏的方式(即耗能最小的方式)发生和进行,因此根据最小耗能原理,促使结构发生破坏的能量,将总是一定向结构的最薄弱之处(例如下图中的区域3处)聚集,这就是导致上述光弹试验结果及一切“应力集中"现象的根本原因。几十年之后,有一次浙江省公路局的朱汉华总工程师,在与我讨论一些工程问题时,我讲了多年前的这个例子,朱总很感兴趣,并将此例写入他的土木工程结构变形协调与受力安全专著第二章基于自然法则与最小耗能原理研判工程结构的平衡稳定性之中。

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