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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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GMT+8, 2024-11-13 03:46
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